WSS注漿在隧道工程施工中應(yīng)用

趙 頌

（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州730000）

西安地鐵五號(hào)線高～勞暗挖區(qū)間穿越f4地裂縫破碎帶，采用CRD法開挖，開挖范圍位于地下水位以下主要地層為黃土、中砂、古土壤、粉質(zhì)粘土，施工至ZDK29+403（位于地裂縫下盤，距地裂縫5.3m）隧道左側(cè)拱腳處出現(xiàn)涌水涌砂形成空洞。采取對(duì)地裂縫主要影響區(qū)采取無(wú)收縮（WSS工法）注漿工藝加固，隧道最終順利穿越f4地裂縫。蘭渝鐵路馬家坡隧道第三系富水粉細(xì)砂巖隧道施工中出現(xiàn)涌水涌砂后，在經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試及探索并調(diào)整施工方案，也最終應(yīng)用WSS超前水平注漿的施工方法輔助，采用CRD開挖工法，止水止涌工作取得成功，最終確保隧道順利貫通。通過(guò)對(duì)以上兩條隧道中應(yīng)用WSS注漿輔助施工方法發(fā)現(xiàn)該工法對(duì)砂層、泥巖、黃土等富水地層中隧道施工應(yīng)用效果良好，采用WSS注漿對(duì)前方圍巖進(jìn)行加固起到對(duì)圍巖預(yù)加固、堵水、增加圍巖強(qiáng)度作用，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，確保隧道施工順利進(jìn)行。

1 WSS注漿介紹

無(wú)收縮注漿（WSS）方法是采用鉆機(jī)在隧道掌子面周邊處按一定的角度布設(shè)鉆孔，鉆孔至預(yù)定深度后注漿，漿液由A液和B液（或C液）組成。將以上兩種漿液在注漿管端頭充分混合，漿液在高壓作用下劈裂擠入土體，漿液填充土體顆粒間空隙或土體裂隙并形成條帶狀漿脈，使其土體固結(jié)達(dá)到改良土層性狀。注漿材料使得地層粘結(jié)強(qiáng)度增加，地層密實(shí)度增大，使該地層粘結(jié)力（c）、內(nèi)磨擦角值增大，從而起到加固作用；顆粒間隙中充滿固結(jié)的漿液后，使土層透水性降低，形成隔水層。注漿對(duì)前方圍巖進(jìn)行止水止涌的同時(shí)起到預(yù)加固的作用，對(duì)圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 WSS注漿適用范圍及漿液特點(diǎn)

本工法適用于粉細(xì)砂巖、泥巖、黃土、粉質(zhì)黏土砂層、等低滲透性地層中隧道的堵水、止水、涌水涌砂的治理及隧道超前預(yù)加固。WSS注漿是以改良土壤為目的，將不同地質(zhì)情況的土體填充密實(shí),改變?cè)馏w和物理性質(zhì)，增加土體的密度，提高其抗壓強(qiáng)度。

WSS漿液特點(diǎn)如下：（1）快速便捷，注漿設(shè)備輕便組裝方便快速，漿液強(qiáng)度上升快凝結(jié)速度快，漿液固結(jié)硬化時(shí)間容易調(diào)整，短時(shí)間漿材強(qiáng)度高，起到堵水和壓縮土體，在地層中有流動(dòng)水的情況下也具有很強(qiáng)的固結(jié)性能。（2）加固土體可靠性好，注漿效果良好確保了圍巖開挖及初期支護(hù)施工前提，注漿對(duì)前方圍巖進(jìn)行止水止涌的同時(shí)起到預(yù)加固的作用，避免圍巖變化的不確定性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行二次補(bǔ)注漿迅速。（3）環(huán)保高效，由于漿液凝結(jié)快、漿液流失少、固結(jié)后不收縮、節(jié)約材料，漿液配置材料環(huán)保，保護(hù)地下水而不被污染。（4）注漿提高地層的強(qiáng)度，也可以達(dá)到止水的效果；（5）多方式、多角度布孔加固注漿,減少外界因素對(duì)注漿施工的影響。

該注漿工法鉆孔及注漿過(guò)程連續(xù)，注漿完成后即可進(jìn)行開挖及初期支護(hù)的施工，施工中若發(fā)現(xiàn)有注漿效果不佳或者仍有小范圍涌水涌砂可在支護(hù)完成后立即補(bǔ)漿進(jìn)行二次注漿堵漏及補(bǔ)強(qiáng)，施工方便，干擾因素少。

3 施工設(shè)備

WSS注漿施工常用設(shè)備（詳見下表1）有：鉆機(jī)、注漿泵（雙液）、攪拌機(jī)、拌漿桶等；使用的鉆桿為同軸雙通道二重管，該鉆機(jī)既可以進(jìn)行鉆進(jìn)又可以當(dāng)注漿管使用，在鉆進(jìn)和注漿過(guò)程切換方便，施工完成后直接用清水對(duì)管路和設(shè)備沖洗，再次鉆進(jìn)或者回退操作方便。

