WSS工法注浆加固在暗挖隧道软流塑地层中的运用

摘要：结合南京宁高城轨南禄段矿山法单线隧道进洞口在软流塑段的开挖施工，介绍采用二重管无收缩双液WSS注浆工法对隧道洞身上半部分软流塑地层加固处理技术，为隧道开挖过程中采用WSS工法注浆在洞内加固提供了参考经验。

关键词：软流塑地层；WSS工法；注浆；加固

中图分类号：U45 文献标识码： A

1 工程概况

南京宁高城轨南禄段起于高铁南京南站，止于禄口机场。其5A号竖井~5号竖井区间矿山法单线隧道位于南京市雨花台区农花村经济适用房小区东侧，线路大致为东西走向，从5A号竖井出发沿地方规划道路站北一路穿行，止于5号竖井。单线隧道软流塑地层段根据设计，断面设计为双层小导管超前支护，初期支护为30cm厚C25喷混凝土、钢筋网、R25注浆锚杆和格栅钢架，采用短台阶开挖方法。二次衬砌采用整体模板台车施工。

2 地质情况

5A号竖井～5号竖井区间单线隧道在5A号竖井进洞口拱顶覆盖②-1b2-3粉质粘土厚度在6～11米左右。5A号竖井进洞口洞身上半断面位于②-3b3软塑状粉质粘土层，纵向延伸长度约68.3m，厚度0～3.42m，软塑层下有20～50cm厚③-4e含水砂层，洞身下半部位于J1-2x-2c强风化泥质粉细砂岩中。该泥质粉细砂岩遇水易软化，强度降低。该段落隧道软塑状粘土层围岩划定为VI级围岩，具体地质情况见5A竖井单线隧道进口段地质剖面图1。

图15A竖井单线隧道进口段地质剖面图

根据竖井开挖至洞口露出上半断面后，现场实际查看，②-3b3软塑状粉质粘土层含水量较大。洞身开挖至软塑层处，③-4e砂层明显有渗水，掌子面含水量较大。洞身上台阶开挖后来不及支护软塑层直接塌落，掌子面预留核心土软塑层被迫向洞外挤压。

3 工程特点、重难点

3.1 工程特点

1）本区间单线隧道所处地质条件较差。隧道洞身上半部分处于软流塑层，地层交界处砂层含水量较大，有水流出。受周边环境限制，此层间水由降水井疏干较困难，洞内泥质粉砂岩遇水软化，带水作业难度较大。

2）隧道洞顶地面上有构筑物，开挖时沉降控制要求较严。现场受场地狭小条件影响，隧道出土临时堆土区设在洞顶，提升设备门架系统立柱也在其上方，土方外运施工便道相应在隧道洞顶。

3.2 工程重难点

1）重点在于保证施工顺利通过软流塑段隧道开挖，施工期间既要保障洞内施工安全，又要保证洞顶提升设备安全、地面不塌陷和地面交通正常。

2）难点在于控制地表沉降，保证地面门吊基础安全。根据设计要求，门吊基础不均匀沉降不超15mm，地表沉降不超30mm。要在这样一个地质条件（软流塑层）较差，有地下水作用地层里施工，保证顺利穿越该段落，难度相当大。

4 方案选择

针对5A号竖井～5号竖井区间单线隧道软流塑段实际地质条件，原设计（双层小导管）超前支护措施满足不了现场开挖安全环境，因此为了施工安全和控制地表沉降，开挖作业前需要对掌子面软流塑土层进一步超前加固。经请专家讨论研究，结合现场实际情况，合理优化方案，采用WSS工法注浆超前加固措施，在洞内进行水平发散注浆加固方式。

土层注浆的目的包括堵水和加固两方面，我们咨询南京地铁相关专家意见，借鉴国外先进技术，采用二重管无收缩双液浆WSS工法注浆技术对软流塑进行加固和止水。

1）二重管无收缩双液注浆技术原理

二重管无收缩双液WSS注浆技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆。

主要原理是:注浆时,浆液在不改变地层组成的情况下,将土层颗粒间存在的水强迫挤出,使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结,形成劈裂式注浆,达到改良土层性状的目的。

其注浆特性是使该土层粘结力(c)、内磨擦角(φ)值增大,从而使地层粘结强度及密实度增加,起到加固作用;颗粒间隙中充满固结的浆液后,使土层透水性降低,形成隔水层。无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料,固结硬化时间可根据实际需要进行调整。

2）无收缩注浆液特点

浆液有两种，即A液和B液（或C液〕。两种浆液通过二重管端头的浆液混合器充分混合。采用定量，定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，改变了岩土层的性状。具体特点如下：

