雙重管無收縮WSS注漿工法在地鐵施工中的應用

摘要：本文以西安地鐵三號線暗挖區間雙重管無收縮帷幕止水注漿加固為例，簡要闡述了雙重管無收縮WSS注漿工法在地鐵區間橫通道止水中的應用

關鍵詞：雙重管；注漿；地鐵；施工；應用

1 工程概況

西安地鐵三號線吉祥村-小寨暗挖區間在YDK+728.00處設施工豎井及橫通道，交叉段結構開挖尺寸5.2m（寬）*9.42m（高），拱頂埋深16.37m-17.37m；橫通道需穿過f7地裂縫，根據豎井實際開挖的水文、地質情況分析，開挖土質為粉質粘土，該土層穩定性較好，地下平均自然水位在10.8m左右，降水滿足施工需要。但上臺階施工至22.5m處時，拱部滲漏水量明顯增加，據統計涌水量為4m3/h，施工風險加大，隨后立即封閉掌子面。經現場排查，初步判斷在粉質粘土層附近有可能夾細砂透鏡體。為保證施工安全，對該段橫通道地下水采用雙重管無收縮帷幕止水注漿的施工方案對其周圍土體進行注漿加固處理，阻斷周圍地下水向橫通道內滲漏。

2 施工工藝

WSS注漿工法原理及特點

2.1 工法原理

（1）雙重管鉆機采用特殊的鉆桿。鉆孔時，清水從端頭混合器的端點送出，利于成孔；鉆孔到所定深度，用高壓注漿泵將雙液漿分別壓入鉆桿外管和內管，在端頭混合并進行噴射，使漿液能夠較好的浸透到地層中。如圖1。（2）注漿材料的滲透性良好，凝結時間可調，漿液結石率高，有微膨脹性，漿液原材料均為無毒材料，大量使用不會造成環境污染；采用雙重管鉆機雙液灌注，工藝簡單，質量有保證；可針對不同地層、不同作用機理進行注漿，可確保注漿效果。（3）該方法是通過滲透作用，在不改變地層組成的情況下，使顆粒間的空隙充滿漿液并使其固結，土層粘結強度及密實度增加，起到固結、充填效果；隨著土體的壓密和漿液的擠入，在壓漿點周圍形成燈泡形空間，從而達到土體加固及止水的效果。

圖1 注漿工法原理圖

2.2 工法特點

（1）由于漿液是通過成孔后的鉆桿注入，注漿過程中不易發生漿液溢流現象，有利于保護環境不受污染。（2）漿液分水泥水玻璃和磷酸水玻璃兩種溶液。漿液對土層有很強的滲透性，采用調節漿液配比和注漿壓力的辦法可使注漿范圍人為控制，凝結時間可以調節。（3）二重管端頭的漿液混合器可使兩種漿液完全混合，使漿液均勻。（4）可從地面垂直注漿，亦可洞內擴散注漿，注漿方式靈活。（5）從鉆孔至注漿完畢，可連續作業。（6）適用范圍廣，可用于各種土層。

3 無收縮漿液主要特點

3.1 固結硬化時間易調整、同時具有很高強度。

3.2 滲透性良好，特別是對粉質粘土、粉土及微細砂層的滲透性較好，屬于高滲透性的注漿材料。

3.3 地層中有流動水的情況下也具有很強的固結性能及止水性能。

3.4 漿液強度、硬化時間、滲透性能可根據現場實際需要任意調整。

3.5 漿液不流失、固結后不收縮，硬化劑無毒，對地下水不會造成污染，屬于安全性的注漿材料。

4 機械設備（見表1）

5 主要施工方法

5.1 管線調查及路面沉降。由于注漿壓力較大，首先做好管線調查工作，做到心中有數。注漿時做好路面沉降觀測工作，進而監測管線安全，路面沉降量主要是路面隆起量，當路面隆起量超過設計規范規定時，應立即停止注漿，改注其它孔位。

5.2 注漿孔布置。橫通道上臺階由于操作空間限制，鉆機就位很難再移動，只能靠調整鉆桿角度布設孔位，因此，在孔位布置時要通過鉆桿角度、鉆孔深度來控制注漿加固范圍，特別是拱頂孔位，因鉆桿角度過大，鉆孔點位及深度應嚴格控制，經過計算，橫通道上臺階孔位布置如下圖2所示，邊墻孔位外插角第一豎排為5°，第二豎排為10°，注漿孔深均為10m，拱部孔深均為8m，上臺階注漿孔共布設30根。

