目前，豎直旋噴加固技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但在一些需要采用旋噴加固的工程中，如果地面上不能給土體加固設(shè)備提供場地或場地太小設(shè)備不好安放，或由于管線、交通、垂直加固深度太深等原因以至很難或無法在地面進行垂直加固時，就需要采用水平旋噴加固方法加固土體。由于水平旋噴加固能防止隧道滲漏和坍塌、能有效控制地面沉降，水平旋噴加固技術(shù)已受到相關(guān)行業(yè)的重視和廣泛關(guān)注，并在我國得到了一定的應(yīng)用。特別是隨著我國城市地下空間開發(fā)建設(shè)和軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，21世紀初至中葉將是我國大規(guī)模建設(shè)地鐵的年代，在建造地鐵隧道、地下通道等時，常會碰到需要采用水平旋噴法進行土體加固，為此，本文分析了我國水平旋噴加固技術(shù)研究的現(xiàn)狀，并提出了需要進一步研究的問題。
　　1 水平旋噴加固工法和設(shè)備
　　1.1 加固工法
　　日本和和歐美等國是研究開發(fā)水平旋噴加固技術(shù)較早的國家。日本在單管旋噴的基礎(chǔ)上相繼開發(fā)出了CCP-H工法、RJFP工法、MJS工法等。意大利RODIO公司于1983年首次將水平旋噴加固技術(shù)應(yīng)用于隧道預(yù)支護，并逐漸把水平旋噴注漿列為加固和保護隧道圍巖的基本方法之一。水平旋噴加固技術(shù)在歐美各國已得到了廣泛的應(yīng)用，如德國波恩地鐵、美國華盛頓地鐵、挪威蒙特奧利姆比諾淺埋鐵路隧道、瑞士蘇黎世地鐵和楚格瓦爾德隧道等。
　　在我國，水平旋噴加固技術(shù)作為一種新型的施工工藝，在巖土工程中的研究和應(yīng)用起步較晚，大多數(shù)還處于試驗、摸索階段。我國鐵道科學(xué)研究院于1987年在內(nèi)蒙古烏蘭浩特附近輕亞粘土層進行了首次水平旋噴試驗，隨后各施工單位、高校、研究院也開始了這方面的研究，并將水平旋噴加固技術(shù)應(yīng)用于各種工程建設(shè)中，如神延鐵路沙哈拉峁隧道、北京長安街熱力隧道復(fù)線、廣州地鐵2號線新-磨區(qū)間隧道、深圳地鐵一期大劇院～科學(xué)館區(qū)間隧道等。同時，中鐵二十局集團根據(jù)神延鐵路沙哈拉峁隧道的施工實際，開發(fā)了“隧道水平旋噴預(yù)支護施工工法”。
　　1.2 加固設(shè)備
　　水平旋噴加固設(shè)備與垂直旋噴基本相同，主要差別在鉆機上。國外的水平旋噴機一般都是將鉆噴機構(gòu)安裝在多功能鉆車上，既能鉆水平孔又能鉆豎直孔。這樣的多功能鉆車可以進行多種作業(yè)，較受用戶歡迎。這些鉆車具有以下特點：①注重一機多能，采用積木式組合設(shè)計，可以根據(jù)不同工程不同作業(yè)的需要方便地調(diào)換部件，組成不同施工方法的機種；②采用全液壓傳動和集中控制，操縱、控制均集中于操縱控制室內(nèi)；③采用履帶式專用底盤，穩(wěn)定性提高，能適應(yīng)不同地基；④采用電力驅(qū)動。
　　國內(nèi)以往的水平旋噴施工多采用對傳統(tǒng)的旋噴裝置加以改造或采用國外的設(shè)備。目前，國內(nèi)有關(guān)單位已經(jīng)進行了一些開發(fā)研制，并在一些工程中使用，取得了一定的應(yīng)用。如石家莊鐵道學(xué)院與徐州工程機械廠在上世紀90年代聯(lián)合設(shè)計制造了TGD-50型水平及傾斜鉆孔旋噴機，該機可作豎直～上仰15°的鉆孔并旋噴，并分別在神延鐵路沙哈拉峁隧道和宋家坪隧道使用。三一重工集團北京樁機公司研制出了SJ180型水平高壓旋噴鉆機，該鉆機的關(guān)鍵零部件采用國際知名品牌配套，已于2008年4月下線，并已在某現(xiàn)場試驗中使用（圖1）。
　　2 水平旋噴加固的計算方法
