WSS 全斷面注漿技術在地鐵暗挖隧道中的應用分析

門 超

（中鐵二十局集團南方工程有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

在地鐵建設的過程中，對水資源進行科學有效的治理可謂重中之重，就近年發生的地鐵故障或施工事故來看，70%的事故其原因都與地下水有關，包括隧道挖進過程中突發性大量涌水、基礎泡軟拱頂沉降侵限、周邊建（構）筑物沉降開裂、管道受壓斷損等[1]。因此，能在工程地質、水文地質、周邊環境等條件的影響下，做到隧道安全施工、地面減少沉降、水資源治理效果良好，地鐵建設便成功了一半。本文結合西安地鐵六號線二期鐘大站區間暗挖工程施工，對WSS 全斷面注漿技術在暗挖工程施工中起到的土體加固及止水防水的效果進行研究分析。

1 工程概況

西安地鐵六號線二期19 標鐘樓站-大差市站區間（后簡稱為鐘大站區間）暗挖工程地質情況，為第四系弱透水的黏性土（新黃土、古土壤、粉質黏土），地下水位較淺；同時周邊存在大量建（構）筑物，地表淺層中也埋藏多處管線、管網。因此，考慮到防水、止水和土體加固，左線設計未選擇盾構法，而是采用WSS 全斷面注漿方案進行暗挖施工。

鐘大站區間暗挖工程施工時，不僅會在隧道內進行集中排水，還會對巖體進行注漿防水，即使用漿液對周圍巖層及相關土體進行滲透、充填和壓密，增大土層的粘結力（）和內摩擦角（）值，使加固土體滲透系數小于1×10-6cm/s，進而降低其透水性，形成相對隔水層；同時在注漿后，不同土層的強度也會有所增加，如注漿加固后，卵石層強度將達到25～30kg/cm3，細中砂層達到15～20kg/cm3，黏土層達到10～12kg/cm3，從而起到穩定隧道內部、控制地表巖層沉降、處理地下水的作用。

2 WSS 全斷面注漿技術

2.1 基本情況

當下，國內常用的注漿施工方法多為靜壓注漿、袖閥管注漿、高壓旋噴、深層攪拌等，此類工藝大都為經過多年的工程實踐經驗總結得出，各有其特點和適用范圍。但隨著工程的多樣化以及施工面日漸復雜，部分注漿工藝已不適合某些特殊工程。有鑒于此，國內工程引進了WSS 全斷面注漿技術，并在大型城市地鐵建設的實際應用中取得了不錯的成績。

WSS 全斷面注漿技術起源于日本，后被廣泛引用。WSS 注漿意為無收縮雙液注漿，主要采用二重管鉆機與同步注漿機等設備，施工時依靠二重管鉆機進行鉆孔直至預定深度，之后使用同步注漿機進行注漿。漿液有兩種，主要通過二重管設備端頭的漿液混合器充分攪拌均勻，最后采用電子監測設備進行定向、定量、定壓注漿，進而提高地下巖層縫隙中的漿液飽和度，以此達到最大的固化效果，從而改變巖土層實時性狀。

2.2 技術特點

（1）作為鉆孔設備的二重管鉆機，不僅可以直接作為鉆桿鉆孔以達到預定深度，還可以通過其管頭裝有的30cm 混合器，進行雙漿液的充分攪拌而后注漿，節省了施工設備的投入成本，也在有限的工作面內提高了設備的利用率。

（2）就注漿管而言，其他注漿工藝中所采用的設備，時常發生注漿管卡死或漿液溢流的現象。而WSS全斷面注漿技術獨有的二重管鉆機注漿管正反旋轉均可，并能夠做到漿液的充分、均勻混合，從根源上避免了注漿過程中發生與設備相關的問題。

（3）注漿過程更加可控。WSS 全斷面注漿所使用的雙漿液，分為溶液型和懸濁型兩種，對地下巖層都有著很強的滲透能力。因此，通過調節漿液的配合比和注漿壓力，做到注漿過程的人為操控，包括注漿范圍、注漿量、漿液凝固時間、單一或復合注漿等，以滿足不同的施工要求[3]。

（4）與其他注漿工藝相比，以特殊端點監控器和二重管注漿方式為代表的WSS 全斷面注漿技術，操作更為便捷，效率更高；其次是注漿材料的多樣性，可以為水泥、水玻璃，也可以是冰醋酸、二氟化硅系膠負體，沒有其他注漿工藝設備存在的材料方面的局限性。