圖2 橫通道上臺階注漿孔位布置圖

5.3 鉆孔。鉆機定位要準確，特別上拱位置，鉆機要安放在操作平臺上，要精確計算操作平臺的高度，鉆機就位后根據拱部布設點位調整鉆機位置，確定鉆孔的最佳角度，開鉆前的鉆頭點位與布孔點之間誤差不得大于8cm。

5.4 漿液配比。注漿材料：P.O42.5R水泥、水玻璃（初始濃度為40Be、）、磷酸（濃度未知）。

注漿配比：磷酸：水=1：15（質量比），水泥：水=1：1.6（質量比），水玻璃濃度稀釋到30Be、，稀磷酸：水玻璃=1：1（體積比），水泥漿：水玻璃=1：1（體積比）。漿液配置時采用準確的計量工具，按照既定配比施工，第一循環一般作為試驗段施工，根據注漿效果及時調整漿液配合比，確定最佳的漿液配合比。

5.5 注漿。鉆孔結束后進行注漿，注漿量根據注漿壓力和設計注漿量進行雙控（以注漿壓力為主，防止壓力過大造成路面隆起或管線破裂），注漿壓力控制在0.4-1Mpa，注漿量根據粉質粘土滲透系數計算，經驗計算公式如下：

Q=πR2Lα*0.95*1.15

R-漿液擴散半徑取1.2m；L-注漿孔有效長度；α-粘土層漿液擴散系數取0.3

注漿為分段回抽注漿法施工，一般回抽步距為0.3m，注入順序從外圍到中心進行施工。漿液注入順序為：鉆孔結束后先注改性水玻璃溶液（磷酸與水玻璃溶液），主要起到封孔的作用，防止注水泥水玻璃時從孔內外溢，封孔結束后進行水泥水玻璃注漿，當注漿量或注漿壓力達到設計要求后鉆桿回抽30cm，再進行下一節注漿，當回抽過程中出現漏漿時再次注入改性水玻璃溶液封孔，依此直至整根孔注漿結束，在回抽過程中為防止鉆桿堵管，回抽時注水洗管。當壓力突然變化或從孔壁溢漿時，應立即停止注漿，分段注漿量應嚴格按設計進行，跑漿時，應采取措施確保注漿量滿足設計要求。

5.6 土方開挖。注漿完畢后，首先使用洛陽鏟進行超前探測，孔深大于2米。檢測止水效果，效果良好情況下，按照原圖紙進行臺階法開挖，架設臨時支撐。如注漿止水效果不好，則進行補注或使用小導管進行補注。

6 注漿效果檢測

注漿施工結束后，通過注漿體內鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測定土層的流量及滲透系數，達不到設計要求需進行補充注漿。檢查孔的數目每個循環設2-3個檢查孔，檢查孔鉆取巖芯，觀察漿液充填情況，并查看檢查孔內涌水量，檢查孔涌水量小于0.2L/m.min，布孔的重點是地質條件不好的地段以及注漿質量較差或有疑問的部位。

7 結束語

據統計，注漿掌子面滲水量由原來的4m3/h變為0.2m3/h，止水效果較好。同時監控量測數據表明橫通道附近的建筑物、地表及橫通道內的拱頂沉降、收斂變形均顯示正常。

7.1 WSS洞內注漿控制要點

7.1.1 注漿孔位是控制注漿范圍的關鍵，在鉆孔時應根據鉆桿角度計算鉆孔點位及深度，確定好后方可開鉆注漿。

7.1.2 注漿壓力對漿液擴散半徑、注漿范圍起著決定作用，壓力過大，漿液擴散遠，成本高；壓力過小，止水效果不明顯。通過經驗及多次試驗后確定壓力取值為0.4-1Mpa。

7.2 WSS注漿優缺點

優點：土層注漿加固長度可達10m-20m，漿液凝固時間可根據實際情況調整，注漿效果好。

缺點：注漿機械設備笨重，在洞內不易移動，鉆孔角度、注漿范圍不易控制，注漿成本較高。