雙重管無收縮WSS注漿工法在地鐵施工中的應(yīng)用

摘要：本文以西安地鐵三號(hào)線暗挖區(qū)間雙重管無收縮帷幕止水注漿加固為例，簡(jiǎn)要闡述了雙重管無收縮WSS注漿工法在地鐵區(qū)間橫通道止水中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：雙重管；注漿；地鐵；施工；應(yīng)用

1 工程概況

西安地鐵三號(hào)線吉祥村-小寨暗挖區(qū)間在YDK+728.00處設(shè)施工豎井及橫通道，交叉段結(jié)構(gòu)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(jù)豎井實(shí)際開挖的水文、地質(zhì)情況分析，開挖土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，該土層穩(wěn)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(tái)階施工至22.5m處時(shí)，拱部滲漏水量明顯增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)涌水量為4m3/h，施工風(fēng)險(xiǎn)加大，隨后立即封閉掌子面。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查，初步判斷在粉質(zhì)粘土層附近有可能夾細(xì)砂透鏡體。為保證施工安全，對(duì)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(duì)其周圍土體進(jìn)行注漿加固處理，阻斷周圍地下水向橫通道內(nèi)滲漏。

2 施工工藝

WSS注漿工法原理及特點(diǎn)

2.1 工法原理

（1）雙重管鉆機(jī)采用特殊的鉆桿。鉆孔時(shí)，清水從端頭混合器的端點(diǎn)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(nèi)管，在端頭混合并進(jìn)行噴射，使?jié){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(jié)時(shí)間可調(diào)，漿液結(jié)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(huì)造成環(huán)境污染；采用雙重管鉆機(jī)雙液灌注，工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量有保證；可針對(duì)不同地層、不同作用機(jī)理進(jìn)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(jié)，土層粘結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加，起到固結(jié)、充填效果；隨著土體的壓密和漿液的擠入，在壓漿點(diǎn)周圍形成燈泡形空間，從而達(dá)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(diǎn)

（1）由于漿液是通過成孔后的鉆桿注入，注漿過程中不易發(fā)生漿液溢流現(xiàn)象，有利于保護(hù)環(huán)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(duì)土層有很強(qiáng)的滲透性，采用調(diào)節(jié)漿液配比和注漿壓力的辦法可使注漿范圍人為控制，凝結(jié)時(shí)間可以調(diào)節(jié)。（3）二重管端頭的漿液混合器可使兩種漿液完全混合，使?jié){液均勻。（4）可從地面垂直注漿，亦可洞內(nèi)擴(kuò)散注漿，注漿方式靈活。（5）從鉆孔至注漿完畢，可連續(xù)作業(yè)。（6）適用范圍廣，可用于各種土層。

3 無收縮漿液主要特點(diǎn)

3.1 固結(jié)硬化時(shí)間易調(diào)整、同時(shí)具有很高強(qiáng)度。

3.2 滲透性良好，特別是對(duì)粉質(zhì)粘土、粉土及微細(xì)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(dòng)水的情況下也具有很強(qiáng)的固結(jié)性能及止水性能。

3.4 漿液強(qiáng)度、硬化時(shí)間、滲透性能可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要任意調(diào)整。

3.5 漿液不流失、固結(jié)后不收縮，硬化劑無毒，對(duì)地下水不會(huì)造成污染，屬于安全性的注漿材料。

4 機(jī)械設(shè)備（見表1）

5 主要施工方法

5.1 管線調(diào)查及路面沉降。由于注漿壓力較大，首先做好管線調(diào)查工作，做到心中有數(shù)。注漿時(shí)做好路面沉降觀測(cè)工作，進(jìn)而監(jiān)測(cè)管線安全，路面沉降量主要是路面隆起量，當(dāng)路面隆起量超過設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，改注其它孔位。

5.2 注漿孔布置。橫通道上臺(tái)階由于操作空間限制，鉆機(jī)就位很難再移動(dòng)，只能靠調(diào)整鉆桿角度布設(shè)孔位，因此，在孔位布置時(shí)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(diǎn)位及深度應(yīng)嚴(yán)格控制，經(jīng)過計(jì)算，橫通道上臺(tái)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(tái)階注漿孔共布設(shè)30根。

