适用于砂卵石地层盾构端头井加固的超高压旋喷注浆方法技术领域
本发明涉及一种盾构端头井加固方法，尤其是涉及一种适用于砂卵石地层盾构端头井加固的旋喷注浆方法。
背景技术
端头加固是盾构始发、到达技术的一个重要组成部分，端头加固的成功与否直接关系着盾构能否安全地始发、到达。盾构始发、到达是最容易发生事故的，而端头加固的失败又是造成事故多发的最主要因素。因此，合理选择端头加固的施工方法，确保加固后的土体在端头井围护结构凿除后能有良好的自稳性、防水性、匀质性至关重要。
目前，常用的盾构端头井加固方法主要有搅拌桩法、SMW方法、常规旋喷桩法、冻结法和降水法。
搅拌桩法是利用搅拌机械把固化剂送入地层深部并进行就地搅拌，使固化剂与地层中的土体拌和均匀，并在水的掺合下，让固化剂与土体之间发生一系列物理化学反应，使之硬化成水泥土桩体。该方法适用于淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土及无流动地下水的饱和松散砂土等，加固深度一般在30m以内。
SMW方法是一种在相互搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成的复合结构，型钢起到刚度作用，水泥土起到止水、承受剪力以及控制型钢的侧移及扭转作用。该方法适用的地层与搅拌桩法相同，但受H型钢限制，一般加固深度在25m以内。
常规旋喷桩法是利用高压射流破坏土体结构，使土体和固化剂混合搅拌后凝结成高强度的固结体。该方法适用于淤泥质土、粘性土、粉土、砂土等，一般加固深度可达40m。
冻结法是采用人工制冷使土体水分冻结，进而固结不稳定松散地层，并隔断地下水的施工方法。在盾构进出洞位于承压水或微承压水地层中，进出洞风险显著增大，采用冻结法可使高含水量的地层形成强度很高、隔水效果很好的冻土体。冻结法适用于地下水流速小于5m/d的砂土或软粘性土层，加固深度可达45m。
降水法是在地层中设置一定数量的滤水管，通过水泵等设备疏干地层中的水分，从而使土体固结，达到提高地层强度、减少土体侧向位移、消除流砂等作用的施工方法。降水法特别适用于饱和粉、细砂地层，一般情况下，盾构进出洞时，降水法多作为端头加固的辅助措施。
以上5种盾构端头井加固方法，搅拌桩法、SMW方法、常规旋喷桩法和冻结法较适用于粘性土层，冻结法和降水法较适用于砂性土层，而对于砂卵石地层，由于砂卵石粒径大、密实度高、透水性强，只有降水法可作为端头加固的辅助措施，采用其它几种方法进行端头加固，加固效果难以保证。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于砂卵石地层盾构端头加固的超高压旋喷注浆方法，该方法能实现盾构端头加固与地层量测监控动态协同工作，可有效加固砂卵石地层盾构的端头井，加固成桩的直径大、效率高，而且成本低，可确保砂卵石地层盾构安全地始发、到达。
本发明的以下技术方案为：通过反循环钻机在砂卵石层跟管钻进成孔后，利用PVC套管代替跟管进行护壁，通过超高压旋喷机喷射高压水、空气及水泥浆液加固砂卵石层，同时，布设监测仪器量测监控；具体包括以下步骤：
（1）开挖沟槽，修建排污和灰浆拌制系统，并进行桩位放样；
（2）采用反循环钻机在砂卵石地层跟管钻进，进行引孔；
（3）引孔结束后，移除引孔钻机，下放PVC护壁套管至孔底；
（4）RJP旋喷机就位，将其调整平稳，待机具正常运转后，下放钻杆至设计深度；
（5）调整施工参数到符合要求后开旋喷，在设计桩底1m范围内增加旋喷时间，而后按要求提升速度边旋转边喷注边提升，直至旋喷管提到设计桩顶以上1m范围；
（6）在旋喷加固的同时，量测监控地层的孔隙水压力及位移；
（7）清洗旋喷注浆管及钻杆，移位后进行下一孔位施工。
钻机钻孔的直径在200mm或以上，孔位偏差不超过20mm，PVC护壁套管直径为180-200mm。
超高压旋喷机在设计桩底1m高度范围旋转喷射至少在5分钟以上，在设计桩顶增加1m范围的喷射高度。
超高压旋喷机的水压力在35~40MPa，流量在60~70L/min；空气压力在0.7~1.0MPa，流量在3.0~7.0m3/min；水泥浆液压力在40~45MPa，流量在130~150L/min；钻杆的提升速度在1m/30min。
水泥浆液是采用42.5级普通硅酸盐水泥配置，水灰比在1:1~1:1.5。
在盾构端头井加固区附近埋设监测仪器，包括孔隙水压力计、测斜管及沉降磁环，施工期间每3小时测量1次，施工结束后每天测1次，直至基本稳定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
