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【摘 要】 在软弱、松散、富水围岩中修建地下工程，采用超前预加固辅助工法已得到地下工程界的广泛认同和应用。目前，国内常用的超前预加固主要有超前小导管注浆、大管棚、水平旋喷桩、高压旋喷桩等。采用水平旋喷桩有利于降低隧道工程造价、缩短工期和保证施工安全，已受到相关行业的重视和广泛关注，在我国具有广阔的应用前景。本文主要介绍了水平旋喷桩的研究现状、特点，水平旋喷预支护的关键技术，施工流程及超前支护中常见问题和处理措施。
【关键词】 水平旋喷桩；地铁隧道；软弱围岩；超前支护
超前支护指为了防止岩石冒落，在掌子面前方设置一层支撑壳状结构，可以有效地提高掌子面的稳定性能，也可以作为支护结构的一部分为施工所使用，适用于以控制地表沉降和相邻近的构筑物的影响为主要目的场合。水平旋喷桩技术多用于超前支护，这种技术在国内研究起步较晚，目前多处于试验阶段。因此，它具有广阔的发展前景。
一、水平旋喷桩的研究现状
城市地铁隧道修建过程中，隧道上方往往城市道路、建筑物及地下管线，隧道的超前加固问题处理的不好，不仅会影响地铁的施工安全，而且还会威胁到上部设施的正常运行及安全使用，造成很大的经济损失。作为隧道中的一种超前加固手段，水平旋喷桩的支护机理是相当复杂的，其支护效果不仅仅与桩体自身性质和所受荷载有关，还与土体性质、开挖进度、开挖方式、支护强度等等有着很大的关系。
随着我国基础建设的快速发展，在隧道施工过程中所遇到的问题也越来越复杂，为了应对这一状况，我国对水平旋喷桩的研究也相继展开。铁科院在内蒙古某地的轻亚粘土层中进行了水平旋喷桩拱棚支护试验，共施作七根水平旋喷桩。试验结果表明，在浆液喷射压力20MPa情况下，所形成的旋喷桩的柱径可达580mm，旋喷桩固结体强度为2.8MPa，拱棚厚度在200～250mm之间。浆液在高压射流状态下渗透到部分软土层和土缝中，形成树根状固结体，大大加强了水平旋喷桩的支护效果。
二、水平旋喷桩的特点
1.可控性
水平旋喷桩的浆液局限性在土体破坏的范围内，浆液注入部位和范围是可控的，可通过调节注入参数如：旋喷压力、浆液注入速度、配合比、注入量等以达到设计要求的强度。
2.均匀性
喷射流在能量衰减前使其射流交汇，在碰撞点切削能量相互抵消，以致比桩心到碰撞点距离大的地方射流已无能力切削土体，所以加固均匀程度较好。
3.成本低、效率高
由于限定注入范围，相对注入量大幅减少，施工速度比大管棚或深孔注浆提高功效，周期缩短。
4.综合效果好
具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重作用。
三、水平旋喷桩预支护原理及技术分析
水平旋喷桩超前支护是一种隧道超前支护的新方法，对于较小或消除施工前期的土体变形起到了良好的控制作用。在施工控制效果上，水平旋喷超前支护的作用主要表现为：由于水平旋喷固结体的有一定的强度，承受了工作面上覆围岩的部分土压力，稳定了围岩，从而避免了土体塌方，即便有一定程度沉降的产生，也不会发生灾难性事故；由于水平旋喷固结体能形成一道拱起到承托的作用，使得沉降槽沉降集中的程度大幅减小，沉降总量在减小的同时有向两端均匀分布的趋势；由于水平旋喷固结体的超前预支护作用，可有效抑制拱顶和地面沉降；实际施工中，水平旋喷桩相互搭接，且固结体浆液向周围土体渗透。使得水平旋喷固结体与其周围的土体形成一个整体，从而極大地增强了土层的自稳能力。
1.精度控制
传统的垂直旋喷桩在施工精度上主要控制的方面有浆液质量、桩体强度、承载力及桩径、桩位等，喷桩施工精度控制不仅包括垂直旋喷工法内的相关内容，而且还应包括上倾角度、搭接位置、桩体空间分布等。由于桩体呈水平布置，施工时应注意桩端位置的固定，及时做好搭接处理，以免由于上方土体的作用造成桩体挠度较大。施工时水平旋喷桩较长，应注意水平旋喷桩体的空间分布，水平方向上应注意钻进过程保持钻杆给进一致。
