WSS全斷面深孔注漿工法在富水飽和軟黃土地質加固中的應用

寧孟新 賈雪紅 張宏剛

摘 要：西安地鐵四號線火車站站一期暗挖下穿西安火車站既有國鐵站場，地質條件復雜，地下水量豐富，通過加固工法適用性分析，選用WSS全斷面深孔注漿工法進行暗挖地段注漿加固處理，有效的阻斷了外部水源補給，注漿加固、止水效果明顯，達到了預期安全目標。

關鍵詞：地鐵車站;WSS工法;加固技術

當前，正是我國城市軌道交通建設的高峰期，越來越多的地鐵隧道正在投入施工建設，其中包括許多暗挖隧道施工，復雜地址條件下WSS全斷面深孔注漿工法對控制暗挖沉降及止水顯得尤為重要。“WSS”是中文無收縮雙液注漿的拼音縮寫，該技術源自日本，在世界范圍內工程施工領域應用比較廣泛;WSS全斷面深孔注漿技術是以堵水和加固巖土為目的，主要用于軟土地層的加固、富水斷層破碎帶的堵水加固等。

西安地鐵四號線火車站站一期暗挖主體小斷面隧道左、右線分離設計，線間距58.5m，左線全長32.6m，右線全長87.2m，隧道拱頂覆蓋層厚度10.2～12.72m。為確實保證火車站站站臺隧道全斷面注漿止水方案的有效，以本段作為采集確認合理注漿方法、施工工藝及參數的試驗現場。通過累計三次試驗、五次調整修訂，制定出了適合西安地鐵四號線火車站站一期暗挖站臺隧道安全通過西安火車站既有國鐵站場的合理注漿方法、施工工藝及參數。

1 工程概況

西安地鐵四號線火車站站位于國鐵西安站站場區東側下方，線路與隴海正線斜交約40°。左線全長267米，下穿西安火車站內15股道及8組道岔，右線全長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。火車站站一期暗挖隧道地層分布自上而下為：素填土、新黃土（水上）、飽和軟黃土、新黃土（水下）、古土壤、粉質粘土。場地內地下潛水穩定水位埋深5.30～6.20m之間，相應高程為396.34～397.30m。主要地層參數見表1。

2 施工流程

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

2.1 掌子面封閉

為避免注漿過程中掌子面變形嚴重，進而引起臨時支護結構遭到破壞，封閉掌子面采取以下措施：（1）上、下臺階施工步距錯開3m進行掌子面封閉。（2）開挖掌子面封閉采用綁扎鋼筋網片+打設錨管+網噴混凝土進行封閉。鋼筋網片采用雙層網片，鋼筋采用直徑Φ25螺紋鋼，鋼筋網網格間距為200mm×200mm，鋼筋網片與格柵拱架及臨時仰拱臨時型鋼支撐焊接。錨管采用Φ42mm普通焊管，打設長度為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

參考對四個WSS全斷面注漿循環試驗段的分析、總結，以及后續累計5個循環施工中修訂和調整，制定了一套滿足本項目施工的各項注漿參數。全斷面注漿孔位布置如圖3，注漿壓力參數如表2，漿液配合比如表3。

（1）鉆孔要求。

全斷面上、下臺階共布置注漿孔數25孔，引孔長度23m，注漿長度為20m。注漿順序由上到下依次進行，上臺階孔位環向間距為1m，下孔位環向間距為1.4m，中間區的孔間距為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°，現場施工過程中對每個孔位鉆桿方向進行測量調整。詳細記錄鉆孔過程中孔口反水、鉆機注水壓力變化、地表沉降監測等情況，綜合判斷前方圍巖是否存在水囊、穴道等災害性地質并立即采取處理措施。當不涉及文物保護、管線安全情況下直接采用WSS漿液封堵后繼續施工，否則，鉆頭后退5m進行WSS漿液封堵，及時聯系相關部門制定下步施工措施。

（2）成孔后觀察。鉆孔到預定長度后，停鉆、停水觀察孔內出水情況，一般持續時間不小于10分鐘。除第一個鉆孔外，其他任意相鄰已注漿孔出現下列情況時，采取對應措施。

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

（3）注漿。①注漿壓力。受設備自身因素影響，二重管鉆頭混合器部位的注漿壓力無法取得真實數據，為達到控制注漿壓力的目的，每循環注漿機的就位位置和注漿管路的長度、直徑、混合器與注漿機的高差必須保持一致。由此可更加精確的通過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）是對前者無法滿足的特殊地層、特殊環節進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，參考本項目黃土地質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、穴道等突發災害地質條件下WSS漿液量以能夠達到止水和填充為目的，該情況下注漿量以實際需要的達到的封堵效果來確定。

c.一般鉆桿單根長度2m，深孔鉆孔通過多根鉆桿絲扣套接達到要求。WSS注漿基于后退式注漿的原理，注漿過程中每根鉆桿要拆卸，為防止由于鉆桿拆卸過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漿液進行二重管混合器端頭的臨時封堵。注漿量一般控制在0.1m3以內。

