淺析WSS 工法注漿技術在地鐵聯絡通道加固中的應用

■劉洪妃 ■中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430074

1 WSS 工法注漿技術在國內地鐵中的應用

聯絡通道作為地鐵隧道重要的附屬設施，聯通左右兩條隧道，在地鐵正常運營過程中發揮其不可或缺的重要作用。在軟土地基中運用礦山法施工聯絡通道，必須先對開挖土體進行加固處理，目前國內較為常見的聯絡通道加固方式主要有:旋噴樁加固、“旋噴樁+攪拌樁”加固和冷凍法加固等方式。經多年工程實踐，這些傳統的加固方式都取得了成功的經驗，并總結出行之有效的工藝。受加固條件、工期等因素影響，這些方法各有其特點和適用范圍。

最近幾年，我國借鑒國外先進技術，出現了WSS 工法注漿技術，為聯絡通道加固增添了新的方法，在工程實踐的應用中取得了良好的效果和發展前景。尤其在砂層、圓礫等透水地層及地質條件復雜的地層中注漿止水較上述其他工法效果明顯，目前WSS 工法注漿已應用于廣州、深圳、杭州等富水砂礫層地區的地鐵施工中，并在其他城市中逐步推廣，本文主要闡述盾構區間聯絡通道開挖過程中出現涌水涌砂情況，首次在昆明地鐵采用WSS 工法注漿對聯絡通道進行補強加固，希望為昆明地區土體加固施工技術提供有價值可借鑒經驗。

2 工程概況

昆明地鐵2 號線【金安小區站～北辰小區站】盾構區間地處昆明市盤龍區，區間位于盤龍江與金汁河之間，并與之基本平行，西側距盤龍江約380m，東側距金汁河約450m，均有水力聯系。區間設計起點里程為DK4 +803.514，區間設計終點里程為DK5 +853.014，全長1049.5 雙線延米。

圖2-1 聯絡通道地質剖面圖

【金安小區站～北辰小區站】盾構區間聯絡通道設置在區間里程DK5+371.464 處，并與廢水泵房合建，采用礦山法施工，礦山法施工前采用地面旋噴樁進行加固土體。聯絡通道(兼泵房)長度7.8m、最大開挖寬度3.8m、最大開挖高度7.35m。

聯絡通道(兼泵房)埋深18.81m，拱頂土層從上至下主要有:填土層、粉質粘土層、粉土層、淤泥質粘土層，聯絡通道及泵房范圍內主要土層有:粉土層和圓礫土層，其中粉土層和圓礫土層屬于透水層，具有微承壓性，地下水埋深在地面以下6 米處。地質剖面圖見附圖2 -1。

3 涌水涌砂情況介紹

聯絡通道及泵房旋噴加固完成后采用礦山法施工聯絡通道及泵房，聯絡通道上臺階開挖、初襯完成，下臺階開挖進洞段0～0.5m 時，從聯絡通道下臺階底部與管片接縫部位，突然涌出大量地下水，水中含有大量粉砂(見附圖3 -1)，通過現場采用混凝土反壓回填、封閉聯絡通道，以及管片開孔泄水等措施(見附圖3 -2)，聯絡通道涌砂得到控制，涌水控制在通過泄水管集中排放，為后續注漿堵水提供了條件，由于聯絡通道及時封閉，未出現坍塌等安全事故，經專家現場研究和分析，聯絡通道再次開挖具有較大風險，需對金北區間聯絡通道進行補充加固。

圖3-1 通道下臺階涌水涌砂照片

圖3-2 通道封閉后泄水照片

4 補充加固方案選擇

【金安小區站～北辰小區站】盾構區間聯絡通道位于昆明市盤龍區北京路下方，周邊建筑較多且距離隧道較近，地面北京路交通流量大，一旦聯絡通道開挖出現坍塌事故，將會對周邊建筑、地面交通帶來很大安全隱患，因此聯絡通道補充加固方式直接關系到本工程的成與敗。我們以旋噴樁加固、“旋噴樁+攪拌樁”加固、冷凍法加固和WSS 工法注漿加固的特點，并結合現場實際情況對聯絡通道補充加固方式進行了比選:

