WSS全斷面深孔注漿工法在富水飽和軟黃土地質(zhì)加固中的應(yīng)用

寧孟新 賈雪紅 張宏剛

摘 要：西安地鐵四號(hào)線火車站站一期暗挖下穿西安火車站既有國(guó)鐵站場(chǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水量豐富，通過(guò)加固工法適用性分析，選用WSS全斷面深孔注漿工法進(jìn)行暗挖地段注漿加固處理，有效的阻斷了外部水源補(bǔ)給，注漿加固、止水效果明顯，達(dá)到了預(yù)期安全目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;WSS工法;加固技術(shù)

當(dāng)前，正是我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的高峰期，越來(lái)越多的地鐵隧道正在投入施工建設(shè)，其中包括許多暗挖隧道施工，復(fù)雜地址條件下WSS全斷面深孔注漿工法對(duì)控制暗挖沉降及止水顯得尤為重要。“WSS”是中文無(wú)收縮雙液注漿的拼音縮寫，該技術(shù)源自日本，在世界范圍內(nèi)工程施工領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛;WSS全斷面深孔注漿技術(shù)是以堵水和加固巖土為目的，主要用于軟土地層的加固、富水?dāng)鄬悠扑閹У亩滤庸痰取?/p>

西安地鐵四號(hào)線火車站站一期暗挖主體小斷面隧道左、右線分離設(shè)計(jì)，線間距58.5m，左線全長(zhǎng)32.6m，右線全長(zhǎng)87.2m，隧道拱頂覆蓋層厚度10.2～12.72m。為確實(shí)保證火車站站站臺(tái)隧道全斷面注漿止水方案的有效，以本段作為采集確認(rèn)合理注漿方法、施工工藝及參數(shù)的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)累計(jì)三次試驗(yàn)、五次調(diào)整修訂，制定出了適合西安地鐵四號(hào)線火車站站一期暗挖站臺(tái)隧道安全通過(guò)西安火車站既有國(guó)鐵站場(chǎng)的合理注漿方法、施工工藝及參數(shù)。

1 工程概況

西安地鐵四號(hào)線火車站站位于國(guó)鐵西安站站場(chǎng)區(qū)東側(cè)下方，線路與隴海正線斜交約40°。左線全長(zhǎng)267米，下穿西安火車站內(nèi)15股道及8組道岔，右線全長(zhǎng)260米，下穿14股道及4組道岔，車站采用“先隧后站法”暗挖施工，施工示意圖見如圖1?；疖囌菊疽黄诎低谒淼赖貙臃植甲陨隙聻椋核靥钔痢⑿曼S土（水上）、飽和軟黃土、新黃土（水下）、古土壤、粉質(zhì)粘土。場(chǎng)地內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位埋深5.30～6.20m之間，相應(yīng)高程為396.34～397.30m。主要地層參數(shù)見表1。

2 施工流程

暗挖隧道臺(tái)階法施工條件下全斷面WSS深孔注漿對(duì)于注漿孔位的分布、注漿先后順序的安排、注漿參數(shù)的確定都有嚴(yán)格要求，具體流程如圖2。

2.1 掌子面封閉

為避免注漿過(guò)程中掌子面變形嚴(yán)重，進(jìn)而引起臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)遭到破壞，封閉掌子面采取以下措施：（1）上、下臺(tái)階施工步距錯(cuò)開3m進(jìn)行掌子面封閉。（2）開挖掌子面封閉采用綁扎鋼筋網(wǎng)片+打設(shè)錨管+網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行封閉。鋼筋網(wǎng)片采用雙層網(wǎng)片，鋼筋采用直徑Φ25螺紋鋼，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距為200mm×200mm，鋼筋網(wǎng)片與格柵拱架及臨時(shí)仰拱臨時(shí)型鋼支撐焊接。錨管采用Φ42mm普通焊管，打設(shè)長(zhǎng)度為3.5m，橫、豎向間距為1000mm×1000mm。采用C25噴射混凝土封閉，噴射厚度為300mm。

2.2 制定鉆孔及注漿參數(shù)

參考對(duì)四個(gè)WSS全斷面注漿循環(huán)試驗(yàn)段的分析、總結(jié)，以及后續(xù)累計(jì)5個(gè)循環(huán)施工中修訂和調(diào)整，制定了一套滿足本項(xiàng)目施工的各項(xiàng)注漿參數(shù)。全斷面注漿孔位布置如圖3，注漿壓力參數(shù)如表2，漿液配合比如表3。

