隧道工程與其它工程相比，其隱蔽性強，地質條件和周圍環境的不確定性更加突出，隨著我國交通事業發展，隧道特殊地質情況出現更加多元化，近年來干燥粉細砂層地層(相似于風積沙地質)在隧道施工中出現，其結構松散，強度低，顆粒細，給隧道施工帶來很大困難。目前，我國干燥粉細砂層地質隧道工程實例少，施工技術與方法還不完善。水平旋噴預支護施工技術是在常規旋噴注漿技術基礎上發展起來的一種新的施工技術。水平旋噴在國外已成功地應用于各種軟弱不良地層的預支護中，但在我國尚屬罕見。采用TGD—50型水平鉆孔旋噴機及與其配套的YZB—32型液壓注漿泵，進水平旋噴樁超前預支護的施工。
根據水平旋噴機的使用機理，針對干燥粉細砂層地質的特點，進行了多次工藝試驗，掌握了水平旋噴在干燥粉細砂層地層中的操作要領、注漿壓力、固結體直徑、漿液自止漿及旋噴樁施工精度等一系列技術參數，取得了水平旋噴固結體周圍砂體物理力學性質的變化數據。取得了良好的支護效果。
1. 工程概況
上白隧道設計為單洞雙線隧道，線間距5米，全長1717m。隧道位于直線上，隧道內設單面坡，自進口至出口為14.5‰的上坡，隧道最大埋深126m。隧道穿越地層為第三系坡、洪積新黃土、細砂、中砂層，沖洪積新黃土，第四洪積老黃土層、粉細砂。根據最新設計地質資料揭示，全隧約1400余米穿越干燥粉細砂層，安全風險高，施工難度極大。
2. 施工中出現的問題及方案論證
2.1 施工中出現的問題
自2010年10月底拱頂開始出現砂層，隨著掌子面的開挖掘進，砂層厚度不斷擴大。目前已經覆蓋斷面上臺階及拱頂以上不少于6m范圍。期間按照密排小導管注改性水玻璃的施工措施掘進了近100m后，隨著砂層范圍的擴大，流砂現象越來越嚴重，造成初期支護背后存在較大體積的空腔。施工中采取每開挖2～3拱架既注漿回填一次的處理措施，仍然無法對空腔完全回填灌滿。最終導致1月27日發生初期支護沉降大變形(平均拱頂下沉47cm，最大下沉68cm)，16m范圍需做換拱處理。另外該段落地表發生開裂塌陷現象，埋深67m。初期制定的換拱方案為對變形地段先采用鋼架臨時加固后，對初期支護背后擾動后砂層進行注漿膠結加固。注水泥水玻璃雙液漿200m3。但在開挖過程中發現仍然存在漏砂現象(漿液對砂層固結效果不明顯)。
2.2 方案論證
由于粉細砂地層可注性較差，針對干性粉細砂層必須做好防漏、防涌、防沉降等工作，防止施工過程中出現漏砂、涌砂、大量沉降現象。通過專家論證、比選及現場試驗決定;一是在粉沙地層采用高壓水平旋噴樁超前支護為主，超前小導管注漿配合施工，保證支護效果;二是減小上臺階高度，并采取CRD工法或設置臨時仰拱臺階法施工，防止結構過量沉降;三是為減少前方土體滑移引起工作面滑塌，加劇結構變形失穩及沉降，掌子面亦設置水平旋噴樁三根。
3. 高壓水平旋噴樁施工工藝
3.1 水平旋噴樁加固機理
水平旋噴樁是以高壓泵為動力源，通過水平鉆機鉆桿，噴嘴把配置好的噴漿液射到土體內，噴射流以巨大的能量將一定范圍內的土體射穿，并在噴嘴作緩慢旋轉和進退的同時切割土體，強制土顆粒與漿液攪拌混和，待漿液凝固后，便形成水平圓拄狀水泥土固結體，即水平旋噴樁。當旋噴樁相互咬接后，便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，起到了防漏沙等作用，保證了隧道施工安全。
3.2 高壓水平旋噴樁施工工藝
3.2.1 施工準備
3.2.1.1 設備進場(1)檢查鉆機運行是否正常。(2)高壓注漿泵運行是否正常，高壓注漿管路是否暢通，壓力表是否正常。
3.2.1.2 測量放線定樁位，在隧道兩側測量放線定出兩個同一里程點，隧道軸線，并在掌子面測量標出隧道開挖輪廓線，測量定出樁位，并編好每個樁號，用鋼筋作好樁位標志。
