第2章　富水软弱地层水平旋喷桩加固技术

2.1　水平旋喷桩加固原理及适用范围

2.1.1　水平旋喷桩加固原理

水平旋喷超前支护作为隧道超前支护的一种方法，其使用对于消除施工前期的土体变形起到了积极的控制作用。一般研究认为，水平旋喷桩加固机理与管棚预支护结构相似，即在隧道纵轴方向上可视为梁，在横向上可视为拱，且梁、拱主要承受压力。由水平旋喷桩形成拱棚结构的支撑作用，从而使周围土体得到加固，提高其抗渗性能，限制了围岩应力的释放，保证了隧道工作面的稳定。

在施工控制效果上，水平旋喷超前支护的作用主要表现为以下几个方面：

（1）防塌方：由于水平旋喷固结体的作用，减小了工作面上覆的土压力，稳定了围岩，从而避免了土体塌方，即便有一定程度沉降的产生，也不会发生灾难性事故；

（2）阻断沉降作用：由水平旋喷固结体的超前预支护作用，可有效抑制地面和拱顶沉降；

（3）均匀沉降曲线：由于水平旋喷固结体的承托作用，使得沉降槽沉降集中的程度大幅度减小，沉降总量在减小的同时有向两端均匀分布的趋势；

（4）提高土层物理参数，增大地层自稳能力：实际施工中，水平旋喷桩相互搭接，且固结体浆液向周围土体渗透，使得水平旋喷固结体与其周围的土体成为一个整体，从而极大地增强了土层的自稳能力。

由于水平旋喷超前支护的以上作用，在隧道穿越施工中，如隧道穿越重要建筑物、重要管线等得到广泛应用。

2.1.2　水平旋喷桩加固适用范围

水平旋喷技术是由高压喷射注浆技术发展而来，因此，在地层适应范围上，与高压喷射注浆基本类似，不仅如此，水平旋喷技术适应范围还受水平旋喷所采用的喷射方式（单管、双管、多重管等）影响，可适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地层。对于含大粒径块石、大量植物有机质以及地下水流速过大和已涌水的场地，应根据现场适应结果确定其适用性。

水平旋喷工法在施工时旋喷的压力较大，可以填补土体内存在的空洞，旋喷后所成桩体之间能相互咬合，刚度较大，能有效减小隧道周围土体的位移，在土体中形成很厚的重力式半刚半柔性的主动支护挡土、止水结构体系。该结构体系属于主动制约的稳定机制，可起到超前支护抗滑移、抗隆起、抗压、抗剪等作用，通过土体中多层补强、加固效应，从而达到土体稳定的目的。

旋喷拱棚、钢管棚和预切槽都被列为先进的预支护技术。它们各有优缺点，钢管棚强度高，但耗钢量大，在富水地层还会从管间缝隙漏水。预切槽拱厚均匀，但长度有限，在极软含水地层中槽孔不易保持。旋喷拱既有一定强度又能防止渗漏，在极软地层中可以有效控制上方土体变形。日本已在铁路、公路、水工隧道及地铁施工中推广RJFP工法，取得良好效果。欧美等国在隧道施工中也把水平旋喷作为基本技术方案加以应用。在我国，管棚应用比较成功，预切槽也已立项研究、试验，水平旋喷技术开展及研究、施工运用方面尚刚刚起步，因此水平旋喷隧道预支护技术在我国有着广泛的应用前景。