　　對水平旋噴加固體的機理和計算方法的研究，目前基本上是借鑒管棚理論（如圖2所示），將水平旋噴固結(jié)體在橫向上視為拱，按等效原則將水平旋噴固結(jié)體等效為一定厚度的拱殼，按照有限元理論進行分析；在縱向上視為具有一定跨度和剛度的超靜定混凝土或鋼筋混凝土曲梁，按梁理論分析水平旋噴固結(jié)體。
　　1990年在成都召開的國際隧協(xié)16屆年會上，奧地利學(xué)者提交了“數(shù)值模型對新的隧道開挖方法發(fā)展的影響”的論文，文中用三維數(shù)值模型分析論證了各種新的施工方法的力學(xué)機理，對旋噴注漿與新奧法的結(jié)合，作者認為是“先進的奧地利施工方法”。三維數(shù)值模型分析表明，開挖期間的應(yīng)力重分布只發(fā)生在開挖面前方非常有限的區(qū)域內(nèi)，而且發(fā)生坍塌的危險區(qū)也是在開挖面處的這個很窄的區(qū)域內(nèi)。這就意味著這一區(qū)域內(nèi)早期支護措施特別重要，應(yīng)采用先進的奧地利施工方法。旋噴注漿是用來在開挖面前方形成一個預(yù)支護拱棚。文中還認為旋噴拱棚雖未加鋼筋，但其縱向支護效果是次要的，主要是粘結(jié)力太小的松散土和噴混凝土相連接。用三維有限元分析結(jié)果表明，在旋噴拱保護下，內(nèi)層的噴混凝土和二次襯砌應(yīng)力和變形都很小。
　　西南交通大學(xué)吳波等采用三維彈塑性有限元模型分析了深圳地鐵大劇院-科學(xué)館區(qū)間隧道水平旋噴預(yù)加固工程。該加固段洞身主要穿越風(fēng)化花崗巖，為了保護隧道上方的煤氣管線，在該段采用了水平旋噴超前加固。計算中，對于旋噴樁、錨桿和鋼拱架的作用均按等效原則處理，鋼筋網(wǎng)的作用作為安全儲備考慮。由于旋噴樁施工中輔以小導(dǎo)管補充注漿，認為在地層中形成了堅固、連續(xù)的拱殼結(jié)構(gòu)，因此，將旋噴樁簡化為一定厚度的預(yù)支護結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明，施工旋噴樁后，地表沉降和洞周塑性區(qū)面積都將減小。北京交通大學(xué)羅紅杰等采用彈塑性有限元模型對北京長安街熱力隧道復(fù)線工程中的水平旋噴加固效果進行了分析，計算時仍將水平旋噴加固體作為土層考慮，但由于水平旋噴注漿加固施工后改變了地層的力學(xué)性質(zhì)，在隧道外圍形成了一圈與地層力學(xué)性質(zhì)不同的固結(jié)體，穩(wěn)定了地層，所以在計算時將水平旋噴加固體等效為一定厚度的彈性模量E和泊松比μ等力學(xué)參數(shù)與周圍土體不同的土體。對于計算中是將水平旋噴固結(jié)體簡化為拱殼結(jié)構(gòu)還是將水平旋噴固結(jié)體簡化為與地層力學(xué)性質(zhì)不同的土體，筆者認為這要根據(jù)施工中的具體情況而定，如果施工水平旋噴固結(jié)體的成拱性好，則可以簡化為拱殼結(jié)構(gòu)，如果成拱性不好，則可將水平旋噴固結(jié)體簡化為與地層力學(xué)性質(zhì)不同的土體。
　　北京交通大學(xué)張彥斌根據(jù)Winkler地基上的無限長梁理論，采用桿系有限元方法來模擬施工開挖過程中水平旋噴超前支護的內(nèi)力和位移。由于Winkler地基模型是用一系列具有固定剛度且相互獨立的彈簧來模擬地基，不能反映土的連續(xù)性，會帶來很大的誤差，所以目前在管棚的彈性地基梁模型中，采用較多的是介于Winkler地基模型和彈性半空間模型之間的雙參數(shù)地基模型，既從理論上改進Winkler模型中地基不連續(xù)的缺陷，又避免了彈性半空間理論數(shù)學(xué)處理上的困難。當然，由于管棚是在鉆孔內(nèi)打入鋼管，通過鋼管上的注漿孔向地層內(nèi)注漿，然后在鋼管內(nèi)壓入水泥砂漿或混凝土，從而在地層中建立一個承載棚，而水平旋噴加固則是在鉆孔內(nèi)旋噴漿液，水平旋噴加固體在縱向上的剛度和連續(xù)性與管棚是有區(qū)別的，因此，在借鑒管棚理論分析水平旋噴固結(jié)體縱向上的變形規(guī)律時，應(yīng)根據(jù)實測資料對模型進行修正。