（1）鉆孔要求。

全斷面上、下臺(tái)階共布置注漿孔數(shù)25孔，引孔長(zhǎng)度23m，注漿長(zhǎng)度為20m。注漿順序由上到下依次進(jìn)行，上臺(tái)階孔位環(huán)向間距為1m，下孔位環(huán)向間距為1.4m，中間區(qū)的孔間距為1.8m～2.5m。考慮鉆桿弧線成孔的影響，鉆孔外插角度控制在2°，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)每個(gè)孔位鉆桿方向進(jìn)行測(cè)量調(diào)整。詳細(xì)記錄鉆孔過(guò)程中孔口反水、鉆機(jī)注水壓力變化、地表沉降監(jiān)測(cè)等情況，綜合判斷前方圍巖是否存在水囊、穴道等災(zāi)害性地質(zhì)并立即采取處理措施。當(dāng)不涉及文物保護(hù)、管線安全情況下直接采用WSS漿液封堵后繼續(xù)施工，否則，鉆頭后退5m進(jìn)行WSS漿液封堵，及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門制定下步施工措施。

（2）成孔后觀察。鉆孔到預(yù)定長(zhǎng)度后，停鉆、停水觀察孔內(nèi)出水情況，一般持續(xù)時(shí)間不小于10分鐘。除第一個(gè)鉆孔外，其他任意相鄰已注漿孔出現(xiàn)下列情況時(shí)，采取對(duì)應(yīng)措施。

出水為清水、流量一定且未明顯超過(guò)鉆孔過(guò)程孔口反水總量時(shí)，正常開始注漿作業(yè);出水為濁水、流量接近鉆孔過(guò)程孔口反水量時(shí)，極有可能鉆孔過(guò)程中擾動(dòng)原有隔水層（或者相鄰注漿已完孔位未達(dá)到擴(kuò)散加固的預(yù)期），注漿量及注漿壓力宜相對(duì)上調(diào)。出水為清水、流量明顯小于鉆孔過(guò)程孔口反水總量時(shí)，可判斷為相鄰已完注漿孔位擴(kuò)散范圍和加固效果基本達(dá)到預(yù)期，該孔注漿量和注漿壓力保持既定標(biāo)準(zhǔn)或相對(duì)下調(diào)。

（3）注漿。①注漿壓力。受設(shè)備自身因素影響，二重管鉆頭混合器部位的注漿壓力無(wú)法取得真實(shí)數(shù)據(jù)，為達(dá)到控制注漿壓力的目的，每循環(huán)注漿機(jī)的就位位置和注漿管路的長(zhǎng)度、直徑、混合器與注漿機(jī)的高差必須保持一致。由此可更加精確的通過(guò)注漿壓力控制注漿效果。施工中注漿壓力控制值如表2所示。

②注漿量。注漿漿液對(duì)黃土地層的加固、止水以水泥漿+水玻璃溶液為主，WSS漿液（WSS注漿漿液配比如表3）是對(duì)前者無(wú)法滿足的特殊地層、特殊環(huán)節(jié)進(jìn)行快速止水封堵的有效的方法。其漿液形式、注漿量多有差異。

a.圍巖一般性加固止水采取水泥漿和水玻璃溶液，參考本項(xiàng)目黃土地質(zhì)以及地下水位以下條件施工的要求，注漿量為加固土體體積的49%～50%。

b.水囊、穴道等突發(fā)災(zāi)害地質(zhì)條件下WSS漿液量以能夠達(dá)到止水和填充為目的，該情況下注漿量以實(shí)際需要的達(dá)到的封堵效果來(lái)確定。

c.一般鉆桿單根長(zhǎng)度2m，深孔鉆孔通過(guò)多根鉆桿絲扣套接達(dá)到要求。WSS注漿基于后退式注漿的原理，注漿過(guò)程中每根鉆桿要拆卸，為防止由于鉆桿拆卸過(guò)程中混合器部位漿液溢流引起壓力陡降、增加漿液損耗，鉆桿拆卸前必須采用WSS漿液進(jìn)行二重管混合器端頭的臨時(shí)封堵。注漿量一般控制在0.1m3以內(nèi)。

d.二重管混合器位置距離止?jié){墻斷面3m時(shí)，采用WSS漿液進(jìn)行封孔注漿，注漿量以填充鉆孔孔洞為準(zhǔn)。

注漿過(guò)程中結(jié)合地下水、注漿壓力等施工情況，交替注入B液/C液、A液/B液，最終達(dá)到注漿效果。

2.3 監(jiān)控量測(cè)

注漿過(guò)程中，地表沉降觀測(cè)、洞內(nèi)收斂和沉降觀測(cè)是指導(dǎo)注漿量和注漿壓力的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)注漿孔位布置間距、鉆孔方向、注漿壓力、注漿量等所有參數(shù)，在地鐵施工淺埋暗挖隧道，尤其本項(xiàng)目暗挖隧道下穿國(guó)鐵站場(chǎng)施工中更加突出?？刂茦?biāo)準(zhǔn)為沉降-10mm，隆起0mm。