旋噴樁加固或“旋噴樁+攪拌樁”加固:①由于金北區間聯絡通道地處盤龍江和金汁河之間，均有水力聯系，且聯絡通道及泵房范圍內地層以粉土層、圓礫土層為主，地層屬于透水層，地下水具有微承壓性，旋噴樁在這種地層中成樁效果不太好;②北京路已恢復交通，再次圍擋進行旋噴加固會對北京路交通造成較大影響，市民難以接受;③金北區間采用盾構法施工，隧道管片已成型，旋噴樁、攪拌樁達不到全范圍加固。

冷凍法加固:①冷凍法加固周期長，若采用冷凍法補充加固，將會對聯絡通道施工工期造成很大影響。

WSS 工法注漿加固:①漿液由A 液(水玻璃溶液)、B 液(水泥漿+化學劑)和C 液(化學劑)組成，漿液對土層有很強的滲透性，通過對漿液的組成、配比和注漿壓力的控制，可調整漿液強度、凝固時間和滲透性能，特別適用于本工程這種透水、富水地層;②鉆機、注漿設備體型較小，移動方便，可在隧道內注漿;③注漿管路設置在鉆機鉆桿中，漿液在鉆桿頭部匯合，鉆機可以360°旋轉，能根據現場條件選擇垂直注漿和斜孔注漿，能確保全范圍加固;④漿液不流失、凝固后不收縮，外加劑無毒，對地下水不會造成污染;⑤注漿材料主要是水泥、水玻璃等一般材料，來源廣泛。

通過對以上幾種加固方式的比選，最后采取WSS 工法注漿對金北盾構區間聯絡通道進行補充加固。

5 WSS 工法注漿技術

5.1 注漿加固范圍

聯絡通道及泵房范圍內地層以粉砂層和圓礫土層為主，聯絡通道涌水涌砂之前上臺階已開挖完成，且未出現漏水情況，因此聯絡通道及泵房加固分兩步施工:

第一步:加固聯絡通道下臺階，采用“水平加固+斜孔加固”的方式法加固。具體加固范圍是:深度方向從聯絡通道底板以上2m 至底板以下1m、寬度方向是左右線隧道之間、長度方向是聯絡通道前后各3m。注漿孔按0.6m* 0.6m 的間距布置，水平方向布置4 排，豎向布置16列，具體見附圖5 -1、5 -2，為確保聯絡通道與管片之間縫隙的加固效果，聯絡通道與管片縫隙的底部采用斜孔注漿加固。

第二步:聯絡通道開挖、支護完成后加固泵房，采用“垂直加固+斜孔加固”的方式加固。具體加固范圍是:通道底板以下0.5m(確保搭接0.5m)至泵房底部2m 處。注漿孔按0.6m* 0.6m 的間距布置，具體見附圖5 -3，外周注漿孔往泵房外傾斜10°。

圖5-1 聯絡通道加固橫剖面圖

圖5-2 聯絡通道加固縱剖面圖

圖5-3 泵房加固平面圖

5.2 注漿材料

WSS 注漿漿液由A 液(水玻璃溶液)、B 液(水泥漿+化學劑)和C液(化學劑)組成。WSS 注漿材料及漿液配比見表1 所示。

WSS 注漿可以有兩種方式，即:A 液(水玻璃溶液)+C 液(化學劑)注漿和A 液(水玻璃溶液)和B 液(水泥漿+化學劑)，A 液(水玻璃溶液)和C 液(化學劑)混合后凝固時間僅為2～3 秒時間，A 液(水玻璃溶液)和B 液(水泥漿+化學劑)混合后凝固時間為12 秒左右。

當注漿加固鉆孔內返水量較大時，可通過先注入A 液和C 液進行止水堵漏，但是A 液和C 液凝固后的強度不夠高，止水堵漏完成后可通過注入A 液和B 液進行補充加固，當地層地質條件較好時，可只注入A液和B 液，同樣可以達到很好的注漿效果。

表5-1 WSS 注漿材料及漿液配比表

5.3 注漿工藝流程

WSS 工法注漿主要施工流程為:定孔位→鉆機就位→成孔→提升鉆具并注漿，注漿工藝流程見附圖5 -4。

(1)定孔位。根據設計要求，測量人員對WSS 注漿孔位進行放樣。

(2)鉆機就位。對準孔位，根據設計要求調整鉆桿角度，要求孔位偏差為±2cm，入射角度偏差不大于1°，鉆機就位后，不得移動。

(3)成孔。鉆機就位后，慢速鉆孔，了解地層對鉆機的影響，以確定地層鉆進參數。鉆孔時密切關注鉆進尺寸，注意鉆孔漏水情況，出現異常情況立即停機，查找及分析原因，必要時采取注漿封堵涌水。鉆孔鉆至設計深度后，對孔口進行封堵，防止注漿時孔口返漿。