圖2 橫通道上臺(tái)階注漿孔位布置圖

5.3 鉆孔。鉆機(jī)定位要準(zhǔn)確，特別上拱位置，鉆機(jī)要安放在操作平臺(tái)上，要精確計(jì)算操作平臺(tái)的高度，鉆機(jī)就位后根據(jù)拱部布設(shè)點(diǎn)位調(diào)整鉆機(jī)位置，確定鉆孔的最佳角度，開鉆前的鉆頭點(diǎn)位與布孔點(diǎn)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(zhì)量比），水泥：水=1：1.6（質(zhì)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(shí)采用準(zhǔn)確的計(jì)量工具，按照既定配比施工，第一循環(huán)一般作為試驗(yàn)段施工，根據(jù)注漿效果及時(shí)調(diào)整漿液配合比，確定最佳的漿液配合比。

5.5 注漿。鉆孔結(jié)束后進(jìn)行注漿，注漿量根據(jù)注漿壓力和設(shè)計(jì)注漿量進(jìn)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(jù)粉質(zhì)粘土滲透系數(shù)計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：

Q=πR2Lα*0.95*1.15

R-漿液擴(kuò)散半徑取1.2m；L-注漿孔有效長(zhǎng)度；α-粘土層漿液擴(kuò)散系數(shù)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(jìn)行施工。漿液注入順序?yàn)椋恒@孔結(jié)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(shí)從孔內(nèi)外溢，封孔結(jié)束后進(jìn)行水泥水玻璃注漿，當(dāng)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后鉆桿回抽30cm，再進(jìn)行下一節(jié)注漿，當(dāng)回抽過程中出現(xiàn)漏漿時(shí)再次注入改性水玻璃溶液封孔，依此直至整根孔注漿結(jié)束，在回抽過程中為防止鉆桿堵管，回抽時(shí)注水洗管。當(dāng)壓力突然變化或從孔壁溢漿時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，分段注漿量應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，跑漿時(shí)，應(yīng)采取措施確保注漿量滿足設(shè)計(jì)要求。

5.6 土方開挖。注漿完畢后，首先使用洛陽鏟進(jìn)行超前探測(cè)，孔深大于2米。檢測(cè)止水效果，效果良好情況下，按照原圖紙進(jìn)行臺(tái)階法開挖，架設(shè)臨時(shí)支撐。如注漿止水效果不好，則進(jìn)行補(bǔ)注或使用小導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)注。

6 注漿效果檢測(cè)

注漿施工結(jié)束后，通過注漿體內(nèi)鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測(cè)定土層的流量及滲透系數(shù)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求需進(jìn)行補(bǔ)充注漿。檢查孔的數(shù)目每個(gè)循環(huán)設(shè)2-3個(gè)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(nèi)涌水量，檢查孔涌水量小于0.2L/m.min，布孔的重點(diǎn)是地質(zhì)條件不好的地段以及注漿質(zhì)量較差或有疑問的部位。

7 結(jié)束語

據(jù)統(tǒng)計(jì)，注漿掌子面滲水量由原來的4m3/h變?yōu)?.2m3/h，止水效果較好。同時(shí)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)表明橫通道附近的建筑物、地表及橫通道內(nèi)的拱頂沉降、收斂變形均顯示正常。

7.1 WSS洞內(nèi)注漿控制要點(diǎn)

7.1.1 注漿孔位是控制注漿范圍的關(guān)鍵，在鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)鉆桿角度計(jì)算鉆孔點(diǎn)位及深度，確定好后方可開鉆注漿。

7.1.2 注漿壓力對(duì)漿液擴(kuò)散半徑、注漿范圍起著決定作用，壓力過大，漿液擴(kuò)散遠(yuǎn)，成本高；壓力過小，止水效果不明顯。通過經(jīng)驗(yàn)及多次試驗(yàn)后確定壓力取值為0.4-1Mpa。

7.2 WSS注漿優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：土層注漿加固長(zhǎng)度可達(dá)10m-20m，漿液凝固時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，注漿效果好。

缺點(diǎn)：注漿機(jī)械設(shè)備笨重，在洞內(nèi)不易移動(dòng)，鉆孔角度、注漿范圍不易控制，注漿成本較高。