　　3 水平旋噴加固效果
　　為了研究水平旋噴加固技術(shù)，分析水平旋噴加固對地層的加固效果，國內(nèi)一些單位進行了水平旋噴加固的現(xiàn)場試驗。
　　鐵道科學(xué)研究院于1987年在內(nèi)蒙古烏蘭浩特附近輕亞粘土層進行水平旋噴試驗。先進行工藝試驗確定旋噴參數(shù)，用7根水平旋噴柱組成拱棚。試驗結(jié)果表明，在12 MPa壓力下平均柱徑387 mm，壓力20 MPa，柱徑可達580 mm，固結(jié)體強度為2.8 MPa，拱棚厚度在200～250 mm之間。
　　石家莊鐵道學(xué)院從1994起開始了水平旋噴機研制和水平旋噴技術(shù)的研究工作，先后在硬砂質(zhì)粘土和松散細砂地層進行了4次水平及傾斜旋噴工藝試驗及一系列測試，試驗時采用了單液漿和雙液漿，測試內(nèi)容包括固結(jié)體的抗壓強度、強度軟化系數(shù)、抗拉強度、直徑、彈模、變形模量等。
　　中國地質(zhì)大學(xué)（北京）李永東等在砂質(zhì)粉土地層進行了水平旋噴現(xiàn)場試驗，試驗采用了1.8 mm和2.2 mm兩種噴嘴，對水平旋噴樁樁徑、固結(jié)體強度、咬合及加固效果進行了測試。
　　根據(jù)國內(nèi)工程和上述這些試驗結(jié)果，統(tǒng)計得到了如表1所示的水平旋噴固結(jié)體直徑和強度。
　　4 結(jié)語
　　隨著我國城市地下空間開發(fā)建設(shè)和軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，水平旋噴加固技術(shù)在我國將得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文從水平旋噴加固工法和設(shè)備、水平旋噴加固的計算方法及水平旋噴加固效果等方面分析了我國水平旋噴加固技術(shù)研究的現(xiàn)狀，并提出需進一步研究的問題。
　　（1）我國水平旋噴施工技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，大多數(shù)還處于試驗、摸索階段。國內(nèi)有關(guān)單位已進行了一些研究和試驗，并在一些工程中使用。
　　（2）目前，在國內(nèi)工程中使用的水平旋噴機要么是由普通成孔設(shè)備改造而成，在施工效率、質(zhì)量、精度上無法保證，要么是采用國外的設(shè)備，價格昂貴，或是采用由國外知名品牌零部件組裝的設(shè)備，因此，應(yīng)開發(fā)適于我國國情的水平旋噴施工設(shè)備以提高施工效率、降低施工成本，更好的適應(yīng)國內(nèi)建設(shè)的需要。
　?。?）國內(nèi)對于水平旋噴加固效果的認識大多數(shù)還處于試驗定性描述階段，定量分析還較少，現(xiàn)有的計算模型也都是根據(jù)管棚模型演變而來，需要在深入研究水平旋噴加固機理的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和模型試驗研究結(jié)果來不斷完善水平旋噴加固效果的計算模型。
　?。?）國內(nèi)現(xiàn)有的水平旋噴加固工法、計算模型都是針對以礦山法修建的隧道，已開展的水平旋噴試驗也是以我國北方的土質(zhì)為主，針對軟土地區(qū)土質(zhì)研究的很少，而隨著長三角地區(qū)軌道交通建設(shè)和地下空間開發(fā)的快速發(fā)展，進行軟土地區(qū)水平旋噴加固技術(shù)應(yīng)用研究是相當必要和迫切的。
　?。?）在今后的實踐中，需要通過實地測試以檢驗加固效果，進一步總結(jié)規(guī)律，為水平旋噴技術(shù)積累資料，以更好地促進水平旋噴注漿加固技術(shù)的發(fā)展。