上软下硬复合地层中地面加固施工技术

何晟旸

[摘要]通过对深圳地铁7号线7301-1标珠龙区间换刀点加固施工案例，介绍了无收缩注浆技术（WSS工法）的原理、技术参数和质量保证措施。实践证明，采用WSS工法进行注浆加固，效果明显，达到了预期质量目标。

[关键词]WSS注浆加固上软下硬地层富水砂层

中图分类号：TU74文献标识码： A

1 概述

针对目前深圳地铁7号线7301-1标珠龙区间隧道拱部砂层、孤石群和长距离基岩段，掘进过程中需要开仓检查刀具磨损情况。根据地质情况预设了多处的换刀点，但是掘进过程中出现了未到换刀加固区被迫停机。为确保安全、顺利开仓换刀，需要对掌子面及其附近土体进行有效注浆加固。

本文结合珠龙区间左线掘进454环时出现异常被迫停机。在ZDK5+034.6～ZDK5+039.6段进行换刀加固区加固施工，分析WSS注浆加固技术在富水复合地层的应用。

2.工程概况

珠光站～龙井站盾构区间位于深圳市南山区，此区间自出珠光站后，沿龙珠大道由西向东行进，途中穿越平南铁路桥、南坪快速路桥后，直到龙井站。左线起讫点里程分别为ZDK4+364.825和ZDK5+670.461，区间长为1315.549m。

已经初步勘察情况左右线侵入隧道的孤石共36处，其中左线17处（其中需要预处理的15处），右线19处（其中需要预处理的17处），且左线与右线均有孤石群出现；基岩侵入隧道段左右线共计730m，其中左线338m（150m基岩侵入隧道高度超过隧道中心线），右线392m（127m基岩侵入隧道高度超过隧道中心线）。

3.地面注浆加固

3.1 WSS注浆工法原理

3.1.1WSS注浆工法原理

无收缩（WSS）双液注浆技术是采用二重管坑道钻机钻孔至预定深度后注浆。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。注浆时通过对注浆段实施定向、定量和定压注浆，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。

3.1.2WSS定向旋喷工法的特点

（1）在喷浆的过程中，喷浆管不回转，不会发生浆液溢流现象，并且对土层具有很强的渗透性，喷入范围可人为控制；

（2）在二重管的端头设置的浆液混合器中，A、B（C）无收缩浆液可以完全地混合，均匀的喷入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且以实行复合喷入施工；

（3）被混合的将液，加压后可以在水平方向进行喷浆；

（4）施工从钻孔到喷浆完毕，可以连续进行；

（5）喷入材料从水玻璃到二氧化硅等胶状体几乎全部可以使用；

（6）对于任何土层都可以进行喷射。

3.2方案设计

WSS工法注浆工艺适用于复杂的富水复合地层，能够将不同情况的地层填充密实，改变原土体的物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度和抗渗性能。

该段隧道埋深为10.82～16.82m。自上而下地质情况描述：0～3.7m为素填土，3.7～5.6m为细砂，5.6～9.2m为中砂，9.1～9.2m为孤石，9.2～13.5m为砂质、砾质黏性土，13.5～14.3m为孤石，14.3m以下为全、强、中、微风化花岗岩。采用坑道钻机进行深孔注浆（无收缩双液注浆改良土体工法，即WSS工法）加固。先用A、B液（水玻璃+磷酸）后退式注浆进行土体排水，提高土体的抗渗性，再用A、C液（水玻璃+水泥浆）后退式注浆进行土体固结，改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度，最终使软弱的土层(主要为砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的土体，以便于开仓检查、更换刀具。

3.3 施工方法

3.3.1注浆平面范围与注浆孔位布置

加固体范围为隧道掘进方向长5m，宽9m；注浆孔位布置为四周密排布孔位，间距0.85 m～0.9m，中心部分孔位布置原则上间距1m，梅花形布置，共计66孔。其中第2排孔位于刀盘切口环后边0.28m。具体注浆孔位布置如图1所示。

3.3.2注浆量与注浆压力控制

（1）注浆量

①根据计算公式确定注浆量

由于浆液的扩散半径与土孔隙很难精密确定，根据该区段隧道工程地质、水文条件和注浆效果以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

式中：Q----注浆量（m3）；

A----注浆范围体积（m3），按扩散半径2m计算（该段地层软弱，且经过扰动）；

n----孔隙率，砂层取40%，砂质、砾质黏性土取30%，全强风化花岗岩取25%；

α----浆液填充率，砂土层取50%，砂质、砾质黏性土取40%，全强风化花岗岩取30%；

综合以上公式，每孔的注浆量如表1所示。

表1 每孔注浆量（每延米）

排号

深度 第1排 第2排 第3排 第4排 第5排 第6排

6m～9.5m（砂层） 2.6m³ 3.0m³ 3.0m³ 3.0m³ 2.6m³ 2.6m³

9.5m～13.5m（砂质、砾质黏性土） 2.0m³ 2.6m³ 2.6m³ 2.6m³ 2.0m³ 2.0m³

13.5m～16.0m（全强风化花岗岩） 1.6m³ 2.0m³ 2.0m³ 2.0m³ 1.6m³ 1.6m³

（2）注浆压力

根据地层性质，地层水土压力，盾构机刀盘主轴承密封性能对注浆压力计算，注浆压力暂定为0.3MPa～0.35MPa。注浆期间采用注浆压力和注浆量双重控制，即注浆量达到设计值或注浆压力达到设计值，可停止注浆。

（3）注浆施工

注浆孔开孔直径不小于73mm，严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。注浆过程中，边注浆边提钻杆，严格控制提升幅度，每步为0.3～0.4m，匀速回抽，注意注浆参数变化，当注浆量或注浆压力达到设计值后继续进行提杆。

4 注浆效果检测

（1）施工前检查

在施工前对原材料、机械设备及注浆工艺等进行检查，主要有以下几方面：①原材料的质量合格证及复验报告，拌和用水的鉴定结果；每批水泥进场必须出具合格证明，并按每批次现场抽样外检，合格后才能投入使用。②浆液配合比是否合适工程实际土质条件；③机械设备是否正常，在施工前应对钻机、注浆机等设备进行检查，确保其运转正常。

（2）施工中检查

施工中重点检查内容有：①钻杆的垂直度及钻头定位；②A液、B液、C液的配比符合地层条件；③注浆速度、注浆压力、注浆量符合设计要求；④钻杆提升速度符合设计要求；⑤根据地质条件的变化情况及时调整施工工艺参数，以确保桩的施工质量。调整参数前应及时向业主、监理、设计部门报告，经同意后调整。

（3）施工后主要对加固土体进行检查，在已施工好的加固体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度，及其抗渗能力。

5 结论

通过珠龙区间左线在施工过程中被迫无规律的停机状况，采用无收缩（WSS）双液注浆技术提高了注浆效率、保证了注浆效果。目前珠龙区间左、右线都进入上软下硬复合地层，提前筹备的换刀加固点会出现未到被迫停机现象，就需要进行此种方法随时进行地表换刀点加固。

综上所述，无收缩（WSS）双液注浆技术具有改良土层性状、增加地层粘结强度及密实度，降低土层透水性，能形成相对隔水层等特点，可在富水、自稳性差的地层中应用。

参考文献：

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［2］竺维彬，鞠世健．复合地层中的盾构施工技术［M］．北京:中国科学技术出版社，2006．

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［4］张恒，陈寿根，邓稀肥．盾构掘进参数对地表沉降的影响分析［J］．现代隧道技术，2010，47(5):48 - 53．