（5）該工藝適用范圍更廣，能將不同地質情況的土體填充密實，改變原土體物理性質，增加土體的密度，提高其抗壓強度，且注漿設備能做到長時間持續作業。

（6）WSS 全斷面注漿技術環保性更好。其注漿材料屬于環保型，對河流及地下水無污染。而且注漿設備可以根據不同土體的性質，隨時調整限制性一次注漿液與滲透性二次注漿液的復合比率，在達到土體加固效果的同時，保證漿液不會溢出注入范圍，從而保護地下環境。

2.3 適用范圍

（1）隧道及地下工程，如隧道施工、地下工程周圍土層改良、隧道及地下工程的掘進洞口地層加固、地下管線的保護等。

（2）深基坑工程，如保護深基坑外的建筑物或地下管線而進行的注漿加固、控制深基坑土層周邊地下水而進行的注漿堵水或排水等。

（3）既有或擬建建（構）筑物的加固工程，如為提高地基的承載力而進行的基礎地層注漿改良、為改善建（構）筑物的沉降量、沉降差和沉降速率而做出的注漿加固等。

3 WSS 全斷面注漿技術的工程應用

3.1 注漿原則

依據施工要求，注漿時,漿液需在不改變地層組成的情況下，將土層顆粒間存在的水強迫擠出,使土層顆粒間的空隙充滿漿液的同時并使其固結，進而形成劈裂式注漿,以達到改良土層性狀的目的。

3.2 WSS 注漿工法

（1）鉆孔注漿流程。鉆孔注漿的流程如圖1 所示。

圖1 鉆孔注漿流程圖

（2）鉆孔。除非極特殊地層需要另外的鉆機進行提前引孔，大多數情況下，依據工程實際情況確定鉆孔位置與孔間距、孔深后，便可直接使用二重管鉆機進行鉆孔。

（3）注漿系統調試。當鉆機將鉆桿（注漿管）以旋轉前進的方式送至預定深度后，可進行注漿系統的連接，并在注漿管中注入清水，使其從端頭混合器內流出，以此觀察漿液混合器端頭是否堵塞。如果一切正常，可在后盤按工程需求進行漿液的批量調制備用，從而保證注漿的連續性。

（4）注漿。采取壓力注漿時，需專心操作設備，以調整壓力值；當其與預定壓力值相符時，再緩慢回抽鉆桿（注漿管）30～50cm；之后根據工程要求，每孔由上至下或由下至上，多孔時要注意孔序和孔排布，能夠達到漿液擴散時的重疊效果，從而做到對漏注區的預防。

（5）注漿結束時回收注漿管并清洗干凈。

（6）注入漿液的強度、硬化時間、滲透能力等，需要根據工程實際要求進行調整，必要時可選擇性加入硬化劑、緩凝劑等外加劑。

（7）注漿過程中，要確保漿液不流失，漿液冷卻固化后不收縮，硬化劑、緩凝劑等外加劑無毒害，注漿過程對周邊環境和地下水資源不造成污染。

3.3 注漿前的準備工作

（1）對工程做出具體分析和地質研究，確定其地下土層材質，便于對注漿施工面的范圍作出準確地劃分。此外，還要對工程周邊的建（構）筑物進行預測評估，尤其是注漿施工區域對建（構）筑物的影響距離，地下管線管網的布置等。

（2）做好地下水資源的治理預案。要將隧道施工工作和水資源處理工作結合起來，以便為選擇注漿材料、確定漿液調和比例和注漿深度提供參考條件。

（3）對注漿的各項參數和漿液配比，進行科學化地測試。這就要求施工人員需采用準確的計量工具，按照既定配方配料施工。同時，根據現場實際的地質條件，及時調整漿液懸濁液和溶液的注入比例，確定最佳的漿液配合比，以保證暗挖隧道的穩固性和施工質量。

（4）加工導管并布置注漿孔洞和孔間距。在鐘大站工程中，結合現場實際情況，確定WSS 全斷面注漿孔直徑為42mm，孔間距為600mm×600mm，擴散半徑1m，注漿壓力為0.3～1MPa，漿液選用AC、AB 組合漿液（具體成分見下述），并且在鐘大站盾構區間（暗挖段）兩端出車站端頭約150m 處，采用止水模式，以10～15m為一個循環，同時預留2m 的止水墻，保證土體加固和防水效果滿足礦山法開挖要求。

（5）材料要求。由于注漿技術適用工程范圍的特殊性，所以，在選擇漿液時，要關注漿液的以下幾方面特性：安全性高、滲透性強；固化時間容易調整，漿液強度較高；漿液滲透性好，尤其是對于地下微細砂層；即使地層中存在流動水，也具備很高的固結性能等特性，如超高強度型CW-3A，高強度型CW-3B 和普通型CW-3C 三種材料類型。以鐘大站工程為例，注漿漿液為懸濁型漿液AC 液和少量化學溶液型漿液AB 液，其中A液為硅酸鈉溶液，B 液為Gs、P、H、C 劑及水等的組合液，C 液為水泥、外加劑、水等的組合液，回抽注漿過程中兩種漿液交替使用。

