磷酸 -水玻璃双液帷幕注浆在粉砂层中加固土体的应用

摘要：文章结合工程实例论述了磷酸－水玻璃双液帷幕注浆的设计要点、施工工艺及地层超前加固效果。

关键词：磷酸－水玻璃双液浆、帷幕注浆、粉砂层、施工工艺

Abstract: the article discusses the phosphoric acid with an engineering example water curtain grouting fluid double the main points of design, construction technology and formation leading reinforcement effect.

Keywords: phosphoric acid sodium silicate-liquid, the curtain grouting double, powder sand layer, the construction technology

中图分类号： U215.14文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

郑州市轨道交通1号线一期工程土建施工06标段站后区间隧道暗挖段（RDK0+250.000～RDK0+456.500）为暗挖双线单洞马蹄型断面结构隧道，隧道断面尺寸（高×宽）为6700×6500mm，超前支护采用帷幕注浆和注浆小导管支护形式，隧道穿该路段采用浅埋暗挖CRD法施工；结构底埋深约12.10～14.40m，覆土厚度5.7～7.7m。土体渗透系数大，干强度低，摇振反应迅速，所以在隧道开挖之前需对土体进行帷幕注浆超前加固，改善土体稳定性，避免在开挖过程中土体产生沉降及土体坍塌现象

2地质情况

本区间位属黄河冲积泛滥平原地貌单元，根据勘察报告显示，本工程隧道所处地层主要在第(7-1)层粉质粘土，第(8)层粉砂，第(16)层细砂及少部分第(9)层粉质粘土，结构拱顶土层为第（2）层粉土、第(7-1)层粉质粘土。

3帷幕注浆设计

3.1磷酸－水玻璃双液帷幕注浆作用机理

磷酸－水玻璃双液浆对粉细砂层有较好固结止水效果，且浆液渗透能力强，固结速度快，整体稳定性较好，通过注浆加固形成一道有效的帷幕之水固结带。双液注浆对土体的补强加固效应可视为由渗透、扩散、填充和挤密四部分组成。在注浆开始时，浆液总是先充填较大的空隙，然后在一定的压力下深入土体。渗入性为主的注浆，主要影响因素是土体粒径，当粒径比值N=D15/G85≥15时，才能获得良好的渗透效果。

3.2注浆方式

注浆采用渗透式注浆方式

3.3浆液配置

根据本工程特点，浆液配制以磷酸、水玻璃为主要制浆原料，水玻璃40Be’（ρ=1.38 g/cm3），85%磷酸（弱酸，ρ=1.7 g/cm3）；注浆前先将水玻璃与水1:1稀释成水玻璃溶液，磷酸与水1:10稀释成磷酸溶液，然后两种溶液以1:1的比例进行土体加固注浆。

3.4 注浆量的计算原则

由于浆液的扩散半径与砂层孔隙很难精密确定，根据本线有关隧道工程地质、水文条件和注浆方式及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算。

注浆量的估算公式按下式进行：

Q=Anα(1+β)(3.5-1)

式中：Q—总注浆量，m3；

A—注浆范围体积，m3；

n—孔隙率，%；

α—浆液填充系数（0.7-0.9）；

β—注浆材料损耗系数。

3.5注浆压力的选定

注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量以及是否经济。因此，正确确定注浆压力和合理运用注浆压力有着重要的意义。

注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。通常情况下按如下经验式计算：

①按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即

(2-3)P’＜P＜(3-5)P’(3.6-1)

式中：P—设计注浆压力（终压值）（Mpa）；

P’—注浆处静水压力（Mpa）。

②根据注浆处地层深度计算

P=KH (3.6-2)

式中：P—设计注浆压力（终压值）（Mpa）；

H—注浆处深度（m）；

K—由注浆深度确定的压力系数。

4施工工艺要求

4.1施工工艺流程

施工准备测量定位孔安设导向架钻机就位钻进成孔浆液配制注浆施工效果检查进入下一孔注浆。

4.2测量定孔位

在开挖掌子面上由测量人员放出隧道开挖轮廓线，按设计要求在开挖范围内画出钻孔的位置，要求孔位偏差为±30mm，入射角度偏差不大于1°。

4.3钻进成孔

1、钻机按指定位置就位，架设导向架，精确调整导向架。钻孔因中细砂层，圆砾层成孔难度大，所以采用MK-5型水平地质带导水头钻机对准孔位，调整钻杆的垂直度，不同入射角度钻进。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

2、偏斜修正：钻孔中和压入钢管时的偏斜，可由每隔3m测定的钻孔偏斜而知，钻孔偏斜过大时，采用特殊钻头等方法进行修正。如：向下偏斜，在偏斜部分填充水泥砂浆，等水泥砂浆凝固后再从偏移开始处继续钻进；向上偏斜，采用特殊合金钻头进行再次钻进。

4.4注浆过程的控制

1、磷酸，水玻璃应严格按照要求稀释至配比浓度。配好的两种浆液要取适量的两种溶液测定凝结时间。

2、为保证注浆泵正常运转，注浆前必须先进行试验。试验方法是先将三通阀门调到回浆位置，开泵后，待泵吸水正常时，将三通阀回浆口慢慢调小，注浆泵的压力徐徐上升，当达到预定的注浆压力，并持续3min不出故障，即认为泵的性能正常。

3、 采用“分级升压法”进行注浆压力控制，开始注浆时，不宜将压力值升到规定的最大数值，而应由低到高逐渐提高；注浆时，采用间歇式注浆方式，间歇时间视浆液的胶凝时间而定，稍短于浆液胶凝时间。

4、根据暗挖试掘进段的实际注浆效果调整注浆压力，采取注浆量与注浆压力作为双控标准，当注浆压力达到注浆终压，注浆量达到设定值的85%以上时，可结束该孔注浆,或注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，亦可结束该孔注浆。

4.5处理注浆中所发生的异常问题

1、注浆压力突然升高，应停止注入磷酸水玻璃溶液，改注入清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆。

2、当进浆量很大，压力长时间不升高，发生跑浆时，应用棉丝封堵，并调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在砂层较快凝胶；也可间歇性注浆，但停注时间不能超过浆液的凝胶时间，当须停较长时间，则需使用清水冲洗管路，防止堵塞管路。

5、结束语

从注浆效果分析，磷酸—水玻璃双浆液能够满足帷幕注浆要求，即扩散半径为2.0～2.4m，设计要求为2.0m，渗透系数为5.69×10-7cm/s，满足设计要求，无侧限抗压强度值为0.32MPa，满足设计要求的0.3MPa～0.5MPa，胶凝时间也能满足施工进度的要求，同时通过现场注浆试验，亦能满足施工的要求。