三重管高压摆喷防渗墙施工工法

中铁十二局集团第二工程有限公司 王宗勇 安宏斌 李正青

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1.前言

高压三重管30摆喷施工技术，在铁路海底泥水盾构隧道明挖暗埋段施工中属于一项新技术，它具有施工速度快，无渗水盲区，工程质量高，劳动强度低，材料消耗小，总体投资少优点，实践证明它比常规施工方法有很大的优点，本工法依据狮子洋隧道进口段明挖暗埋段摆喷防渗墙的施工实践,经完善总结形成，可以为今后类似工程借鉴。

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2.工法特点

2.1摆喷桩间固结较好，防渗效果明显，质量容易得到保证。

2.2施工工艺简单，施工速度快、冒浆浆液可以回收再利用，造价较低等优点。 2.3 施工方便，偏差较小。

3.适用范围

本工法适用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。

4.工艺原理

三管高压摆喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。形成防渗墙，原理如下：

4.1高压摆喷射流切割破坏土体作用

喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。 4.2混合搅拌作用

钻杆在摆动和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。

4.3置换作用

三重管高压摆喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。

4.4充填、渗透固结作用

高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。 4.5压密作用

高压摆喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

图5.1-1 高压摆喷施工工艺流程

5.2施工方法

5.2.1桩孔定位及钻孔定位

孔位布置应保证第一序孔形成的扇形薄墙与第二序孔形成的扇形薄墙能够有效搭接，孔距在不大于设计孔距的前提下可适当调整。布孔时，首先要确定拐点处相邻两孔的位置，其他孔位以这两个孔为基点，从两端向中间布置。按确定位置放样定位，钻机安置在设定孔位上，垂直度误差不超过0.3%。孔间距为1.2m。如图5.2-1所示。

图5.2-1 摆喷桩孔定位图

5.2.2钻孔

造孔是摆喷工程必不可少的先导工序。合格的钻孔必须保证喷射管顺利进入基岩0．5m，使喷射体能嵌入基岩。控制孔斜使相邻墙体能有效地搭接，确保整个摆喷墙连续。具体工艺如下： ①基本参数

钻孔的目的是为了将三重喷射管插入预定的地层中而进行的预成孔施工。引孔直径为Ф130mm，其孔位偏差小于5cm，孔底偏斜率小于1%。

②移机就位

钻孔时钻机移至孔位装上钻具，其中心对准孔位中心，立轴水平，用金属水平尺两个垂直方向正反测量校准。

③钻进

钻孔严格按钻孔施工工艺进行，严格控制垂直度在允许范围之内，检测控制方法，用500ram金属水平尺两个垂直方向靠在主动钻杆上检测，不许超过5mm。个别孔斜稍有超差可在后续喷射工序适当调整参数予以弥补。施工必须分两序孔间隔进行钻孔和灌浆，且两序孔摆喷夹角方向相反。钻孔深度

一定要达到指定地层。

④泥浆护壁

粉土和砾石地层，钻进过程都是极易坍塌的。钻孔完成后尚需保持一定时间完好，控制好泥浆至关重要，泥浆控制指标比重为1.1～1.3g／cm3 粘度18s以上，泥浆应充分循环利用，既可以降低成本又可减少环境污染。 5.2.3摆喷作业 ①移机就位

钻孔完毕后浆钻孔机械移开，移入三重管高喷台车，安装好喷射管和旋提摆，并对中、调平，同时确定摆喷角度，其方法是：将摆喷夹角与起摆角(摆喷夹角的始边与喷射孔中心连线所夹的锐角)作为转盘圆上的弧度，分别标记在转盘上，通过调整凸轮与转盘之间的连杆长度来控制摆喷夹角。然后在孔口作高压水试喷，测量摆喷墙夹角,化解成三角形的相关尺寸,在地面进行测量控制,偏差<2°。摆动角度化成圆弧尺寸，在喷射管外圆上测量控制，偏差<2°。

