WSS注漿在隧道工程施工中應用

趙 頌

（中鐵西北科學研究院有限公司,甘肅 蘭州730000）

西安地鐵五號線高～勞暗挖區間穿越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、粉質粘土，施工至ZDK29+403（位于地裂縫下盤，距地裂縫5.3m）隧道左側拱腳處出現涌水涌砂形成空洞。采取對地裂縫主要影響區采取無收縮（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砂巖隧道施工中出現涌水涌砂后，在經過反復嘗試及探索并調整施工方案，也最終應用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。通過對以上兩條隧道中應用WSS注漿輔助施工方法發現該工法對砂層、泥巖、黃土等富水地層中隧道施工應用效果良好，采用WSS注漿對前方圍巖進行加固起到對圍巖預加固、堵水、增加圍巖強度作用，降低施工安全風險，確保隧道施工順利進行。

1 WSS注漿介紹

無收縮注漿（WSS）方法是采用鉆機在隧道掌子面周邊處按一定的角度布設鉆孔，鉆孔至預定深度后注漿，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，使其土體固結達到改良土層性狀。注漿材料使得地層粘結強度增加，地層密實度增大，使該地層粘結力（c）、內磨擦角值增大，從而起到加固作用；顆粒間隙中充滿固結的漿液后，使土層透水性降低，形成隔水層。注漿對前方圍巖進行止水止涌的同時起到預加固的作用，對圍巖進行補強，降低施工安全風險。

2 WSS注漿適用范圍及漿液特點

本工法適用于粉細砂巖、泥巖、黃土、粉質黏土砂層、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加固。WSS注漿是以改良土壤為目的，將不同地質情況的土體填充密實,改變原土體和物理性質，增加土體的密度，提高其抗壓強度。

WSS漿液特點如下：（1）快速便捷，注漿設備輕便組裝方便快速，漿液強度上升快凝結速度快，漿液固結硬化時間容易調整，短時間漿材強度高，起到堵水和壓縮土體，在地層中有流動水的情況下也具有很強的固結性能。（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施工前提，注漿對前方圍巖進行止水止涌的同時起到預加固的作用，避免圍巖變化的不確定性，降低施工風險，進行二次補注漿迅速。（3）環保高效，由于漿液凝結快、漿液流失少、固結后不收縮、節約材料，漿液配置材料環保，保護地下水而不被污染。（4）注漿提高地層的強度，也可以達到止水的效果；（5）多方式、多角度布孔加固注漿,減少外界因素對注漿施工的影響。

該注漿工法鉆孔及注漿過程連續，注漿完成后即可進行開挖及初期支護的施工，施工中若發現有注漿效果不佳或者仍有小范圍涌水涌砂可在支護完成后立即補漿進行二次注漿堵漏及補強，施工方便，干擾因素少。

3 施工設備

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

表1 常見注漿機械及配套

4 施工工藝與工藝參數確定

WSS注漿施工工藝比較簡單，其控制要點在于漿液的調配，要在復雜環境下隨時根據現場情況調整漿液配比，以到達最佳注漿效果，WSS超前預注漿工藝流程如下：

1）施工工藝流程為：定孔位→鉆機就位→鉆孔至設計深度→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。WSS注漿孔使用巷道液壓鉆機定點、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，用完后及時用清水沖洗。

表1 WSS注漿漿液配比

4）注漿。鉆孔達到要求的深度后，采用雙液注漿機將漿液接入鉆機，注漿機中兩路液體分別泵入WSS漿液的分液，分液在孔口附近通過混合閥混合后即開始逐漸。注漿開始時選取B液、C液的混合液體注漿，對鉆孔孔口進行及注漿圍巖范圍外的土體裂隙進行封堵，時間可通過C液中水的體積來調整，凝固時間可控制在0.5～30s之間。待封堵完成后注入A液與B液對圍巖土體進行加固，并適當提高注漿壓力，以更好劈裂土體在土中形成大范圍漿脈，同時達到擠壓土體顆粒間隙作用和堵水作用。注漿過程中如有漏漿、跑漿、動水等情況，再次采用B液與C液注漿，對滲漏處進行快速封堵密閉后繼續進行A液和B液的注漿，注漿至達到相應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注漿地層附近附屬物已經周邊情況確定，注漿時要注意觀察周邊地表、附近管線和進行監測，一旦發現異常及時停止注漿，并分析起影響程度，以免造成地表隆起或者對初支結構破壞。

5 注漿效果分析

注漿后掌子面及邊墻范圍無明顯滲漏水情況出現，也可通過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，掌子面無明顯滲水，且開挖輪廓范圍土體被固結。加固后的土體具有良好的自穩能力，土體的無側限抗壓強度提升，一般不小于1MPa，加固后的土體滲透系數不大于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。經現場實測，加固土體的含水量明顯下降，土體由流塑狀變為硬塑狀，力學性質有較大改善，滿足了隧道施工的要求。

6 結語

通過在蘭渝線富水砂層和西安市地裂縫處粉質黏土隧道中的實踐應用，表明WSS注漿工法對富水粉細砂層、富水泥巖、黃土等地層中隧道止水止涌和超前預加固效果良好，安全可靠，無污染，技術先進可行。在以上復雜地質中隧道開挖時采用該方法輔助對隧道圍巖超前預加固，提高隧道施工效率，壓縮施工工期，降低施工風險，減少經濟投入，具有很高的推廣前景和應用價值。

獻考文獻：

[1]地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程[S].北京中鐵隧道集團科學技術研究所，2004-10-09.

[2]張臻.二重管無收縮雙液WSS工法注漿技術在基坑施工中的應用[J].建筑技術，2009，40（2）.

[3]范增國，馮超，楊團軍.WSS工法注漿止水在富水黃土隧道中的應用[J].中國鐵路，2011，（03）.

[4]王志德.WSS工法在城市隧道穿越基礎加固工程中的應用[J].施工技術（增），2005：291-295.