地内压力可控式旋喷桩施工关键设备..doc

地内压力可控式水平旋喷桩施工关键设备与技术 黄均龙 张冠军 上海隧道工程股份有限公司技术中心 摘 要：本文介绍了软土地层实施水平旋喷桩加固的关键技术，试制的地内压力可控式水平旋喷钻具、施工配套的孔口装置、水平旋喷钻机及施工参数监测记录装置。 关键词：水平旋喷桩、软土地层、泥浆排出量、地内压力、水平旋喷钻具、实施原理 1引言 水平旋喷桩施工就是将原来垂直旋喷技术用在水平或倾斜钻孔并高压喷射注浆形成的水泥土固结体，提高土体的强度、刚度与抗渗隔水的性能，并已应用于北方土质为主的矿山法隧道施工中的超前预支护，但针对软土地层的技术研究很少。在上海软土地区虽然有过研究与试验，但是由于受到国内旋喷设备及相应工艺的制约，水平旋喷成桩时会造成地面的严重隆起或沉陷。所以，水平旋喷技术尚未在上海等软土地区推广。 目前，国内水平旋喷工艺大多采用双液或单液单重管旋喷成桩，多余泥浆通过旋喷钻杆与成孔直径形成的泥浆套间隙，从孔口管止浆器装置中排出，并根据施工经验或孔口泥浆压力来控制排浆量，从而控制水平旋喷桩施工时对周围土体的影响。 由于上海地区土层中的粘土量大，地下水位高，当在旋喷钻杆周围形成泥浆套时，因泥浆较稠，其粘阻力较大，且排浆泥浆套的环形间隙又较小，在成桩过程中，由水平喷射切削土体产生的多余泥浆不能顺畅的排出。一般通过调节设备孔口管止浆器装置排浆阀门开度，或采用排浆泵抽吸旋喷钻杆周围的泥浆，但很难精确控制泥浆排出量，从而造成旋喷周围的地内压力的上下波动，引起地面的隆起或沉陷。 综上所述，在上海软土地层中实施水平旋喷桩加固技术，关键就在于旋喷桩施工产生的多余泥浆排出量的精确控制，从而有效控制地表的隆沉量，并达到垂直旋喷时的成桩直径效果。 2地内压力可控式水平旋喷桩施工关键设备 根据上海地区土层水平旋喷时多余泥浆排出量与旋喷钻头处地内压力需精确控制这个关键施工技术，试制了水平旋喷钻具及施工配套的孔口装置、水平旋喷钻机、水平旋喷施工参数监测记录装置。 2.1 水平旋喷钻具 水平旋喷钻具是实施水平旋喷工艺的关键，由水平旋喷钻头、旋喷钻杆与旋喷导流器组成，其内部各有10个管道，旋喷钻杆外径140mm，如图1所示。  图1 水平旋喷钻具 水平旋喷钻头由成孔段、喷浆段、测压段、排浆段和尾段组成，各结构的主要功能如下： （1）成孔段是在旋喷钻头进入土中时，利用旋喷钻头的摆动和高压水的冲刷，形成1个略比钻头大的孔； （2）喷浆段是将高压水泥浆液喷射到泥土中去。在高压浆喷嘴上设置了1个同轴环形压缩空气喷嘴，形成二重管旋喷，并在其上设置了一个随高压水泥浆液喷射而自动开闭的喷嘴口阀门，防止装拆旋喷钻杆时泥浆进入喷嘴中。 （3）测压段是检测注浆过程中旋喷钻头周围的泥浆压力，此泥浆压力会使测压段上的橡胶隔膜产生形变，并通过油通道传送到内部压力变送器，形成4～20mA的电流信号，由现场施工参数监视器显示旋喷钻头处的泥浆压力。 （4）排浆段主要由排浆通道、排浆口、排浆口阀门、阀门控制油缸与排浆冲水喷嘴组成。通过排浆冲水喷嘴喷射出的高速水流，在排浆口处形成负压，吸入并排出旋喷产生的多余泥浆，并能通过阀门控制油缸调整排浆口阀门开度，或改变排浆冲水喷嘴的供水流量，调整排浆量，从而调整钻头周围泥浆压力，减小旋喷施工对周围土体的影响，控制地面的隆起或沉陷。 （5）尾段用于联接排浆段与旋喷钻杆。 2.2 孔口密封装置 孔口密封装置具有密封钻杆、孔口泄压或补浆、孔口压力显示与关闭孔口的功能，由闸板式闸门、钻杆密封两大部件组，通过螺栓连接成一体，再与井壁上预设的钢管法兰连接。闸板式闸门前端管段上方设有压力表座并安装压力表，下方焊有1寸管接头，可连接阀门与管路，进行孔口泄压或向孔内补浆。 2.3 配套的水平旋喷钻机 水平旋喷钻机应与水平旋喷钻具相匹配，并具有快速钻进、低速回拖旋喷钻杆、作业高度可调、移动方便等功能。试制的双动力水平旋喷钻机，其动力头通孔直径大于140mm，能驱动外径140mm水平旋喷钻杆，具有移动方便、造价低，可与履带式底盘组合使用。 水平旋喷钻机由动力组件、上导轨部件（含夹持卸扣装置）、变幅机构、吊车总成（含小型电动葫芦）、底架总成组成，如图2所示。  注：1-底架；2-支架；3-前变幅油缸；4-滑块；5-液压控制台； 6-后变幅和导轨移动油缸；7－上导轨；8-吊车总成 图2 双动力水平旋喷钻机样机设计总图 水平旋喷钻机的特点： （1）具有旋喷钻杆与护套管跟进同时护壁成孔的功能； （2）在低方位水平旋喷施工时，施工高度可调整在1.4～1.9m，并可作水平倾角－20o至＋20o的钻孔旋喷施工； （3）前后2个动力头的结构与尺寸相同，输出工作转矩一样，最大钻孔直径可达?220mm，以适应不同的旋喷钻杆及其它水平成孔用途