②下管扫孔

将三重喷射灌浆管插入孔内预定深度。喷射管下入孔中检测孔的倾斜度，根据孔斜情况用喷射管稍作调整。为防止泥沙堵塞喷嘴，可使用低压水和少量压缩空气（用胶带将喷嘴包住），边射水、边插管，同时要控制好水压力，防止水压力过大将孔壁射塌。有时孔底沉渣较多，应先喷泥浆和用旋提摆装置配合扫孔，直至喷射管完全到达孔底。

③水、气、水泥浆的控制

主要参数：水压：30～35Mpa，浆压：0～1Mpa，气压：0.5～0.7Mpa。

浆液配比：0.8:1，比重1.6～1.7g/cm3。

流 量：水：60～80l/min，浆：70～90l/min，气：3～6m3/min 水泥用量：320～350kg/m(P.O32.5R普通硅酸盐水泥)。

高压水是成墙的切割具，也是排渣的载体，其功能直接关系摆喷墙的成败。试喷时用喷嘴调整压力，通过泵头抗震压力表检测。空载水压力不小于35MPa，水泵流量用容积法检测不小于80L／min。

气是排渣清孔重要辅助载体，由6m3空压机提供，二级压力一定要能够达到0.7MPa以上。 水泥浆是成桩的主要材料，水灰比应严格控制在(0.8～1)：1范围，用泥浆比重计检测保证不低于1.58 g/cm。孔口回浆要充分利用，应用泵回搅拌机重新搅拌过滤使用。泥浆泵的泵量不能少于90L／min，用容积法检测。

④提管摆喷

当喷射管达到预定地层后，先送空气、高压水，再将水泥浆送入孔中静喷少顷，待孔口回浆的比重>1.3g／cm开始提管，连续进行；若孔口回浆的比重<1.3 g／cm时，应降低提速或停止提管。在喷射过程中，应注意观察回浆情况，以了解土层情况、喷射注浆的大致效果以及技术参数是否合理。回

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浆量为注浆量的20％左右为正常现象，若回浆量过大，可采取减少注浆量、加快提升及提高喷射压力等措施。

当摆喷注浆管作业提升到设计标高时，摆喷作业即告结束。考虑到浆液凝固收缩，停浆位置应提高0.5m～1.Om；在发现孔口浆下降后进行回灌补浆或第2次注浆。摆喷头设有2个高压水、气流混合喷嘴，喷嘴间夹角为150°，施工时摆喷管往复摆动角度为30°形成两个30°角的扇形喷射面，两个喷射面半径的最小夹角为120°，如图5.2-2所示。

图5.2-2 摆喷断面示意图

5.2.4 回灌

工程中上面6m为空桩，应进行普通注浆。由于水泥浆液与土混合浆液均有析水作用，致使注浆孔均有不同程度的收缩，在邻近孔施工时应进行回灌。 5.2.5 工程中的参数汇总：

①引孔直径为Ф130mm，其孔位偏差小于5cm，孔底偏斜率小于1%；摆喷半径≥750mm，成墙厚度最大400mm，最小130mm。

喷嘴直径：两个水嘴，直径1.7mm～2.0mm，夹角150°，浆嘴1.0cm～2.0cm。 提升速度：10 cm/min～12cm/min 摆 频：80r/min～10r/min

水压：30 Mpa～35Mpa，浆压：0～1Mpa，气压：0.5 Mpa～0.7Mpa。 浆液配比：0.8:1，比重1.6～1.7g/cm3。

流 量：水：60 l/min～80l/min，浆：70 l/min～90l/min，气：36m³/min～6m³/min。 水泥用量：320 kg/m～350kg/m(P.O32.5R普通硅酸盐水泥)。 5.3 施工质量的检验

①高压喷射注浆可采用开挖检查、钻孔取芯、标准贯入、荷载试验或压水试验等方法进行检验；基坑开挖时观察渗水情况可作为进一步复核；

②检验点应布置在下列部位：① 帷幕中心线上；② 施工中出现异常情况的部位；⑧ 地质情况复杂，可能影响质量部位。

③检验点的数量应为施工注浆孔数的2 ～5 ，不合格者应进行抽芯检验并进行补喷。

④在基坑开挖过程中，由于摆喷桩和前期施工的钻（冲）孔灌注桩及高压选喷桩相结合形成止水屏蔽，有效地将基坑内外的水流隔断，未发生基坑外大量渗水，并针对基坑内存水采取了降水和抽排

