文章编号：1009—4539(2021)增1—0179—04
关键技术研究
樊旭东
(中铁二十二局集团第四工程有限公司天津301700)
摘要：干燥粉细砂地层隧道施工难度大，安全风险高。结合中兰客专盘岘山隧道工程，分析了该隧道干燥粉细砂层的特性、施工难点；通过现场长期的施工探索和方案比选，最终决定干燥粉细砂地层隧道采用掌子面超前水平旋喷桩加固+边墙斜向旋喷桩加固、三台阶临时仰拱加竖撑的施工方案；并对超前水平旋喷咬合桩预加固施工技术、三台阶临时仰拱加竖撑施工技术、斜向咬合桩施工技术等三大关键技术进行了阐述；实现了盘岘山隧道粉细砂层的顺利穿越，取得了良好的经济效益和社会效益，对类似地层施工具有一定的借鉴意义。
对旋轴流风机关键词：干燥粉细砂地层旋喷桩三台阶临时仰拱法加竖撑高铁隧道
中图分类号：U455.4文献标识码：A DOI&10.3969/j.issn.1009-4539.2021.S1.043
Research on Construction Plan and Key Technology of High-speed Railway
Tunnel in Dry Fine Sand Strata
FAN Xudong
(China Railway22n d Bureau Group4t h Engineering Co.Ltd.,Tianjin301700$China)
Abstract:The construction of tunnele in de fine sand strata is very dmicuW and risky.This paper analyzes the characteristics of the de fine sand strata and construction dimicuWies based on the Panxian Mountain tunnel project of the Yinchuan-Lanzhou High-speed Railway.Through long-term construction exploration and plan comparison and selection on site,the construction plan of using horizontal jet grouting pile ahead of the excavation face and oblique jet grouting pile at the sidewall for stabilization1061x0with the three-bench temporara invert and vertical bracing method has been adopted.
Furthea,three key technolocies have been introduced,which include the horizontal jet grouting occlusal pile pre-injection construction Ichnology,the three-bench temporara invert and vertical bracing construction Ichnology and finlla the oblique occlusal pile construction technolocy.The tunnel
in the fine sand strata of the Panxian Mountain has run through successfulla with good economic and social benefits,which has certain referential significance for construction in similar stata.
Key words：dry fine sand strata；jet grouting pile；three-bench temporary invert and vertical bracing method;high-speed railway tunnel
1引言况。如在干燥粉细砂地层中修建高铁隧道施工异引言常困难，常规的处理方法如施工超前大管棚、加密随着我国新一轮大规模、高标准铁路建设高拱架间距、径向注浆等方式效果往往不是很理想，潮，伴随着许多在软弱围岩中修建隧道工程的情寻求一种适合该地质的施工方法尤为关键[1]'
收稿日期：2021-03-07