2.孔口溢流
孔口溢流是水平旋喷桩施工的关键部分。与垂直旋喷桩不同，水平旋喷桩施工时往往具有一定的上倾角度，如果不控制好孔口的返浆溢流，则会造成无法成桩或成桩失败等现象。在施工时，应结合现场的参数，采用合理的止浆方式，做到根据实际的情况来处理止浆。
四、水平旋喷桩在超前支护中的施工流程
1.定位、调平钻机
钻机应满足施工所需的场地空间要求，调整机器高度、喷射角度、对好桩位、安装止浆阀。随后检查电力、浆液、压力系统的准备情况，为正式施工做好准备。设备布置时，应注意喷射孔与注浆泵的距离不宜过远，一般以不大于50m为宜。施工前应详细检查钻孔位置与设计位置的偏差，如遇障碍物或调整孔位，应做好详细记录。
2.钻孔
利用水平旋喷钻机钻至预定深度，钻进过程中低压泵以2～4MPa的压力输送清水，这样用利于成孔，保持孔内通畅；高压泵保持2MPa左右的压力输送清水，防止土颗粒堵塞喷嘴。钻进过程中，应注意保持钻杆平稳，匀速钻入，如发现进钻困难或突然加快，应及时采取控制措施，查明原因后继续进行。
3.提升旋喷注浆
成孔至预定深度后随即收回提升钻杆，同时按照预定的参数进行旋喷注浆。局部桩位可根据需要进行原位第二次喷射，复喷时喷射流冲击的对象为第一次喷射的浆土混合体，喷射流所遇阻力小于第一次喷射。在实际的工程施工中，可采用隔桩跳打，隔桩复喷的工艺使桩与桩之间咬合紧密，达到很好防水的效果。在回收钻杆、旋喷注浆的过程中，应保持好钻杆提升的水平及旋转速度，做好记录。
4.孔口止浆成桩
用于隧道预加固的水平旋喷桩，桩身一般上倾一定角度，因此旋喷完毕后应及时进行止浆，如有需要可进行插筋后止浆。插筋后可以有效的增强桩体强度，更加有利于支护土体。 五、超前支护中常见问题及处理措施
1.地面隆起或塌陷变形
水平旋喷桩常用于水平向支护加固土体的工程中，涉及土体的范围往往位于桩位的正上方。因此，上部土体的稳定性直接影响着施工的正常进行。当上部覆土层的抗剪切性能差、土层厚度不够或旋喷参数的设置不合理时，往往造成上部土体的隆起，影响邻近构筑物的安全。对此问题主要通过控制喷射压力、加快提升和旋转速度、控制溢流等方法有效地控制地面隆起等施工影响。同时，在施工过程中应注意既不能使得孔内压力过大或者过小，这一点应针对具体地层，采取前期试验的方式，加以确定施工参数。
2.固结体不完整
高压喷射注浆完毕后或在喷射注浆过程中因故中断，可能产生固结体空洞、桩体不连续等现象。为了防止因浆液凝固收缩，可采用回灌冒浆或第二次注浆等措施，防止因喷射注浆中断导致的断桩，也可在二次注浆时，保证停顿部位的搭接长度不小于100mm，以保证固结体的整体性。
3.固结体强度不均
不同的土层特性对喷射注浆固结体的直径、强度影响较大，如较坚硬土层桩径偏小、含有机质阻碍固结体硬化造成强度偏低、砂类土中固结体强度较高等，实际工程施工中，宜根据不同土层深度和厚度及时调整喷射参数或进行复喷，或采用插筋的方式加大桩体的强度。
4.喷射流压力偏低
高压泵压力偏低，会造成喷射流破坏力较低而达不到处理效果，可能的原因有高压泵性能不足、高压泵摆放距离过远、浆液管路泄漏等。若因高压泵性能不足，不能产生设计要求的压力，应立即更换高压泵；高压泵摆放距离过远，可增加了高压胶管的长度，使高压喷射流的沿程损失增大，导致实际喷射压力降低。实际施工中当流量较大而压力偏低时，应检查各部位的泄漏情况，必要时拔出注浆管并检查密封性能。
六、结语
我国大量的岩土工程师在借鉴和吸收国外先进成果的基础上，经过自己的实践和总结，在众多隧道工程中应用水平旋喷技术对地铁隧道软弱围岩段超前支护中的使用取得了很好的效果。但是，水平旋喷桩在我国的应用和研究起步较晚，目前大多数还处于试验阶段，其机理还有待深入的认识和总结。
参考文献：
[1]杨宏射.水平旋喷技术在地铁隧道砂层加固施工中的应用[J].隧道建设，2010（1）.
