1.引言
該隧洞工程的總長為4.9 km,砂巖地質段長為2107m,在隧洞總長中占43%,在隧洞施工的歷史上這種情況很罕見。在具體的施工過程中,根本無法根據設計單位給出的小導管注漿施工方法進行,因為砂巖地質(多為流沙)基本上已經貫穿了整個隧洞施工,所以施工方法只能使用密排管棚加鋼板法,但這種方法存在著非常大的安全隱患，而且施工的進度非常緩慢。為此，在某段進行了高壓旋噴注漿固結試驗,取得了很大的突破,這就找到了一條重要的施工辦法，促進了全線砂巖段施工的順利進行。
2.地質概況
隧洞穿越的地質較為特殊，是未固結砂巖,膠結的程度比較差,呈現散體狀態,具有掌子面受涌水影響不穩定，圍巖變形大及剛性、強度低，掌子面自穩性差和圍巖強度小等特點。因為存在地下水,所以隧洞開挖在施工中呈流沙狀態。砂巖以透鏡體和夾層為主,層位不連續,呈暗紅色和桔紅色,成巖作用差，膠結程度差, 泥質膠結,呈中厚層狀。
3.砂巖隧洞中高壓旋噴的施工原理
高壓旋噴注漿是指，在地面造孔完畢后把注漿管(裝有噴頭)下放至預估的地層深度,以高壓射流的形式把漿液或水通過高壓泵注入土層。
噴頭在噴射的過程中按照一定的速度進行提升,必要時還以一定的速度進行旋轉,使土層受到高壓射流的切割,從噴嘴中將水或漿液噴射出來，從而形成噴射流，使土層被破壞和沖擊,當土層的結構強度小于呈現脈動狀、速度和能量都很大的射流的動壓時,土顆粒就會從土層里剝落出來。在射流的重力、離心力及沖擊力等作用下,一部分土顆粒和漿液混合攪拌,同時有規律的按一定的質量大小和漿土比例重新排列,把土體和輸送至地下的可凝固性漿液混合、置換及攪拌,進而形成高噴樁，該高噴樁具有一定的抗滲性能和強度，其余的細顆粒則隨水或漿液冒出地面。
高噴樁在砂巖中分布可以使砂巖體的強度提高,釋放隧道開挖的應力后,砂巖體憑借高噴樁的承托摩擦效用具備較強的自穩性,進而給開挖提供了安全保障。施工中的高噴技術分為雙高壓、三列管、三重管、雙管和單管等,該工程的施工中使用的是三重管施工技術。
4.高壓旋噴注漿
4.1準備和選擇材料。旋噴注漿是憑借高壓液流的沖擊力對土層造成破壞并和土體混合為新固體的,漿液按照噴射工藝的要求應該具有如下特性:結實率高、無臭;有良好的力學性能;可以對漿液的膠凝時間進行調節;漿液中的氣體應該少;有足夠的穩定性。一般水灰比采用的是1: 1-1.5: 1的水泥漿液。根據施工要求在噴漿之前將足夠合格的水泥漿液準備好。
4.2 估計噴射固結的直徑
如下因素決定了旋噴后的固結尺寸: 噴射技術、高壓旋噴的注漿方法和土的密實程度和類別。按照國內采用的水泥漿液,噴嘴孔徑2.0
D =1/770(350+10N-N2)=1/770(350+10×8-82 )=0.475m
該砂巖地質中,5
4.3確定旋噴參數
(1)噴嘴直徑。噴射流的速度受噴嘴直徑大小的影響很大，在旋噴注漿中噴嘴是關鍵部分,安裝在鉆頭的側面。該工程結合布孔關系和地質特點,選用的噴嘴直徑為2.0-3.2mm。
(2)確定提升參數。噴流半徑和旋轉提升的速度相互關聯,同時有效的半徑和噴嘴的噴射角度及幾何尺寸相互關聯,并對噴流的特性有著直接的影響。
該工程將旋轉速度控制在了20~28 r/min，旋噴的提升速度控制在了6-10cm/min。在頂部的1m處分別控制在20 r/min ，20-23 cm/min旋轉,選用的提升速度和旋轉速度均比較慢。由于該隧洞的固結厚度僅需要5m就能夠滿足施工的要求,所以施工中的封孔選擇在孔底5m處,控制旋噴轉速為20-28r/min，控制旋噴的提升速度為6-10cm/min。
(3)確定壓力參數。其流速和流量通常情況下是靠加大泵的壓力來增加,進而使噴射力增大。該工程選擇的壓力是:小于4m時使用25Mpa，在0-4m時,使用36Mpa。三重管分別是漿液管、水管、氣管,其初始的壓力分別不小于1.0Mpa、36Mpa、0.8 Mpa。
4.4關鍵的質量保障措施和技術要求
(1)處理冒漿:通常會有數量一定的土粒在旋噴過程中沿著注漿管壁隨一部分漿液從地面冒出。按照實驗分析得知, 一般情況下有特別大的冒漿量出現的主要原因是，注漿量和有效的噴射范圍相互不適應,注漿量遠遠超過了旋噴固結所需要的漿量;如果不冒漿是由地層中存在的空隙較大而引起的,則能夠摻適量的速凝劑在漿液中,使固結時間縮短,在一定的土層范圍內讓漿液凝固，此外,還能夠在空隙地段使注漿量增加,待空隙被填充后再正常進行旋噴施工。
(2)可使用降低提升、回轉速度或提高泵量、噴射壓力等措施，以避免固結體尺寸減小或加大固結體尺寸。
(3)完成噴射注漿的作業之后,因為漿液的析水作用,通常會產生程度不同的收縮,導致固結體的頂端產生凹穴,所以要防止其余鉆孔排出的雜物活泥土進入，而且要及時用水泥漿(水灰比為0.61)進行補灌。
4.6高壓旋噴注漿關鍵的施工工藝要求
(1)沖洗:完成噴射作業之后,要沖洗干凈注漿管等機具,不得讓機內和管內殘留水泥漿,為了徹底排除軟管、注漿管和泥漿泵內的漿液，一般會把漿液換為水,在地面上進行噴射。
(2)噴射作業:噴射作業待噴管插入硬巖中一定深度后自下而上進行,值班人員一定要對旋噴提升速度、壓力、注漿流量、漿液出凝時間等參數滿足設計要求與否時刻注意進行檢查,而且隨時要把記錄做好,將作業過程的曲線繪制好,以便對施工參數及時進行調整。因為圍巖的膠結程度很差,所以在施工中確定旋噴范圍為:設計隧洞開挖斷面的布樁形式為6孔樁布設，兩側的旋噴深度是7m,部分旋噴的深度是5m，以更好的對巖體進行固結。
(3)鉆孔:使用四臺22KW的回轉式振動鉆機作為鉆孔機,鉆孔的孔徑是150 cm,以矩形布孔為基礎,按照漿液擴散固結的直徑,使用縱橫排距1.0m的加密布孔形式布置孔間距。鉆孔的分布呈現矩形網絡狀。為了保護孔壁，提攜鉆屑及冷卻鉆頭，鉆孔時使用泥漿護壁。從樁號K3+020到K2+987的鉆孔一共33m,鉆孔在施工中的布設共33排,各排鉆孔有6孔,總計198孔。
5.結束語
通過多次試驗,對旋噴參數進行不斷的調整,終于在該隧道的施工中將高壓旋噴施工技術方面的一大技術難題---旋噴深度大成功的解決了,創造了一種新的施工方法保障了砂巖隧洞的安全施工,在全線施工中起到了非常重要的作用，并且得到了廣泛推廣。
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