作者简介：樊旭东（1989—），男，山西泽州人，工程师，主要从事桥梁与隧道施工技术研究与管理工作；E-mail：***************cwmp
樊旭东：干燥粉细砂地层高铁隧道施工方案及关键技术研究
2工程概况
中兰客专盘岘山隧道位于兰州市兰州新区中川
硅铁合金
镇境内，隧址区地貌属黄土梁区，期间分布较多谷沟,
地形起伏大，冲沟发育，全长2829m，为双线黄土隧
道，设计时速250km。原设计地质以砂质黄土为主,
不良地质主要为黄土陷穴和浅层溜塌。隧道地基湿
陷等级为严重，对隧道结构有一定影响。隧址区为弱富水区，地下水较为贫乏，对铁路工程影响的气候分为寒冷地区。隧道进口正常掘进45m后，开挖围岩揭示为全断面干燥粉细砂地层，后经地质补勘探明，该粉细砂地层长度约255m，埋深为17〜45m o 粉砂层施工难题得到了国铁集团、中兰客专公司、兰州工程建设指挥部等领导的高度重视，多次组织国内知名专家到现场探勘指导，并进行了大量试验性施工。 3粉细砂层围岩特性及施工难点
(1)粉细砂层以黄褐细砂、粉细砂为主，干燥，较密实，粘聚力低。开挖过程中，施工扰动后易引发溜塌、漏砂、涌砂〔2*，开挖支护很难控制。便携式行李车
(2)粉细砂层极易溜塌，喷射混凝土施工时粉细砂层经常掉落，支护作业施工难度较大。
(3)开挖后形成临空作业面，伴随着时间的延迟，极易发生突发性溜塌、漏砂，难以控制。
(4)拱架拱脚承载力不足，沉降变形大，变形不均衡。经常有初支开裂、掉块、大变形等情况。
(5)安全风险大。由于粉砂层松散、易溜塌、涌砂，易引发初支开裂、大变形、塌方等灾害，安全风险大。
4施工方案
在一年多的时间内施工单位先后采取了超前密排小导管注浆(试验浆液包括注水、水泥净浆、水玻璃水泥浆双液浆等)、超前周边预注浆、径向注浆、插板止砂法、增加锁脚锚固桩法、水平旋喷咬合桩等多种施工措施，同时对施工工法及开挖支护措施进行研究试验，包括三台阶临时仰拱法、三台阶预留核心土法、四台阶临时仰拱法、四台阶预留核心土法等，最终确定〔3*了采取超前水平咬合桩超前加固+边墙斜向旋喷桩加固，三台阶临时仰拱加竖撑方法开挖关键施工技术(见图1〜图4)o
图1注浆试验图2锁脚锚固桩
图3超前密排小导管图4插板止砂法
5关键施工技术
5.1超前水平旋喷咬合桩预加固施工技术
(1)超前水平旋喷咬合桩施工工艺
以咼压泵为动力基础，通过定向钻机钻杆、一一定量的水泥浆混合物注入到待改良的地层中，喷射流在巨大的压力下将一定范围内的土体切削，并在喷嘴处作缓慢进退旋转并切削地层土体，强制土体与水泥基浆材充分混合，等到水泥基浆材完全固结后，形成的圆柱状的水泥帷幕体，即水平旋喷桩［4*o
(2)水平旋喷咬合桩设计参数
环向180。范围内布置单排水平旋喷桩〔5*%桩径!600mm，桩长15m；桩中心间距450mm，相邻两根桩相互咬合150mm o
(3)旋喷桩设计图(见图5)
图5旋喷桩设计
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(4"施工方法
采用定向钻机打设水平孔，钻进到一定深度后，拔出钻杆，且同时通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于35MPa的压力把配置好的水泥基浆液喷射到待改良岩体内，借助高压液流切碎岩体，使喷流射程内岩体遭受到脆性破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度(20/min)旋转，一面低速慢慢退出，使水泥浆与切削后的岩体充分搅拌混合后形成直径均匀、完整性好，具有一定强度的加固桩体，当旋喷固结桩相互咬合后，在隧道掌子面拱顶及四周形成封闭的类似超前管棚作用的微拱帷幕体。水平旋喷咬合桩具有支撑梁作用和岩体改良加强效应，能够起到防止流砂、抗滑移、漏砂渗透的作用，能防止土体坍塌和地表下沉，能保证隧道掘进与后续支护施工的安全。
(5)施工重难点
旋喷导向孔方向的控制。预导孔的钻进方向决定着旋喷成桩的方向，根据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10753#2018)要求，水平旋喷桩施工允许偏差水平偏移为1.0%，垂直下沉偏移为0.5%，验收要求较高。而旋喷桩体与隧道初支拱架间的距离是验证水平旋喷桩施工成败的一个重要参考。盘岘山隧道旋喷桩施工无工作室，旋喷桩体在前4〜5m范围会侵入隧道开挖线，末端15m位置又会超出开挖线最少1m o旋喷桩体与初
支拱架处的最佳距离为20~30cm，超过该距离会造成旋喷桩体下部的岩体掉落、土体剥离，进而导致初支超挖严重，增加喷射混凝土工程量。小于该距离，又会涉及到初支欠挖，需要破桩，给掌子面开挖支护作业增加较大难度。