表1 常見注漿機(jī)械及配套

4 施工工藝與工藝參數(shù)確定

WSS注漿施工工藝比較簡(jiǎn)單，其控制要點(diǎn)在于漿液的調(diào)配，要在復(fù)雜環(huán)境下隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整漿液配比，以到達(dá)最佳注漿效果，WSS超前預(yù)注漿工藝流程如下：

1）施工工藝流程為：定孔位→鉆機(jī)就位→鉆孔至設(shè)計(jì)深度→配制漿體→高壓注漿→提升（沖洗管路）→移位，如圖1所示。

圖1 WSS超前注漿工藝流程圖

2）地層中施工參數(shù)。WSS注漿孔使用巷道液壓鉆機(jī)定點(diǎn)、定角度鉆孔，注漿孔分為輻射孔和中心孔，輻射孔沿開挖輪廓線布置，孔位間距為1.0～1.2m，外插角度控制在 3°～10°，孔深度在 3～9m，注漿孔層與層之間宜0.5～0.8m；水平孔斷面中心布置間距 2.0～3.0m， 孔深度在 5～9m。 注漿壓力 0.5～3.0MPa，注漿加固范圍為隧道開挖范圍2m外。WSS漿液的泵入率可達(dá)到土體積的10%～25%。

3）漿液的配制。WSS漿液材料有：P.O42.5水泥、水玻璃（波美度40Be）、C液、水。注漿時(shí)漿液配比：A液為水玻璃稀釋至30Be,水泥∶水=1∶1。漿液配置完成后，用三個(gè)不同容器分別存放，避免互相污染，接入各容器漿液泵各自配置，避免混用，用完后及時(shí)用清水沖洗。

表1 WSS注漿漿液配比

4）注漿。鉆孔達(dá)到要求的深度后，采用雙液注漿機(jī)將漿液接入鉆機(jī)，注漿機(jī)中兩路液體分別泵入WSS漿液的分液，分液在孔口附近通過(guò)混合閥混合后即開始逐漸。注漿開始時(shí)選取B液、C液的混合液體注漿，對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行及注漿圍巖范圍外的土體裂隙進(jìn)行封堵，時(shí)間可通過(guò)C液中水的體積來(lái)調(diào)整，凝固時(shí)間可控制在0.5～30s之間。待封堵完成后注入A液與B液對(duì)圍巖土體進(jìn)行加固，并適當(dāng)提高注漿壓力，以更好劈裂土體在土中形成大范圍漿脈，同時(shí)達(dá)到擠壓土體顆粒間隙作用和堵水作用。注漿過(guò)程中如有漏漿、跑漿、動(dòng)水等情況，再次采用B液與C液注漿，對(duì)滲漏處進(jìn)行快速封堵密閉后繼續(xù)進(jìn)行A液和B液的注漿，注漿至達(dá)到相應(yīng)的注漿壓力后可停止注漿工作。注漿壓力0.5～3.0MPa，注漿終壓力主要根據(jù)注漿地層附近附屬物已經(jīng)周邊情況確定，注漿時(shí)要注意觀察周邊地表、附近管線和進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止注漿，并分析起影響程度，以免造成地表隆起或者對(duì)初支結(jié)構(gòu)破壞。

5 注漿效果分析

注漿后掌子面及邊墻范圍無(wú)明顯滲漏水情況出現(xiàn)，也可通過(guò)鉆孔取樣或開孔觀察注漿效果。漿液在開完輪廓線周邊土體中呈脈狀分布，掌子面無(wú)明顯滲水，且開挖輪廓范圍土體被固結(jié)。加固后的土體具有良好的自穩(wěn)能力，土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提升，一般不小于1MPa，加固后的土體滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s。掌子面輕微隆起，地下水被從裂隙中被排出并形成止水墻。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，加固土體的含水量明顯下降，土體由流塑狀變?yōu)橛菜軤?，力學(xué)性質(zhì)有較大改善，滿足了隧道施工的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在蘭渝線富水砂層和西安市地裂縫處粉質(zhì)黏土隧道中的實(shí)踐應(yīng)用，表明WSS注漿工法對(duì)富水粉細(xì)砂層、富水泥巖、黃土等地層中隧道止水止涌和超前預(yù)加固效果良好，安全可靠，無(wú)污染，技術(shù)先進(jìn)可行。在以上復(fù)雜地質(zhì)中隧道開挖時(shí)采用該方法輔助對(duì)隧道圍巖超前預(yù)加固，提高隧道施工效率，壓縮施工工期，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，減少經(jīng)濟(jì)投入，具有很高的推廣前景和應(yīng)用價(jià)值。

獻(xiàn)考文獻(xiàn)：

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