圖5-4 注漿工藝流程圖

(4)注漿。WSS 采取分段注漿，每步注漿長度以20cm 為宜，注漿過程中嚴格控制注漿壓力，注漿壓力達到設計終壓后，勻速回抽進行下一段注漿，注漿終壓為0.3MPa。WSS 注漿見附圖5 -4。

圖5-4 注漿工藝示意圖

(5)鉆孔和注漿順序由外向內，同一圈孔間隙隔施工。

5.4 注漿注意事項

(1)密切觀察鉆進尺度及溢水出水情況，出現涌水時，立即停鉆，先行注漿止水，再分析原因。確認止水效果后，方可繼續鉆孔。

(2)注漿加固前采用臨時型鋼支撐對聯絡通道前后各10 環管片支撐加固，注漿過程中嚴格控制注漿終壓(0.3MPa)，防止注漿壓力過大對成型管片結構造成影響，加固過程中需安排專人巡查。

(3)嚴格按照施工設計圖布孔并進行復核，鉆頭點位誤差≤20mm，鉆桿角度誤差≤1 度，特別是斜孔加固鉆孔過程中密切注意鉆桿角度偏差，及時糾正，確保斜孔加固效果。

(4)聯絡通道及泵房加固分兩次加固，兩次加固接縫處必須搭接至少0.5m，確保接縫處加固效果。

5.5 注漿加固效果

金北盾構區間聯絡通道通過WSS 工法注漿有效解決了聯絡通道涌水涌砂的問題，在后續二次開挖過程中未出現任何漏水情況。WSS注漿加固效果見附圖5 -5。

圖5-5 注漿加固效果圖

6 監控量測

為確保WSS 注漿不對周邊建筑、地面交通以及成型管片造成影響，加固過程中要做好監測，主要監測內容包括有:地面沉降、建(構)筑物監測、隧道管片監測、聯絡通道監測等。

6.1 地面沉降、建(構)筑物監測

在聯絡通道附近20m 范圍內，對地表沉降、周邊建(構)筑物進行沉降監測，聯絡通道中心線的地面隆起和沉降量應控制在+10～-30mm 以內。

(1)地面沉降:在聯絡通道軸線上，沿中心線每5m 布置一沉降監測點，每10m 設一監測斷面，監測斷面以通道軸線為中心向兩側2m、4m、7m、11m、15m、20m 各布置一沉降監測點。

(2)周邊建(構)筑物:在距離聯絡通道20m 范圍內的建筑物上布點，每棟建筑物布點數不少于3 個。

沉降監測頻率在注漿期間每天監測1 次，遇特殊情況應適當增加監測次數。地表沉降日變量報警值±3mm。

6.2 隧道管片監測

對聯絡通道兩側各20m 范圍內，隧道內的水平及垂直方向的收斂變形、沉降變形、防水滲漏進行監測。收斂變形和沉降變形測點每1 環布設，監測頻率在注漿期間每天監測1 次，遇特殊情況應適當增加監測次數。隧道內沉降監測日變量報警值± 3mm、累計變量報警值±10mm。

6.3 聯絡通道監測

聯絡通道在開挖、初襯噴射混凝土和二襯時進行洞內拱頂下沉、收斂變形、底部隆起監測。共設3 個斷面，聯絡通道內均勻對稱布設，監測頻率從開挖到二襯澆筑完成1 次/天，之后2 天一次，直到數據收斂。隧道內沉降監測日變量報警值±3mm、累計變量報警值±10mm。

7 結束語

WSS 注漿技術不僅適用于軟弱地層和不良地質條件下復雜土層的注漿工程，在處理一些緊急涌水、涌沙的搶險工程更顯示其快速凝結以及適用各種環境便于操作的優越性。尤其對其它地基處理方法解決不了的高難度工程更顯示了極大的優越性，隨著地鐵建設事業的進一步發展，WSS 注漿技術將得到更加廣泛的應用，本文通過對已出現涌水涌砂聯絡通道進行WSS 工法補充加固的闡述，并確保聯絡通道開挖安全的成功案例，為昆明地區在土體加固方面提供有價值可參考資料。

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