[科普中国]-水平旋喷法

简介

在软弱、松散、富水地层中修建隧道工程，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。超前预加固方法主要有超前小导管、超前小导管预注浆、大管棚、深孔注浆、水平旋喷桩、水平搅拌桩和水平冻结等。在工法选取上应根据不同水文、地质、周边环境进行安全、技术、经济对比和适用、成熟可靠条件分析，进行动态设计，合理选用。水平旋喷桩是以高压泵为动力源，通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内，喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液搅拌混合，待浆液凝固后，便形成水平圆柱状水泥土固结体，即水平旋喷桩1。

出现原因水平钻孔旋喷注浆的应用和隧道施工技术的发展有着密切的联系。在覆盖层较薄的松软地层中修建地下结构物面临着地层不稳定、较易引起坍塌和地面沉陷等严重问题。以前的解决办法一般都是注浆加固地层后再进行开挖，传统的水泥浆或化学浆液静态注浆都有注浆效果不易控制等问题。高压喷射注浆的开发成功使各国工程技术界想到利用它来提高隧道围岩的稳定性。从地面竖直钻孔，在隧道周边进行旋喷存在钻孔深度过大、钻孔精度及各固结体之间搭接不易保证等缺点。另外，受固结体之间的粘结强度及抗剪强度控制，加固范围比较大。据此，人们自然想到用水平钻孔实现旋喷问题。

原理在土建工程水平旋喷加固体施工中，通过高压液流切碎土体、使水泥浆与切碎后土体充分搅拌混合后形成加固体。流体的高压喷射切割地基的基本原理是：抽空现象；喷射流的冲击力；水楔的劈裂作用及地基土液化引起的脆性破坏。喷射压力加大至临界值可以加剧土层的侵蚀切削。但是实际工程中，压力必须超过临界点才能保证旋喷法的有效性。流体的动态压力比随喷嘴距离而变化，增大气体喷射速率可以减小衰减率，从而获得大直径的加固土体，还可以通过气体喷射和水力喷射的连续性方程得到喷射速率的精确值 。高压喷射注浆施工时，影响旋喷效率的因素包括动态压力、流量、旋转速度及循环次数。现场试验表明，旋喷效果与动态压力、流量及循环次数成正比，与旋转速度成反比。喷嘴的形状和直径关系到喷射的效果，合理的设计是旋喷注浆成功的关键。高压喷射注浆法不但要求喷嘴有合适的直径和形状，而且对内表面和通道有严格要求，以保证集中的流动。即使喷嘴很精确，也有可能由于流体中的异物或土造成裂缝。因此，在施工以及每次喷射前都要检查喷嘴的质量 。高压射流切削土层的能力与以下因素有关：喷射流的流量与流速；喷嘴的口径；射流的密度；喷嘴的出口压力；喷嘴离对象（土层）的距离；对象的性状；喷嘴的移动速度以及侧向土力。因此，要了解旋喷桩直径与施工参数的关系，一般是通过室内或现场试验,建立旋喷桩直径与各施工参数之间的关系，并得到有关计算公式2。