双重管无收缩WSS注浆工法在地铁施工中的应用

作者：王武辉 芮元

来源：《科技创新与应用》2013年第18期

        摘要：本文以西安地铁三号线暗挖区间双重管无收缩帷幕止水注浆加固为例，简要阐述了双重管无收缩WSS注浆工法在地铁区间横通道止水中的应用

        关键词：双重管；注浆；地铁；施工；应用

        1 工程概况

        西安地铁三号线吉祥村-小寨暗挖区间在YDK+728.00处设施工竖井及横通道，交叉段结构开挖尺寸5.2m（宽）*9.42m（高），拱顶埋深16.37m-17.37m；横通道需穿过f7地裂缝，根据竖井实际开挖的水文、地质情况分析，开挖土质为粉质粘土，该土层稳定性较好，地下平均自然水位在10.8m左右，降水满足施工需要。但上台阶施工至22.5m处时，拱部渗漏水量明显增加，据统计涌水量为4m3/h，施工风险加大，随后立即封闭掌子面。经现场排查，初步判断在粉质粘土层附近有可能夹细砂透镜体。为保证施工安全，对该段横通道地下水采用双重管无收缩帷幕止水注浆的施工方案对其周围土体进行注浆加固处理，阻断周围地下水向横通道内渗漏。

        2 施工工艺

        WSS注浆工法原理及特点

        2.1 工法原理

        （1）双重管钻机采用特殊的钻杆。钻孔时，清水从端头混合器的端点送出，利于成孔；钻孔到所定深度，用高压注浆泵将双液浆分别压入钻杆外管和内管，在端头混合并进行喷射，使浆液能够较好的浸透到地层中。如图1。（2）注浆材料的渗透性良好，凝结时间可调，浆液结石率高，有微膨胀性，浆液原材料均为无毒材料，大量使用不会造成环境污染；采用双重管钻机双液灌注，工艺简单，质量有保证；可针对不同地层、不同作用机理进行注浆，可确保注浆效果。（3）该方法是通过渗透作用，在不改变地层组成的情况下，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，土层粘结强度及密实度增加，起到固结、充填效果；随着土体的压密和浆液的挤入，在压浆点周围形成灯泡形空间，从而达到土体加固及止水的效果。

        图1 注浆工法原理图

        2.2 工法特点

        （1）由于浆液是通过成孔后的钻杆注入，注浆过程中不易发生浆液溢流现象，有利于保护环境不受污染。（2）浆液分水泥水玻璃和磷酸水玻璃两种溶液。浆液对土层有很强的渗透性，采用调节浆液配比和注浆压力的办法可使注浆范围人为控制，凝结时间可以调节。（3）二重管端头的浆液混合器可使两种浆液完全混合，使浆液均匀。（4）可从地面垂直注浆，亦可洞内扩散注浆，注浆方式灵活。（5）从钻孔至注浆完毕，可连续作业。（6）适用范围广，可用于各种土层。

        3 无收缩浆液主要特点

        3.1 固结硬化时间易调整、同时具有很高强度。

        3.2 渗透性良好，特别是对粉质粘土、粉土及微细砂层的渗透性较好，属于高渗透性的注浆材料。

        3.3 地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能及止水性能。

        3.4 浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。

        3.5 浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染，属于安全性的注浆材料。

        4 机械设备（见表1）

        5 主要施工方法

        5.1 管线调查及路面沉降。由于注浆压力较大，首先做好管线调查工作，做到心中有数。注浆时做好路面沉降观测工作，进而监测管线安全，路面沉降量主要是路面隆起量，当路面隆起量超过设计规范规定时，应立即停止注浆，改注其它孔位。