[2]王圣涛，邓敦毅.水平旋喷桩在深圳地铁超前预加固中的应用[J].铁道建筑，2003（6）.
[3]魏文義，杜立新.水平旋喷桩在饱和粉细砂围岩中的应用[J].现代隧道技术，2011（2）.
【关键词】 水平旋喷桩；地铁隧道；软弱围岩；超前支护
超前支护指为了防止岩石冒落，在掌子面前方设置一层支撑壳状结构，可以有效地提高掌子面的稳定性能，也可以作为支护结构的一部分为施工所使用，适用于以控制地表沉降和相邻近的构筑物的影响为主要目的场合。水平旋喷桩技术多用于超前支护，这种技术在国内研究起步较晚，目前多处于试验阶段。因此，它具有广阔的发展前景。
一、水平旋喷桩的研究现状
城市地铁隧道修建过程中，隧道上方往往城市道路、建筑物及地下管线，隧道的超前加固问题处理的不好，不仅会影响地铁的施工安全，而且还会威胁到上部设施的正常运行及安全使用，造成很大的经济损失。作为隧道中的一种超前加固手段，水平旋喷桩的支护机理是相当复杂的，其支护效果不仅仅与桩体自身性质和所受荷载有关，还与土体性质、开挖进度、开挖方式、支护强度等等有着很大的关系。
随着我国基础建设的快速发展，在隧道施工过程中所遇到的问题也越来越复杂，为了应对这一状况，我国对水平旋喷桩的研究也相继展开。铁科院在内蒙古某地的轻亚粘土层中进行了水平旋喷桩拱棚支护试验，共施作七根水平旋喷桩。试验结果表明，在浆液喷射压力20MPa情况下，所形成的旋喷桩的柱径可达580mm，旋喷桩固结体强度为2.8MPa，拱棚厚度在200～250mm之间。浆液在高压射流状态下渗透到部分软土层和土缝中，形成树根状固结体，大大加强了水平旋喷桩的支护效果。
二、水平旋喷桩的特点
1.可控性
水平旋喷桩的浆液局限性在土体破坏的范围内，浆液注入部位和范围是可控的，可通过调节注入参数如：旋喷压力、浆液注入速度、配合比、注入量等以达到设计要求的强度。
2.均匀性
喷射流在能量衰减前使其射流交汇，在碰撞点切削能量相互抵消，以致比桩心到碰撞点距离大的地方射流已无能力切削土体，所以加固均匀程度较好。
3.成本低、效率高
由于限定注入范围，相对注入量大幅减少，施工速度比大管棚或深孔注浆提高功效，周期缩短。
4.综合效果好
具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重作用。
三、水平旋喷桩预支护原理及技术分析
水平旋喷桩超前支护是一种隧道超前支护的新方法，对于较小或消除施工前期的土体变形起到了良好的控制作用。在施工控制效果上，水平旋喷超前支护的作用主要表现为：由于水平旋喷固结体的有一定的强度，承受了工作面上覆围岩的部分土压力，稳定了围岩，从而避免了土体塌方，即便有一定程度沉降的产生，也不会发生灾难性事故；由于水平旋喷固结体能形成一道拱起到承托的作用，使得沉降槽沉降集中的程度大幅减小，沉降总量在减小的同时有向两端均匀分布的趋势；由于水平旋喷固结体的超前预支护作用，可有效抑制拱顶和地面沉降；实际施工中，水平旋喷桩相互搭接，且固结体浆液向周围土体渗透。使得水平旋喷固结体与其周围的土体形成一个整体，从而極大地增强了土层的自稳能力。
1.精度控制
传统的垂直旋喷桩在施工精度上主要控制的方面有浆液质量、桩体强度、承载力及桩径、桩位等，喷桩施工精度控制不仅包括垂直旋喷工法内的相关内容，而且还应包括上倾角度、搭接位置、桩体空间分布等。由于桩体呈水平布置，施工时应注意桩端位置的固定，及时做好搭接处理，以免由于上方土体的作用造成桩体挠度较大。施工时水平旋喷桩较长，应注意水平旋喷桩体的空间分布，水平方向上应注意钻进过程保持钻杆给进一致。
2.孔口溢流
孔口溢流是水平旋喷桩施工的关键部分。与垂直旋喷桩不同，水平旋喷桩施工时往往具有一定的上倾角度，如果不控制好孔口的返浆溢流，则会造成无法成桩或成桩失败等现象。在施工时，应结合现场的参数，采用合理的止浆方式，做到根据实际的情况来处理止浆。