（1）固结硬化时间易调整,硬化时间长的浆液也具有很高强度。

（2）渗透性良好,对于粉质黏土很适合，特别是对微细砂层的渗透性优佳。

（3）地层中有流动水的情况下也具有很强的固结与止水性能。

（4）浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据需要任意调整。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，并可以复合注入施工。

（5）浆液不流失、固结后不收缩,硬化剂无毒,不会造成污染。

5 二重管无收缩双液注浆技术的工艺流程及现场实施

5.1 工艺流程

1）工艺流程如下图2：

图2WSS工法注浆工艺流程图

2）工艺要求

定孔位:对准孔位,不同入射角度钻进，要求孔位偏差为±5cm，入射角度偏差不大于5°。根据浆液在土层内渗透情况,确定注浆孔的间距,一般情况下0.8m～1.2m的间距即可保证渗透效果。

钻机就位：指定位置就位，调整钻杆的角度。对准后，钻机不得移位，也不得随意起降。钻进成孔：要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。

回抽钻杆注浆：在进行注浆的时候边注浆边根据压力与注浆量的变化回抽钻杆，严格控制回抽幅度，一般每步不大于15～20cm，匀速回抽。注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力要严格控制在0.5～1.0MPa。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

5.2 现场实施

1）注浆加固处理方案及分析

本工程主要以改变土层性状为目的，使隧道周围土层增加抗压及粘结强度，同时能止水。隔水。隧道掘进时，加固后的土层在拱顶足以承受上部荷载，拱侧墙足以抵抗侧压力。采用二重管无收缩双液注浆技术，在洞内对洞身上半断面扇形注浆，使开挖面轮廓外软流塑土层成为具有一定抗压强度和支承保护效果，能止水、能隔水的固结土体。

2）二重管无收缩双液注浆加固

a、注浆范围：拱顶和两侧加固区在开挖轮廓3m以外，底部加固区延伸至强风化岩层。见注浆加固断面图3。

图3 注浆加固断面图

b、止浆墙施工：首次注浆前在掌子面设置止浆墙。止浆墙采用挂网喷混凝土封堵，设置8道I20b横支撑，厚度30cm。为确保注浆效果，全断面（上下台阶）均挂网喷混凝土封堵，台阶上直接利用临时仰拱封堵。以后每开挖施工后预留2m长度已加固区作为下一循环注浆止浆墙。

c、注浆孔布置及钻孔深度：注浆孔呈梅花状布置，孔距为0.8m～1.2m。根据设备性能、线路坡度等实际情况，每环钻孔深度为6m。每次钻孔和注浆均要搭设作业平台。

d、浆液配置：经现场多次试配，得出适合软流塑加固浆液配比，水泥浆水灰比为1.75：1，水泥浆与稀释后的水玻璃体积比为1：1。每立方使用425#普通硅酸盐水泥200kg，42波美度水玻璃337.5kg，清水600kg。水玻璃使用前稀释至50%。将配制拌和好的水玻璃和水泥浆分别送入贮浆桶内备用。

e、注浆压力控制：一般压力控制在0.5～1.0MPa，在目标点注浆一段时间后，压力上升到1 MPa以上时，将钻杆（注浆管）回抽20～30 cm后，再进行注浆，以后依次循环。

f、施工纪录、检查和监测：由专人负责每道工序的操作记录。注浆全过程要加强施工检查和监测，防止地面出水溢浆。须监测掌子面支护体系凸起位移、拱顶地面隆起和沉降。

g、注浆效果检查：加固后，施工地段地面明显隆起，从开挖的现场情况看，24h小时后掌子面无水渗出，上层性状明显改善，结石体分布均匀，使隧道周围土体抗压及粘结强度大大增强，达到了预期的加固、止水目的。在掘进施工中人工风镐难以挖除，须使用PC60挖机。具体效果见图4。

图4软流塑WSS工法注浆加固后照片

3）现场注浆施工中主要安全注意事项

（1）钻机、注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路、压力表、流量计完好。

（2）每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定压力位置。

（3）安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保连接完好。

（4）作业平台搭设要牢固，搭设宽度须满足钻孔、注浆需要。

（5）注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止注浆眼或阀门破裂伤人。

（6）注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、口罩和手套等劳保用品,防止浆液侵害皮肤。

6 结束语

工程实践证明：二重管无收缩双液WSS工法注浆技术很适用于软流塑层不良地质条件下的注浆工程，尤其对地面加固处理方法解决不了的高难度工程更显示了极大的优越性。随着地铁建设事业的进一步发展，WSS工法注浆技术将得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]詹浩伟 杨党校.WSS工法注浆技术及其应用.科技创业月刊,2009(05).