3.4 注漿施工控制要點

（1）做好注漿施工過程中的測量放線工作，須依據注漿的深孔孔深進行布置，測量放線面為注漿孔分布的開挖工作面，排除其他區域的誤差，以此增加測量放線本身的準確性。

（2）參考注漿準備時所收集的各項數據，進行施工方案設計，實現合理化的作業平臺建設工作，以確保地基的承載力度與支架的承載力度和固定程度，進而為WSS 全斷面注漿技術的有效應用打下堅實的基礎。

（3）做好二重管鉆機和同步注漿機的安裝工作。在作業平臺建設完成后，根據注漿工作面的區域，對二重管鉆機和同步注漿機進行安裝及位置和角度的調整，并在注漿工作面上，對注漿孔的位置和深度進行再次確定；之后便可采用二重管鉆機進行鉆孔試注漿，待鉆孔試注漿全部結束后，對孔洞進行檢查，保證孔口不會出現漏漿等問題。

（3）注意試注漿檢測和注漿質量要求。試注漿是對整個注漿前準備工作和注漿開始過程中的方案有效程度、以及方案準確性的檢測。如果試注漿后所得的結果與預案不符合，則可以進行及時地調整，將成本損失和時間損失降到最低。另外，在進行正式注漿時，要按照注漿孔洞所起到作用的重要程度，分清注漿主次。同時，還要對施工面及時進行現場壓力測試，從而對注漿比例作出輕微的調整，最大限度保證注漿效果。正式注漿完成后，還需要進行效果檢測，可以通過檢測孔進行檢測，也可以抽取檢測孔周邊土層，對暗挖隧道進行效果檢測，當效果檢測達標時，便可在灌漿孔上安裝控制水量的閥門，從而為暗挖隧道工程的順利進行奠定基礎。

（4）及時觀察周圍建（構）筑物的沉降狀況。在地下工程，尤其是地鐵的暗挖隧道施工過程中，發生地表沉降在所難免，主要是由于盾構的推進，會使得前方土體擠壓變形，進而在盾構外層與土層間形成剪切滑動面，從而產生剪切應力，引起地表變形。因此，施工人員所能做的，就是及時觀察建（構）筑物的沉降程度，并將沉降所帶來的影響降到最低。

3.5 注意事項

（1）鉆機布孔。一是布孔，須嚴格按照施工設計圖進行布孔，同時根據現場實際情況，做到對孔位的及時復核和修正。二是鉆機定位，根據WSS 全斷面注漿技術要求，鉆頭點位定位時，誤差需在20mm 之內，鉆桿垂直度誤差在1°以內。

（2）漿液、原材料和配料所使用的計量工具，必須經過嚴格檢驗并確認合格，減小由原材料引起的注漿效果偏差。

（3）嚴格控制注漿進程。注漿方向、注漿量、注漿壓力等都需由專人操作，尤其是要確保每次注漿時，注漿本身的壓力值都始終大于水本身的壓力值3 倍左右，當突然出現壓力上升、溢漿跑漿或涌水時，應立刻停止注漿并采取解決措施，以確保注漿效果。

（4）由專人對注漿過程中的每道工序進行詳細記錄，同時加強注漿施工過程的檢查和監測，以避免地面出水溢漿、施工地段地面隆起或沉降。

3.6 注漿施工效果

經鐘大站盾構區間（含暗挖段）工點設計單位、監理單位及施工單位，對鐘大區間小里程暗挖隧道注漿止水效果進行聯合巡查得知，通過WSS 全斷面注漿止水后，掌子面土體已無滲漏水現象，并在對掌子面后方土體破除后觀察，發現注漿止水效果較好。

4 結束語

綜上所述，通過WSS 全斷面注漿技術對巖層進行加固來降低隧道中的含水量，可實現地鐵建設施工的安全性和穩定性。為進一步保證WSS 注漿工藝的實施效果，還需要在注漿時結合隧道所處的施工環境、實際工程地質與水文地質情況，選取科學合理的漿液類型、漿液原材料，在確保注漿措施起到良好的防水加固效果的同時，還要降低其帶來的不利影響。鐘大站盾構區間（含暗挖段）通過WSS 全斷面注漿止水后，掌子面土體已無滲漏水現象，并在對掌子面后方土體破除后觀察，發現注漿止水效果較好。隨著我國基礎設施建設的發展，WSS 全斷面注漿技術值得被更廣泛的推行。