措施，保证了开挖的顺利完成。

6.机具设备

6.1 主要材料为P.O 32.5水泥 6.2 施工机具

设备名称 钻机 高压台车 高压水泵 空压机 普通泥浆泵 制浆机 灌浆机 设备型号规格 XY-100 3D2-S DVY-6/7 HB－80/10 数量 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 用途 钻孔 控制喷射管 提供高压水 提供高压空气 泵送泥浆护壁泥浆 制造水泥浆 泵送水泥浆

7.质量控制

7.1 钻孔与成桩时都应该分两序孔间隔进行钻孔和灌浆，防止相邻孔连续施工扰动已施工但强度尚未达到的邻桩。

7.2 严格控制孔间距在有效搭界范围之内，且不得大于设计距离，保证有效止水效果。 7.3 钻机就位时调整好摆喷角度，保证城墙厚度在设计值误差允许范围之内。

7.4 下管时控制好水压和气压，既要防止堵口，又要防止压力过大引起踏孔；下管深度一定要达到到达孔底。

7.5 控制好水泥浆用量。水泥浆用量对成桩质量有直接的影响。施工中应控制好水泥浆的制备，设置二级搅拌系统；控制好摆喷管的提速，使成桩体均匀。

7.6 对回浆进行监测，控制提管速度，调整注浆量和喷射压力。回浆必须大于等于1.3g/cm才能正常提管，否则应当根据情况减慢速度，或者停止提管。回浆量应在注浆量的20％左右，如果回浆量过大，应加快提管速度、减少注浆量及提高喷射压力。 7.7 切割水压不得低于30MPa，保证切割深度和注浆到位。

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8.安全措施

8.1 对于地面沉降较大的区域，在施工机械通过时，必须先进行回填或试压，确认安全后方可通过。

8.2 钻机临近基坑施工，必须做好充分的抗风措施，防止钻机倾倒，对基坑构成风险。 8.3 施工现场作业人员必须按照项目部的有关安全规定，佩戴安全帽，临边施工作好防护工作，

高空作业系带安全带。

8.4 摆喷作业与基坑两侧车辆，支撑安装等工序进行平行交叉作业时，就进行充分协调，作到有序进行，保证各工序作业人员的安全。

9.环保措施

9.1 施工用水

①所有水管安上闸阀，随用随关，严禁长流水； ②施工废水通过沉淀后排入制定排污沟中。 9.2 非功过资源节约 ①严禁使用发电机供应用电；

②施工严格按配合比施工，不得浪费水泥，进行冒浆浆液的回收再利用； ③采用散装水泥，减少水泥袋排放； 9.3 周边环保 ①不得多占用土地；

②使用环保型空压机，并采用隔音棚隔音，减少施工噪音。

10.效益分析

本工法的效益主要表现在以下几个方面四个方面。 ① 工期效益

工序安排合理、紧凑，比其它施工方法缩短工期50%，确保盾构井节点工期的实现。 ② 经济效益

节约了材料费用16万元，并比其他方案减少30%的劳动力，为企业、社会创造了良好的经济效益。 ③ 社会效益

该工法有效地治理了明挖基坑涌砂涌水的威胁，打开了明挖主体施工的瓶颈，受到监理、业主的高度评价。

④ 环境效益

不仅限制地面的沉降，确保地面周边建筑物的安全，而且防止地下水流失而减少了海水侵入。

11.工程实例

广深港高速客运专线狮子洋隧道SDII标明挖暗埋段共507m，采用高压摆喷桩施工400延米止水帷幕，得到了良好的成效，采用4台高压喷射机，仅用60天就完成，所有摆喷桩形成防渗墙效果好，确保了开挖安全，节省了大量水泥和劳动力，特别限制了地面沉降，加快了施工的进程，受到监理和业主的好评，为企业创造了良好的效益和社会效益。