2.4 終孔

因?yàn)樽{加固圍巖形成的止?jié){墻質(zhì)量影響因素較多，上循環(huán)掘進(jìn)結(jié)束位置以參考止?jié){墻里程為主要依據(jù)，本次循環(huán)注漿會(huì)成為注漿的薄弱部位。終孔檢查是對(duì)本孔位（本循環(huán)）止?jié){墻的一項(xiàng)檢查?？勺鳛檎{(diào)整下次止?jié){墻注漿參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。觀察終孔后WSS漿液封堵效果是否滿足止?jié){墻附近降低壓力后的止水效果，如果有少量水滲水，相鄰孔位需適當(dāng)增加注漿量。掌子面的變形是否影響到作業(yè)的安全。依據(jù)變形程度，適當(dāng)調(diào)整止?jié){墻附近注漿壓力和注漿量。

2.5 注漿效果檢查

循環(huán)注漿結(jié)束后，對(duì)掌子面加固圍巖取芯進(jìn)行含水率檢測(cè)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果要求為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.6Mpa，滲透系數(shù)≤10-6cm/s，實(shí)測(cè)結(jié)果為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.87Mpa，平均滲透系數(shù)≤7.1×10-8cm/s，滿足注漿加固設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工。

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 鉆孔

鉆孔弧線效應(yīng)數(shù)據(jù)取決于圍巖強(qiáng)度、圍巖整體性、圍巖介質(zhì)的均勻狀況、孔口位置止?jié){墻的強(qiáng)度等。鉆孔長(zhǎng)度越長(zhǎng)，弧形成孔效應(yīng)越明顯，依據(jù)本項(xiàng)目黃土地層圍巖總體介質(zhì)較均勻、孔口封端止?jié){墻為30cm厚C25噴射混凝土、鉆孔長(zhǎng)度25m的特點(diǎn)，弧形因素會(huì)造成鉆孔末端下垂20～40cm，所以，鉆機(jī)定位時(shí)按照2°執(zhí)行。

3.2 漿液配合比

配合比涉及的材料必須是符合要求的合格材料，水泥漿液+水玻璃溶液在圍巖中的滲透半徑取決于混合液的良好滲透性和適宜的固結(jié)時(shí)間。水玻璃溶液+WSS專用稀釋液固結(jié)封堵效果取決于混合液固結(jié)時(shí)間。二重管外管為水泥漿通道，采用受潮固結(jié)的水泥極易引起通道堵塞，影響注漿效果。

3.3 沉降觀測(cè)、注漿壓力及注漿量

圍巖注漿對(duì)于需要同時(shí)滿足控制沉降、止水和加固要求的情況下，注漿壓力和注漿量不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)孰重孰輕，一般意義來(lái)講，注漿壓力大小能夠反映出圍巖加固后的密實(shí)程度，注漿量則反映漿液擴(kuò)散止水的范圍大小，地表及隧道內(nèi)沉降控制則同時(shí)對(duì)于上述二者同時(shí)具備前提約束。必須進(jìn)行試驗(yàn)，在三者之間取得合理的參數(shù)。

3.4 設(shè)備維保

由于注漿屬于帶水作業(yè)，設(shè)備工作環(huán)境處于洞內(nèi)潮濕環(huán)境?；谏鲜鲈?，鉆機(jī)、鉆桿、注漿機(jī)、攪拌機(jī)日常維護(hù)圍繞防水、防潮作為重點(diǎn)。WSS注漿管結(jié)構(gòu)為二重管，單節(jié)長(zhǎng)度2m，絲扣連接至要求長(zhǎng)度。二重管維護(hù)、清理對(duì)注漿堵管的影響因素非常突出。每次注漿結(jié)束后必須對(duì)鉆桿進(jìn)料通道進(jìn)行疏通清洗，可防止粘結(jié)在管壁的漿液固結(jié)體脫落后造成注漿壓力異常、堵管等狀況。絲扣連接時(shí)，為防止兩種漿液通過(guò)絲扣間隙相互滲漏，必須采用生料帶纏裹絲頭，纏裹絲頭時(shí)必須將生料帶裹緊，且切頭位置必須與絲頭密貼，防止生料帶切頭伸入二重管內(nèi)造成堵管。

4 總結(jié)

西安地鐵四號(hào)線火車站站一期暗挖隧道施工，因西安鐵路局的要求，隆起量不大于0mm，單次沉降量不大于3mm，累計(jì)沉降量不大于15mm，每天對(duì)站場(chǎng)內(nèi)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保行車安全。為保證隧道開挖安全，采用WSS全斷面深孔注漿工法進(jìn)行暗挖地段注漿加固處理;注漿前封閉開挖工作面進(jìn)行全斷面注漿加固，加固后的開挖面土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.6MPa，周邊土體加固區(qū)達(dá)到1.2MPa，滲透系數(shù)≤10-6cm/sec。結(jié)果表明，采用的注漿方式較好地改善了車站暗挖開挖范圍內(nèi)的土層性質(zhì)，阻斷了外部水源補(bǔ)給，注漿加固、止水效果明顯，達(dá)到了預(yù)期安全目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：寧孟新（1987— ），女，本科，工程師，工程管理專業(yè)，研究方向：工程物資與設(shè)備管理。