3.2.1.3 鉆機安裝。(1)平整工作平臺，鋪設軌道，安裝立柱。場地要求平整，并挖設排水溝。(2)油泵、高壓泵安裝。要求場地平整，場地硬化，高壓泵安裝平穩，管路安裝擺放整齊。
3.2.1.4 對孔位。設備安裝好后，按技術交底調整鉆機角度、方位，對準孔位，孔位誤差控制在±50mm以內。
3.2.1.5 制定漿液。根據施工方案和技術交底要求的配比配制水泥漿，漿液攪拌必須均勻。在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續均勻，攪拌時間不小于3分鐘，一次攪拌使用時間亦控制在4h以內。
3.2.2鉆進
3.2.2.1 鉆孔打設
為確保鉆孔質量，首應先打設2—3個探孔，查明地層變化情況及地層對鉆孔角度的影響，然后根據探孔情況確定旋噴樁鉆孔的打設角度。1)檢查確定孔口管安裝牢固后，調整鉆機，對好孔位;2)將旋噴鉆頭及第一根鉆桿送入孔口管內;3)安裝密封裝置;4)打開循環液排出口(循環液采用膨潤土、聚丙乙烯及火堿制作的泥漿);5)開始鉆進，進孔角度按探孔確定的角度開始鉆進，直到鉆至設計深度;6)通過觀察循環液壓力變化，檢查噴嘴是否堵住。7)鉆進過程中要保持循環液壓力1.0—2.0MPa，防止在鉆進過程中，砂石堵住噴嘴。
3.2.2.2 高壓旋噴。1)進行高壓噴漿前應檢查高壓注漿泵，查看泵壓讀數是否達到設計要求(35—40MPa)，泵壓達到設計要求時才能開始噴漿;2)噴漿前應檢查;3)在孔底高壓噴漿時應停留一定時間，然后再緩慢外拔鉆桿，鉆桿每外拔出0.6m，應回拖0.30m鉆桿，同時高壓噴漿;4)在高壓噴漿時，應安排專人觀察泵壓變化，一旦發現泵壓過低時應及時通知機臺停止噴漿，查明原因后再恢復高壓噴漿;5)當鉆桿拔至孔口0.50m時停止注漿，關閉漿液通道，再緩慢拔出鉆桿，進行封孔作業;6)每根高壓旋噴鉆桿拔出后應立即用清水高壓沖洗干凈，避免殘留漿液凝固，避免下次旋噴時殘留顆粒物堵噴嘴。7)噴漿參數：漿液要求水：水泥為1：1;注漿壓力為35—40Mpa;8)旋噴注漿時應注意事項:(1)接、卸鉆桿要快，并且要清洗接頭位置，不得殘留雜物，防止噴嘴堵住;(2)旋噴過程中循環液排出口要保持暢通，如因故堵死，應松開密封裝置疏通返漿通道，保持正常返漿，返漿量應控制在規范規定的20%左右。
3.2.3 封孔。1)噴漿至孔口掌子面0.50m時，應停止噴漿;2)缷下孔口管最外端的密封裝置，關閉循環液排出口;3)快速拔出鉆桿和鉆頭，關閉大球閥;4)高壓旋噴注漿完成后應在循環液排出口處安裝壓力表，然后用250泵補注漿，注漿壓力控制在0.8-1.0MPa;5)補注漿完成48小時后方能缷下大球閥。
3.3 高壓水平旋噴樁施工參數
第一環同上白隧道進口旋噴樁施工參數。水平旋噴樁布置在隧道拱部斷面140度范圍內(覆蓋整個砂層)，樁徑600mm。樁間距為350mm，相鄰樁相互咬合250mm，由于要外擴工作室，按大角度打設，設計角度為15%，長度為18m，核心土范圍施工3根旋噴樁，用于頂住前方的涌砂，水平方向打設，長度為18m。
4. 總結
過施做水平旋噴樁超前支護，形成了較好的拱殼支護，在開挖過程中能過承受開挖線外沙土壓力，保證了掘進安全。拱頂下沉及水平收斂急劇減少，滿足了施工要求，水平旋噴樁預加固不僅能安全、順利通過不良地質，而且進度亦能保證，TGD-50型水平旋噴機設計新穎，實現了液壓升降，水平、傾斜和豎直旋噴作業;液壓系統簡單，操作維修方便，造價合理。針對此種地質，此方法安全、效率高、造價低等特點，盡管此工法還有待進一步完善，但無疑它是很有前途的。
參考文獻
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