四、水平旋喷桩在超前支护中的施工流程
1.定位、调平钻机
钻机应满足施工所需的场地空间要求，调整机器高度、喷射角度、对好桩位、安装止浆阀。随后检查电力、浆液、压力系统的准备情况，为正式施工做好准备。设备布置时，应注意喷射孔与注浆泵的距离不宜过远，一般以不大于50m为宜。施工前应详细检查钻孔位置与设计位置的偏差，如遇障碍物或调整孔位，应做好详细记录。
2.钻孔
利用水平旋喷钻机钻至预定深度，钻进过程中低压泵以2～4MPa的压力输送清水，这样用利于成孔，保持孔内通畅；高压泵保持2MPa左右的压力输送清水，防止土颗粒堵塞喷嘴。钻进过程中，应注意保持钻杆平稳，匀速钻入，如发现进钻困难或突然加快，应及时采取控制措施，查明原因后继续进行。
3.提升旋喷注浆
成孔至预定深度后随即收回提升钻杆，同时按照预定的参数进行旋喷注浆。局部桩位可根据需要进行原位第二次喷射，复喷时喷射流冲击的对象为第一次喷射的浆土混合体，喷射流所遇阻力小于第一次喷射。在实际的工程施工中，可采用隔桩跳打，隔桩复喷的工艺使桩与桩之间咬合紧密，达到很好防水的效果。在回收钻杆、旋喷注浆的过程中，应保持好钻杆提升的水平及旋转速度，做好记录。
4.孔口止浆成桩
用于隧道预加固的水平旋喷桩，桩身一般上倾一定角度，因此旋喷完毕后应及时进行止浆，如有需要可进行插筋后止浆。插筋后可以有效的增强桩体强度，更加有利于支护土体。 五、超前支护中常见问题及处理措施
1.地面隆起或塌陷变形
水平旋喷桩常用于水平向支护加固土体的工程中，涉及土体的范围往往位于桩位的正上方。因此，上部土体的稳定性直接影响着施工的正常进行。当上部覆土层的抗剪切性能差、土层厚度不够或旋喷参数的设置不合理时，往往造成上部土体的隆起，影响邻近构筑物的安全。对此问题主要通过控制喷射压力、加快提升和旋转速度、控制溢流等方法有效地控制地面隆起等施工影响。同时，在施工过程中应注意既不能使得孔内压力过大或者过小，这一点应针对具体地层，采取前期试验的方式，加以确定施工参数。
2.固结体不完整
高压喷射注浆完毕后或在喷射注浆过程中因故中断，可能产生固结体空洞、桩体不连续等现象。为了防止因浆液凝固收缩，可采用回灌冒浆或第二次注浆等措施，防止因喷射注浆中断导致的断桩，也可在二次注浆时，保证停顿部位的搭接长度不小于100mm，以保证固结体的整体性。
3.固结体强度不均
不同的土层特性对喷射注浆固结体的直径、强度影响较大，如较坚硬土层桩径偏小、含有机质阻碍固结体硬化造成强度偏低、砂类土中固结体强度较高等，实际工程施工中，宜根据不同土层深度和厚度及时调整喷射参数或进行复喷，或采用插筋的方式加大桩体的强度。
4.喷射流压力偏低
高压泵压力偏低，会造成喷射流破坏力较低而达不到处理效果，可能的原因有高压泵性能不足、高压泵摆放距离过远、浆液管路泄漏等。若因高压泵性能不足，不能产生设计要求的压力，应立即更换高压泵；高压泵摆放距离过远，可增加了高压胶管的长度，使高压喷射流的沿程损失增大，导致实际喷射压力降低。实际施工中当流量较大而压力偏低时，应检查各部位的泄漏情况，必要时拔出注浆管并检查密封性能。
六、结语
我国大量的岩土工程师在借鉴和吸收国外先进成果的基础上，经过自己的实践和总结，在众多隧道工程中应用水平旋喷技术对地铁隧道软弱围岩段超前支护中的使用取得了很好的效果。但是，水平旋喷桩在我国的应用和研究起步较晚，目前大多数还处于试验阶段，其机理还有待深入的认识和总结。
参考文献：
[1]杨宏射.水平旋喷技术在地铁隧道砂层加固施工中的应用[J].隧道建设，2010（1）.
[2]王圣涛，邓敦毅.水平旋喷桩在深圳地铁超前预加固中的应用[J].铁道建筑，2003（6）.
[3]魏文義，杜立新.水平旋喷桩在饱和粉细砂围岩中的应用[J].现代隧道技术，2011（2）.