摘要：采用适用于在松散地表层成孔的爪钻头；以及套管与掘进的跟进和套管与钢花管注浆的动态配合注浆工艺；最终形成了套管成孔的钢花管注浆复合土钉墙边坡支护的流水作业。实现了回填松散地表或高风化地质条件边坡支护，其跟进导管、钻杆和钻头除正常消耗外，均可作为周转作业用料重复使用；且采用钢花管代替了大直径钢筋，从钢材的等截面代换以及力学性能得到优化的原则上节约了钢材，与其注入的砼浆形成了增强型的完整复合土钉，实现在大面积布设的复合土钉墙边坡支护。该项技术具有成孔速度快、工效高、成本低、成孔质量好、无污染环保的优点，在杂填土层、含有大量块石松散地层均适用，特别是随着城市改造活动加剧，新近回填地层增多，此类地层边坡支护治理情况也较多。本项技术的研究与应用取得了较好的效果，其具有较大的经济、社会效益。
关键词：边坡支护、新型爪钻头、套管成孔技术、钢花管注浆技术
1.前言
随着城市建设的快速发展，含地表层边坡支护的项目较为普遍。其传统的锚杆支护边坡技术是
通过拉力杆件，将表层不稳定岩土体的荷载传递至岩体深部稳定的位置，锚杆可拉伸，可施加预应力，从而实现被加固岩土体的稳定。套管成孔的钢花管注浆边坡支护与锚杆支护原理不同，套管成孔的钢花管注浆边坡支护是基于改善原位整体土工系统力学性能，达到边坡稳定；其钢花管应力沿全长变化，杆件不能拉伸，受力方向一定，一般不施加预应力，是一种非锚固技术。
中冶建工集团交通公司在城市轨道建设项目上，采用套管成孔的钢花管注浆边坡支护原理，总结形成了本项施工技术。通过对钻孔方法的改进，钻头的设计改进，钢花管的定型加工，形成了套管成孔的钢花管注浆边坡支护与锚杆支护流水作业工序，并在实施过程中，研制了适用于在松散地表层成孔的爪钻头，以及套管与掘进的跟进工艺和套管与钢花管注浆的动态配合注浆施工技术。经科技部西南信息中心查新机构查新，（查新报告编号：J20134398）无相关研究报道内容。本项施工技术在开发过程中形成了具有自主知识产权的专利技术5项；专利名称：
a.《一种复合土钉墙边坡支护方法（专利号：201310297415.5）》
b.《一种复合土钉墙边坡支护的成孔装置（专利号：201320421698.5）》
c.《一种复合土钉墙边坡支护的注浆装置（专利号：201320421698.6 ）》
d.《一种适用于松散地表土质成孔的爪钻》（专利号：201310299983.9）》
e.《一种适用于松散地表土质成孔的新型钻头（专利号：201320245128.3）》
实施的工程项目被推荐为2011年度中冶集团新技术应用示范工程。
2. 研究背景
现有的边坡支护技术通常对滑坡和强风化层剥离后的施工技术，其目的是加固开挖面的护坡来形成长期的支护。但是，由于施工中所遇到的地质条件的不同，其不能采用同一种施工的技术和方法来进行施工。 首先，若在松散地表土层采用传统的预应力锚杆支护方法，一是成孔难度大，二是成孔深度不易确定，三是锚位无承载条件；其材料成本高；不具备可行性。其次，若是采用非预应力锚杆支护，成孔孔径过小在松散地表土层不易成孔，即使强力贯入锚杆与地表层也不具备良好的结合性，再其次，采用增加锚杆在地表层的密度，从负面上看，会造成地表层对锚杆过于依赖形成新的松动。材料成本也较高；也不具备可行性。本项施工技术套管成孔的钢花管注浆边坡支护与锚杆支护原理不同在于：套管成孔的钢花管注浆
边坡支护是基于改善原位整体土工系统力学性能，达到边坡稳定；其钢花管应力沿全长变化，杆件不能拉伸，受力方向一定，一般不施加预应力，是一种非锚固技术。
3. 方案分析
我公司及项目部工程技术人员首先对施工图进行会审，根据地质情况和现场情况，采用明挖地下岛式车站土方。其本次基坑开挖围护设计主要是针对向家岗车站主体工程拟定，基坑围护结构的型式仅以放坡支护、排桩式锚索挡墙和肋桩式锚杆挡墙为主，其设计是针对非松散地表土层进行的，且要求在保证市邻近的电线铁塔、建筑物安全的前提下进行开挖和支护。而其实际的地质情况是区域性的大面积松散地表土层回填土，部分施工位的回填深度达27m,一般的回填深度在18～22m,其实际开挖负标高在20～25m的深度，在分析了本工程该工序在松散地表成孔的难点、特点，以及对传统的相关工艺进行分析，如果采用常规的边坡支护技术，则不能满足设计要求和施工质量的控制。