水平旋喷桩的完整性、均匀性、旋喷效果的控制。旋喷桩的成桩旋喷效果包括：桩径、强度、整体度。强度高、完整行、均匀性好的旋喷桩代表成桩效果越好，而旋喷桩的数量、桩长、桩径既要满足设计要求同时又要考虑水泥基浆材的节约，防止桩径过大或过小，减少不必要的浪费。
旋喷桩施工时返浆量的控制。水平旋喷桩施工时孔口返浆是不可避免的，返浆量的大小决定了旋喷桩的施工状态是否正常。返浆量大会造成水泥基浆材的浪费同时给水泥基浆材的处置增加难度，对成桩的桩径、均匀性有一定的影响。孔口若不返浆一般会有两种情况：第一种情况为掌子面前端岩层有裂隙或者空洞，旋喷的浆液都填充到裂隙或者空洞里；第二种情况为返浆的通道被堵塞。不管是哪一种情况，都会造成水平旋喷钻机回拔时因机器扭矩不断增大，从而导致抱钻。长时间的不返浆，造成岩层填充物增多，压力增大，造成地表的开裂、隆起。
(6)施工工艺流程(见图6)
图6施工工艺流程
5.2三台阶临时仰拱
加竖撑施工技术
盘岘山隧道进口干
躁粉细砂段采用三台阶
临时仰拱加临时竖撑法
薄片蒸汽眼罩
施工(见图7)。
施工顺序：开挖上图7三台阶临时仰拱加竖撑台阶部分；施工上台阶部分洞身结构的初支结构，即初喷4cm厚的混凝土，架立初期支护钢架及上台阶临时横撑、竖撑钢架；临时钢拱架间喷射10cm厚混凝土封底；上台阶施工至一定距离时，再开挖中台阶，接长钢拱架，施工中台阶洞身结构的初期支护及临时钢拱架的封底；此时开挖下台阶，及时封闭下台阶初支；开挖隧底，及时封闭隧底的初支；灌注隧底仰拱混凝土；灌注填充混凝土；上述步骤逐
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步循环。并根据实时监控量测结果研究分析，待初期支护沉降后，逐段拆除临时钢架，利用二衬台车一次浇筑拱墙二次衬砌。
需要说明的是，传统的三台阶临时仰拱法控制不了初期支护的沉降变形，经常出现初支开裂、下沉、变形、掉块的情况。经过长时间的摸索施工和邀请专家论证方案，明确了增加临时竖撑的施工方法。
由于三台阶临时仰拱增加了竖撑，上台阶开挖后，水平旋喷桩形成的加固拱圈、上台阶初支、上台阶临时横竖撑共同承担了围岩压力，减小了上台阶初支拱脚受力，有效地控制了隧道的变形。保证了上台阶工作空间的安全稳定性。
另外，该段粉细砂层施工必须坚持仰拱衬砌和二次衬砌紧跟的原则，安全步距不可逾越。开挖过程中应根据监控量测结果及时调整初期支护结构的预留变形量。
5.3斜向咬合桩施工技术
(1)斜向咬合桩设计参数
环向180。下方设置2排斜向旋喷桩%桩径!600mm，桩长5m；桩中心间距350mm，相邻两根相互咬合150mm。
(2)斜向咬合桩作用原理
由于施工中下台阶时，采用的边墙密排小导管和边墙锁脚锚固桩效果不是很理想，经常出现初支背后漏砂、滑砂、涌砂的现象。导致初期支护经常发生开裂、变形、沉降。因此，在粉细砂层段采用沿两侧施工斜向咬合桩的
施工技术起到了很好的
效果。斜向咬合桩不仅
为中下台阶拱脚增强了
落脚支撑平台，还起到
了止砂、堵漏的作用(见
图8)'
实践证明，斜向咬合桩施工技术更有效地控制了施工中存在的流砂、涌砂及初期支护变形等情况的发生，安全系数高、针对性强、工艺简单、效率高，为同类型干燥粉细砂地层隧道提供借鉴。
图8斜向咬合桩施工
6施工注意事项
辣椒种植技术
(1)掌子面开挖采用人工开挖，手推车出渣，减少对粉细砂地层的扰动。锁脚锚管采用螺旋钻代替风钻施工。
(2)水平旋喷桩超前支护在粉细砂层隧道中可靠性强，具有较强的抗压、抗弯性能。在软弱围岩隧道施工中穿越砂层、软弱地层、涌砂层发挥了重要作用，能为后续隧道施工提供坚强保障。
(3)三台阶临时仰拱加竖撑的施工方法能有效控制隧道围岩的变形和沉降，确保初期支护的稳定。
(4"施工中重视快开挖、快支护、快封闭⑹。要求开挖后及时封闭掌子面，尽快支护，防止围岩过长时间暴露。
(5)施工中还要做好监控量测数据的分析和研究，以及根据超前地质预报的建议，动态采取对应支护措施，防止变形侵限。
7结束语
(1)通过现场施工人员的创新及大胆尝试，采用的创新施工技术方案，避免了长期探索而耽误工期的现象发生。
(2)干燥粉细砂地层中采用超前水平旋喷咬合桩超前支护能保证掌子面的稳定，在隧道掌子面及
四周形成了固结圈，加固效果显著。为相似地质条件下的工程施工提供经验参考，具有极高的可借鉴性。
(3)形成了“拱顶咬合，边墙密贴，洞内强支撑”为原则的旋喷桩超前加固施工关键技术。
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