（1）成桩直径、深度大，加固效果可靠；
（2）施工效率高，设备损耗小，经济效益显著；
（3）可通过地层量测监控手段控制旋喷注浆参数，实现旋喷注浆加固与地表量测监控的动态协同工作。
本发明通过对砂卵石地层盾构端头井进行超高压旋喷注浆加固，可增强盾构端头土体的自稳性、防水性，确保盾构的始发、到达安全可靠。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例：本发明的适用于砂卵石地层盾构端头井加固的超高压旋喷注浆方法如下：
通过大扭矩工程钻机在砂卵石层跟管钻进成孔后，利用PVC套管代替跟管进行护壁，通过超高压旋喷机喷射高压水、空气及水泥浆液加固砂卵石层，同时，布设监测仪器量测监控，实现旋喷注浆与量测监控的动态协同工作。
所述的大扭矩工程钻机为大扭矩风动回转式液压钻机或多功能岩土钻机等。
所述的钻孔直径在200mm以上，孔位偏差不超过20mm。
所述的PVC护壁套管直径在180mm，喷射灌浆时通过高压水切割使其破碎，与水泥浆及砂卵石固结在一起。
所述的跟管在PVC护壁套管下至孔底后，采用液压拔管机将其分节拔出。
所述的超高压旋喷机为RJP旋喷机。
所述的超高压旋喷机在桩底1m范围旋转喷射至少5分钟以上，喷射时，先达到预定喷射压力，待喷浆后再逐渐旋转和提升旋喷管，旋转和提升要确保连续。
所述的超高压旋喷机在桩顶应适当增加1m范围的喷射高度。
所述的超高压旋喷机的水压力在35~40MPa，流量在60~70L/min；空气压力在0.7~1.0MPa，流量在3.0~7.0m3/min；水泥浆液压力在40~45MPa，流量在130~150L/min，水灰比在1:1~1:1.5，采用42.5级普通硅酸盐水泥；钻杆的提升的速度在30min/m。
所述的监测仪器布置在盾构端头井加固区附近，包括孔隙水压力计、测斜管及沉降磁环等，施工期间每3小时测量1次，施工结束后每天测1次，直至基本稳定。
应用实例：北京某地铁区间全长1.6km，为确保盾构始发、到达的安全可靠，采用反循环钻机引孔+三重管超高压旋喷注浆技术进行盾构端头加固。区间风井大里程（K33+838.800）盾构端头左右线盾构覆土17.91m，地质从上到下依次为杂填土①、粉土③2、粉质粘土③、粉砂-细砂③3、粉质粘土④、细砂～中砂⑤2，隧道洞身穿越的地层由0.1m的细砂-中砂⑤2和卵石层⑤组成。该端头水位位于隧道底部以上约2m。在每个盾构端头采用8根两两相互搭接的超高压旋喷桩，设计桩径2m，桩间距1.5m，加固范围自隧道结构范围外3m。
该桩工程实施例中的具体施工参数及施工步骤说明如下：
（1）施工准备
在正式进场施工前，先开挖沟槽，修建排污和灰浆拌制系统，并进行桩位、监测点位放样。
（2）引孔
采用反循环钻机按桩位、监测点位跟管钻进引孔，钻孔直径在200mm，孔位偏差不超过20mm。
（3）护壁
引孔结束后，移除引孔钻机，下放直径约180mm的PVC护壁套管至孔底，而后采用液压拔管机将跟管分节拔出。
（4）下杆
埋设PVC护壁套管后，RJP旋喷机就位，并调整平稳，待机具检查正常运转后，下放钻杆至设计深度。
（5）喷射
钻杆下至设计深度后，调整超高压旋喷机的水压力在35~40MPa、流量在60~70L/min，空气压力在0.7~1.0MPa、流量在3.0~7.0m3/min，水泥浆液压力在40~45MPa、流量在130~150L/min，而后开始喷浆，在设计桩底1m范围内增加旋喷时间到5min，而后按30min/m的提升速度边旋转边喷注边提升，直至旋喷管提到设计桩顶以上1m范围。其中，水泥浆液是采用42.5级普通硅酸盐水泥配置，水灰比在1:1~1:1.5。
（6）监测
在旋喷加固的同时，量测监控地层的孔隙水压力及位移等变化情况，喷射期间每3小时测量1次，施工结束后每天测1次，直至基本稳定并做好记录。
（7）清理
超高压旋喷注浆后，清洗注浆管及钻杆，并处理好费浆，机具退场。
为了验证该施工方法的实施效果，对端头加固进行强度及加固直径等项目检测。监测结果为：加固桩体的直径超过了2m，有些区域甚至达3m以上；无断桩现象存在；加固体的无侧限抗压强度超过了2MPa，满足加固要求；通过渗透试验发现，加固体的渗透系数基本在1e-7量级，可满足渗透要求。说明本发明所述的超高压旋喷注浆施工方法应用在砂卵石地层盾构端头井加固方面效果良好，可确保盾构始发、到达的安全可靠。
虽然本发明己通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。