一、 概述
软弱围岩中施工暗挖隧道经常采用的注浆超前加固止水有其成功经验，但也有不足之处。对于城市中心地区施工的地下工程来说，最大的问题在于可能会因沉降失控造成难以估量的社会影响。
一些特殊的隧道，如隧道埋深浅、跨度大、地质条件差（如淤泥、流砂等）、地下水位高（隧道位于地下水位以下），隧道上方是交通繁忙的街道、还有纵横交错的管线，周围又紧邻高层建筑，这样的隧道在施工中绝对不能坍方，也不允许产生过大的沉降。在这种情况下，若能在隧道开挖轮廓线以外设置一环相互咬合的水平搅拌桩作为隧道超前支护和止水加固，则既可防坍塌，又可防止因隧道开挖而使地层过度失水引起地表沉降。
深圳地铁一期工程会展馆站—购物公园站区间隧道暗挖段，位于深圳市福田区福华路和益田路交叉处，是两条下穿益田路的浅埋暗挖隧道。隧道全长76.89lm（单线长），净宽4.50m、净高5.1lm，断面形式为矩形，隧道埋深为8m。隧道上半部位于砂层中，下半部位于砾质粘土层中，底部位于强风化花岗岩层中。地下水埋深3.0～5.5m，水位变幅0.5～2.0m，隧道位于地下水位以下。隧道上方为深圳市南北向的主要交通干道之一的益田路，路面宽30m，交通繁忙。路面以下管线较多，其中主要有4条管线在施工中应特别加以保护，分别为2 条φ1000mm的混凝土供水管，1 条18孔的通讯光缆和1 条1000mm×1000mm的电力电缆槽。
在以往的施工中，搅拌桩多数是垂直向下施工的，本工程成功地将水平搅拌桩应用于暗挖隧道的超前支护和止水加固，实现了工艺上的突破，为软弱围岩中暗挖隧道提供了一种新型的施工手段，在工艺方法上开辟了一条新路，如图6.10 和图6.11 所示。
图6.10 采用水平搅拌桩作隧道超前支护横断面示意图
图6.11 采用水平搅拌桩作隧道超前支护纵断面示意图
二、 单桩工艺流程
（1）封闭掌子面。每循环水平搅拌桩施工前应先用喷混凝土封闭掌子面，一是为了防止掌子面坍塌和涌砂、流泥；二是便于测放桩位。
（2）测放桩位。在掌子面上将桩位准确地测放出来，并应标示清楚，便于钻机就位，减小定位误差。
（3）安装工作平台。工作平台应具备升降功能，其上还应安装轨道，便于钻机升降平移。
（4）钻机就位。钻机应安放稳固，就位后应对正孔位，并应调整好钻杆角度。
（5）浆液制备。按选定的配合比拌制好水泥浆液。
（6）钻进、送浆、搅拌。一边钻进，一边压送水泥浆，一边搅拌。应掌握好钻进速度、浆液压力和送浆量。开孔之初应观察孔口的水泥土浆体是否已得到充分搅拌，以此来调整钻进速度。
（7）退钻、送浆、重复搅拌。一边向外退钻，一边送浆，一边再重复搅拌，以使水泥和土颗粒混合均匀。
（8）封口成桩。退出钻头后用棉纱木楔等将孔口封住，防止浆液外流。至此，一根水平搅拌桩就全部完成。
一循环水平搅拌桩施工顺序为：1→3→2→5→4→7→6→9→8…，如图6.11 所示。
三、 搅拌桩设计
（1）桩长、桩径的选取。桩长和桩径的选取应根据钻机的能力，即钻机的扭矩和钻杆的刚度而定。钻机的扭矩和钻杆的刚度大，则桩长和桩径可以选择大一些；反之，则应小一些。对于普通锚杆钻机，其所配最大直径钻杆为D＝80mm的钻杆，桩长宜选择8～12m，桩径宜选择350～500mm。如果桩太长，由于钻杆的刚度不够，桩的底部在钻杆的自重作用下会逐渐向下方偏移，最终会侵入开挖轮廓线以内而失去作用；如果桩径过大，由于钻机的扭矩不够，则会使钻进速度降低，或根本钻不进去。
（2）水平搅拌桩咬合厚度的选择。相邻桩间咬合厚度的大小应根据桩径和桩长来进行选择，如果桩较长，桩径较大，则咬合厚度可以大一些；反之则应小一些。一般桩长8～12m，桩直径350mm的水平搅拌桩，其咬合厚度以1/5～1/4桩径为宜。
（3）水平搅拌桩外插角的选择。如图6.12 所示，由于前后环桩之间存在一个搭接问题，故水平搅拌桩不能沿隧道轴线方向钻进，必须向外偏移一个角度，这就是常说的外插角。水平搅拌桩的外插角应根据桩长、桩径及两环桩之间的搭接长度和搭接间隙大小经计算而选定，如图6.12 所示，水平搅拌桩外插角可按下式计算：
图6.12 深圳地铁会购区间过益田路暗挖隧道断面设计（单位：m）(www.xing528.com)
式中 δ——水平搅拌桩外插角；
h——两环桩搭接处预留间隙的大小，为防止卡住搅拌齿，该间隙应偏大一些，宜选择30～50cm；
d——水平搅拌桩的直径；
L——水平搅拌桩的长度；
L′——两环桩之间的搭接长度，一般为1～2m。
对于侧墙部位的桩，其外插角直接采用计算值就可以；对于拱部的桩，考虑到钻杆自重的作用，桩底可能会向下偏移，其外插角可以在计算值的基础上再增加0.5°。
（4）浆液的配比，送浆压力和水泥掺量。
水泥浆液配合比∶水∶水泥＝0.7∶1～1∶1；
送浆压力：1.50～2.0MPa；
水泥掺入比：10%～20%。
（5）水泥土强度设计及试验检测。
1）水泥土强度：0.65～2.5MPa（28天强度）；
2）试件检测：水泥土试件采取现场取样，取样部位选择在孔口位置，将孔口部位搅拌好的水泥土在未凝固前装入试模，经标准养护后，通过抗压试验得出其强度值。
（6）水平搅拌桩允许偏差。
桩径允许偏差：＋30mm；
桩长允许偏差：＋100mm；
成桩倾斜度：小于0.1%桩长（L）。
四、 水平搅拌桩施工
如图6.12所示，本工程水平搅拌桩只设置在隧道的上半部（砂层中），桩径35cm、桩长8m，两循环桩搭接长度2m，桩心距30cm，桩体强度2.0MPa。
经过理论计算及参照以往的施工经验，本工程水平搅拌桩的有关技术参数选定为：外插角8°，水灰比1∶1，水泥掺入比20%。
本工程共施工水平搅拌桩1.04 万延米。投入两台钻机（型号为GY—2A），一台施工，一台备用；一台双液注浆泵（型号为KBY—50/70）；一台泥浆泵（型号为6BS）及一个搅浆桶（容积2m3）。每循环施工水平搅拌桩400 延米，耗时约24～27小时，工程进度相当快。
五、 效果
从隧道开挖后暴露出来的实际情况看。水平搅拌桩桩体质量均匀、稳定，加固效果可靠，止水性能尤其好。从施工监测的结果来看，对地表沉降的控制和对地下管线的保护都达到了设计的要求。
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