d.二重管混合器位置距離止漿墻斷面3m時，采用WSS漿液進行封孔注漿，注漿量以填充鉆孔孔洞為準。

注漿過程中結合地下水、注漿壓力等施工情況，交替注入B液/C液、A液/B液，最終達到注漿效果。

2.3 監控量測

注漿過程中，地表沉降觀測、洞內收斂和沉降觀測是指導注漿量和注漿壓力的關鍵標準，監測數據指導注漿孔位布置間距、鉆孔方向、注漿壓力、注漿量等所有參數，在地鐵施工淺埋暗挖隧道，尤其本項目暗挖隧道下穿國鐵站場施工中更加突出。控制標準為沉降-10mm，隆起0mm。

2.4 終孔

因為注漿加固圍巖形成的止漿墻質量影響因素較多，上循環掘進結束位置以參考止漿墻里程為主要依據，本次循環注漿會成為注漿的薄弱部位。終孔檢查是對本孔位（本循環）止漿墻的一項檢查。可作為調整下次止漿墻注漿參數調整的依據。觀察終孔后WSS漿液封堵效果是否滿足止漿墻附近降低壓力后的止水效果，如果有少量水滲水，相鄰孔位需適當增加注漿量。掌子面的變形是否影響到作業的安全。依據變形程度，適當調整止漿墻附近注漿壓力和注漿量。

2.5 注漿效果檢查

循環注漿結束后，對掌子面加固圍巖取芯進行含水率檢測、無側限抗壓強度檢測，檢測結果要求為無側限抗壓強度達到0.6Mpa，滲透系數≤10-6cm/s，實測結果為無側限抗壓強度達到0.87Mpa，平均滲透系數≤7.1×10-8cm/s，滿足注漿加固設計要求，進行隧道掘進施工。

3 質量控制要點

3.1 鉆孔

鉆孔弧線效應數據取決于圍巖強度、圍巖整體性、圍巖介質的均勻狀況、孔口位置止漿墻的強度等。鉆孔長度越長，弧形成孔效應越明顯，依據本項目黃土地層圍巖總體介質較均勻、孔口封端止漿墻為30cm厚C25噴射混凝土、鉆孔長度25m的特點，弧形因素會造成鉆孔末端下垂20～40cm，所以，鉆機定位時按照2°執行。

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時間。水玻璃溶液+WSS專用稀釋液固結封堵效果取決于混合液固結時間。二重管外管為水泥漿通道，采用受潮固結的水泥極易引起通道堵塞，影響注漿效果。

3.3 沉降觀測、注漿壓力及注漿量

圍巖注漿對于需要同時滿足控制沉降、止水和加固要求的情況下，注漿壓力和注漿量不能單獨強調孰重孰輕，一般意義來講，注漿壓力大小能夠反映出圍巖加固后的密實程度，注漿量則反映漿液擴散止水的范圍大小，地表及隧道內沉降控制則同時對于上述二者同時具備前提約束。必須進行試驗，在三者之間取得合理的參數。

3.4 設備維保

由于注漿屬于帶水作業，設備工作環境處于洞內潮濕環境。基于上述原因，鉆機、鉆桿、注漿機、攪拌機日常維護圍繞防水、防潮作為重點。WSS注漿管結構為二重管，單節長度2m，絲扣連接至要求長度。二重管維護、清理對注漿堵管的影響因素非常突出。每次注漿結束后必須對鉆桿進料通道進行疏通清洗，可防止粘結在管壁的漿液固結體脫落后造成注漿壓力異常、堵管等狀況。絲扣連接時，為防止兩種漿液通過絲扣間隙相互滲漏，必須采用生料帶纏裹絲頭，纏裹絲頭時必須將生料帶裹緊，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造成堵管。

4 總結

西安地鐵四號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，累計沉降量不大于15mm，每天對站場內設施進行監測，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行暗挖地段注漿加固處理;注漿前封閉開挖工作面進行全斷面注漿加固，加固后的開挖面土體無側限抗壓強度達到0.6MPa，周邊土體加固區達到1.2MPa，滲透系數≤10-6cm/sec。結果表明，采用的注漿方式較好地改善了車站暗挖開挖范圍內的土層性質，阻斷了外部水源補給，注漿加固、止水效果明顯，達到了預期安全目標。

參考文獻：

[1]張永成.注漿技術[M].北京：煤炭工業出版社，2012.

[2]付延強.梁寶寺煤礦主井壁后注漿堵水技術研究[J].山東煤炭科技，2008（2）：86-88.

[3]胡畔.地鐵車站深孔帷幕注漿止水施工技術[J].設備管理與維修，2019（7）.

[4]李鵬毅.超前帷幕注漿技術在隧道施工中的應用[J].建筑技術開發，2019，46（1）.

[5]徐贊.二重管無收縮雙液注漿WSS工法在富水圓礫地層區間聯絡通道加固中的應用[J].現代城市軌道交通，2019（10）：38-43.

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