4.技术原理及施工工艺
4.1技术原理：
套管成孔的钢花管注浆边坡支护与锚杆支护原理与锚杆支护原理，有着完全不同的实质性的技术性能上区别。在此总结了锚杆支护原理，确定了在松散地表土层的不适用，以及技术上无可行性的基础上，发明的一种适用于在松散地表层成孔的爪钻头；以及套管与掘进的跟进工艺和套管与钢花管注浆的动态配合注浆工艺的施工技术；解决了在松散地表层成孔及相应的基坑、边坡支护技术难题，改善了原位整体土工系统力学性能，实现了边坡的稳定。确定了从三个方面入手：1）成孔方法的改进；2）钻头钻爪的改进；3）注浆钢花管土钉的设计、制作。在技术上总结形成了套管成孔的钢花管注浆复合土钉墙边坡支护施工技术。
4.2施工工艺：
本项技术课题相应的涉及一种套管成孔的钢花管注浆复合土钉墙边坡支护施工工艺；工艺原理是：首先进行钻头的设计改良、套管及钢花管制作、钻机的工装制作、注浆机与钢花管的连接工装配套；（2）将套管与钻杆及爪钻头组合进行套管跟进的成孔作业；（3）将钢花管插入成孔的套管内进行逆向动态配合注浆作业。（4）采用套管成孔的钢花管注浆的复合土钉墙边坡支护方法，是由螺旋钻杆、钻头、跟进导管以及注浆钢花管及钻机和压浆泵构成，各个布设的复合土钉墙土钉位置确定后，仅需在钻孔时安装上跟进导管开钻即可进行成
孔作业工序，成孔后插入分段接长的钢花管，进行压浆时随机取出钻孔时的跟进导管，即可完成注浆作业工序。即：
松散地表成孔方法的改进→套管成孔工艺的设计→钻头的改进→爪钻头的设计、制作→成孔掘进的工装改进形成→注浆钢花管土钉的设计→注浆钢花管制作→成孔、注浆作业→形成钢花管注浆复合土钉及土钉墙边坡支护。
4.3施工工艺全过程如下：
1）开挖边坡的形式及放线定位：边坡的分层分段逆作及测量。
2）边坡土石方开挖的方法：开挖采用的坡度及其它辅助施工的现场设置。
3）进行成孔方法的改进：设计、制作适用于松散地表土层成孔套管的制作、钻头钻爪的制作、注浆钢花管土钉。
4）确定钻孔位置：在需支护的回填松散地表或高风化地质条件下的边坡上布设多个复合土钉墙土钉位置，并将部设点位置作为钻孔位置。
5）成孔：首先将钻头对准钻孔位置，钻机带动钻杆驱动钻头钻孔，在钻孔的过程中，将套在钻杆外的跟进套管跟随着钻杆逐渐向内压进，直至到达设计深度要求为止；然后通过钻机退出钻杆和钻头。跟进套管在钻孔时应跟随压实跟进，该跟进套管可制作成定尺，按照实际钻孔深度需要进行接长，跟进导管的定尺分节可采用快速扣接头连接。
6）注浆：首先在钻孔内插入依次对接的钢花管，然后通过压浆泵向钢花管内注浆，在向钢花管内注浆的过程中，一边注浆一边逐渐向外拔出跟进套管，直至向钢花管内注浆完后，跟进套管从成孔中完全退出。钢花管是在钢管壁上开有多个出浆孔，并按定尺制成，可将多个钢花管接长以满足实际成孔深度注浆的需求。在钢花管注浆时，应掌握水泥浆的初凝时间，也便于随机逐步分节拔出跟进导管。相邻的钢花管对接时可采用螺纹扣接头的方式连接。
5.现场实施
本课题实施重庆轨道交通六号线二期北段BT二标段工程蔡家分部项目;其中蔡家分部包含3个单位工程分别为：向家岗车站、蔡家车站（明挖）、六号线平场变电所（暗挖）。向家岗站总长266.6m，站体结构宽度为20m，基坑开挖深度达27米；蔡家车站全长198.24m，标准段宽20.9m，顶板覆土3m，底板埋深16.2m；六号线平场变电所总长185m，主洞宽度为23米，
高度为18.8～19.58米，施工斜道宽度为6米，高度为5.5米；本课题采用了非传统的复合土钉墙边坡支护施工工艺。其设计部门建议岩质边坡开挖坡率：1:0.5；采用逆做法分段跳槽施工，对局部不稳定岩块进行清除或锚固。（2）场地西部低洼地带为地表水，地下水汇集流经之地，向家岗车站开挖将切断该排泄通道，其在开挖前应做好截排水措施，防止因排水问题给工程带来巨大损失。（3）施工过程中严格控制爆破药量，防止因爆破震动过大造成边坡体破碎，降低边坡的稳定性。
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