        5.2 注浆孔布置。横通道上台阶由于操作空间，钻机就位很难再移动，只能靠调整钻杆角度布设孔位，因此，在孔位布置时要通过钻杆角度、钻孔深度来控制注浆加固范围，特别是拱顶孔位，因钻杆角度过大，钻孔点位及深度应严格控制，经过计算，横通道上台阶孔位布置如下图2所示，边墙孔位外插角第一竖排为5°，第二竖排为10°，注浆孔深均为10m，拱部孔深均为8m，上台阶注浆孔共布设30根。

        图2 横通道上台阶注浆孔位布置图

        5.3 钻孔。钻机定位要准确，特别上拱位置，钻机要安放在操作平台上，要精确计算操作平台的高度，钻机就位后根据拱部布设点位调整钻机位置，确定钻孔的最佳角度，开钻前的钻头点位与布孔点之间误差不得大于8cm。

        5.4 浆液配比。注浆材料：P.O42.5R水泥、水玻璃（初始浓度为40Be、）、磷酸（浓度未知）。

        注浆配比：磷酸：水=1：15（质量比），水泥：水=1：1.6（质量比），水玻璃浓度稀释到30Be、，稀磷酸：水玻璃=1：1（体积比），水泥浆：水玻璃=1：1（体积比）。浆液配置时采用准确的计量工具，按照既定配比施工，第一循环一般作为试验段施工，根据注浆效果及时调整浆液配合比，确定最佳的浆液配合比。

        5.5 注浆。钻孔结束后进行注浆，注浆量根据注浆压力和设计注浆量进行双控（以注浆压力为主，防止压力过大造成路面隆起或管线破裂），注浆压力控制在0.4-1Mpa，注浆量根据粉质粘土渗透系数计算，经验计算公式如下：

        Q=πR2Lα*0.95*1.15

        R-浆液扩散半径取1.2m；L-注浆孔有效长度；α-粘土层浆液扩散系数取0.3

        注浆为分段回抽注浆法施工，一般回抽步距为0.3m，注入顺序从外围到中心进行施工。浆液注入顺序为：钻孔结束后先注改性水玻璃溶液（磷酸与水玻璃溶液），主要起到封孔的作用，防止注水泥水玻璃时从孔内外溢，封孔结束后进行水泥水玻璃注浆，当注浆量或注浆压力达到设计要求后钻杆回抽30cm，再进行下一节注浆，当回抽过程中出现漏浆时再次注入改性水玻璃溶液封孔，依此直至整根孔注浆结束，在回抽过程中为防止钻杆堵管，回抽时注水洗管。当压力突然变化或从孔壁溢浆时，应立即停止注浆，分段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。

        5.6 土方开挖。注浆完毕后，首先使用洛阳铲进行超前探测，孔深大于2米。检测止水效果，效果良好情况下，按照原图纸进行台阶法开挖，架设临时支撑。如注浆止水效果不好，则进行补注或使用小导管进行补注。

        6 注浆效果检测

        注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定土层的流量及渗透系数，达不到设计要求需进行补充注浆。检查孔的数目每个循环设2-3个检查孔，检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并查看检查孔内涌水量，检查孔涌水量小于0.2L/m.min，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。

        7 结束语

        据统计，注浆掌子面渗水量由原来的4m3/h变为0.2m3/h，止水效果较好。同时监控量测数据表明横通道附近的建筑物、地表及横通道内的拱顶沉降、收敛变形均显示正常。

        7.1 WSS洞内注浆控制要点

        7.1.1 注浆孔位是控制注浆范围的关键，在钻孔时应根据钻杆角度计算钻孔点位及深度，确定好后方可开钻注浆。

        7.1.2 注浆压力对浆液扩散半径、注浆范围起着决定作用，压力过大，浆液扩散远，成本高；压力过小，止水效果不明显。通过经验及多次试验后确定压力取值为0.4-1Mpa。

        7.2 WSS注浆优缺点

        优点：土层注浆加固长度可达10m-20m，浆液凝固时间可根据实际情况调整，注浆效果好。

        缺点：注浆机械设备笨重，在洞内不易移动，钻孔角度、注浆范围不易控制，注浆成本较高。