浅析WSS 工法注浆技术在地铁联络通道加固中的应用

■刘洪妃 ■中铁十一局集团城市轨道工程有限公司，湖北 武汉 430074

1 WSS 工法注浆技术在国内地铁中的应用

联络通道作为地铁隧道重要的附属设施，联通左右两条隧道，在地铁正常运营过程中发挥其不可或缺的重要作用。在软土地基中运用矿山法施工联络通道，必须先对开挖土体进行加固处理，目前国内较为常见的联络通道加固方式主要有:旋喷桩加固、“旋喷桩+搅拌桩”加固和冷冻法加固等方式。经多年工程实践，这些传统的加固方式都取得了成功的经验，并总结出行之有效的工艺。受加固条件、工期等因素影响，这些方法各有其特点和适用范围。

最近几年，我国借鉴国外先进技术，出现了WSS 工法注浆技术，为联络通道加固增添了新的方法，在工程实践的应用中取得了良好的效果和发展前景。尤其在砂层、圆砾等透水地层及地质条件复杂的地层中注浆止水较上述其他工法效果明显，目前WSS 工法注浆已应用于广州、深圳、杭州等富水砂砾层地区的地铁施工中，并在其他城市中逐步推广，本文主要阐述盾构区间联络通道开挖过程中出现涌水涌砂情况，首次在昆明地铁采用WSS 工法注浆对联络通道进行补强加固，希望为昆明地区土体加固施工技术提供有价值可借鉴经验。

2 工程概况

昆明地铁2 号线【金安小区站～北辰小区站】盾构区间地处昆明市盘龙区，区间位于盘龙江与金汁河之间，并与之基本平行，西侧距盘龙江约380m，东侧距金汁河约450m，均有水力联系。区间设计起点里程为DK4 +803.514，区间设计终点里程为DK5 +853.014，全长1049.5 双线延米。

图2-1 联络通道地质剖面图

【金安小区站～北辰小区站】盾构区间联络通道设置在区间里程DK5+371.464 处，并与废水泵房合建，采用矿山法施工，矿山法施工前采用地面旋喷桩进行加固土体。联络通道(兼泵房)长度7.8m、最大开挖宽度3.8m、最大开挖高度7.35m。

联络通道(兼泵房)埋深18.81m，拱顶土层从上至下主要有:填土层、粉质粘土层、粉土层、淤泥质粘土层，联络通道及泵房范围内主要土层有:粉土层和圆砾土层，其中粉土层和圆砾土层属于透水层，具有微承压性，地下水埋深在地面以下6 米处。地质剖面图见附图2 -1。

3 涌水涌砂情况介绍

联络通道及泵房旋喷加固完成后采用矿山法施工联络通道及泵房，联络通道上台阶开挖、初衬完成，下台阶开挖进洞段0～0.5m 时，从联络通道下台阶底部与管片接缝部位，突然涌出大量地下水，水中含有大量粉砂(见附图3 -1)，通过现场采用混凝土反压回填、封闭联络通道，以及管片开孔泄水等措施(见附图3 -2)，联络通道涌砂得到控制，涌水控制在通过泄水管集中排放，为后续注浆堵水提供了条件，由于联络通道及时封闭，未出现坍塌等安全事故，经专家现场研究和分析，联络通道再次开挖具有较大风险，需对金北区间联络通道进行补充加固。

图3-1 通道下台阶涌水涌砂照片

图3-2 通道封闭后泄水照片

4 补充加固方案选择

【金安小区站～北辰小区站】盾构区间联络通道位于昆明市盘龙区北京路下方，周边建筑较多且距离隧道较近，地面北京路交通流量大，一旦联络通道开挖出现坍塌事故，将会对周边建筑、地面交通带来很大安全隐患，因此联络通道补充加固方式直接关系到本工程的成与败。我们以旋喷桩加固、“旋喷桩+搅拌桩”加固、冷冻法加固和WSS 工法注浆加固的特点，并结合现场实际情况对联络通道补充加固方式进行了比选:

旋喷桩加固或“旋喷桩+搅拌桩”加固:①由于金北区间联络通道地处盘龙江和金汁河之间，均有水力联系，且联络通道及泵房范围内地层以粉土层、圆砾土层为主，地层属于透水层，地下水具有微承压性，旋喷桩在这种地层中成桩效果不太好;②北京路已恢复交通，再次围挡进行旋喷加固会对北京路交通造成较大影响，市民难以接受;③金北区间采用盾构法施工，隧道管片已成型，旋喷桩、搅拌桩达不到全范围加固。

冷冻法加固:①冷冻法加固周期长，若采用冷冻法补充加固，将会对联络通道施工工期造成很大影响。

WSS 工法注浆加固:①浆液由A 液(水玻璃溶液)、B 液(水泥浆+化学剂)和C 液(化学剂)组成，浆液对土层有很强的渗透性，通过对浆液的组成、配比和注浆压力的控制，可调整浆液强度、凝固时间和渗透性能，特别适用于本工程这种透水、富水地层;②钻机、注浆设备体型较小，移动方便，可在隧道内注浆;③注浆管路设置在钻机钻杆中，浆液在钻杆头部汇合，钻机可以360°旋转，能根据现场条件选择垂直注浆和斜孔注浆，能确保全范围加固;④浆液不流失、凝固后不收缩，外加剂无毒，对地下水不会造成污染;⑤注浆材料主要是水泥、水玻璃等一般材料，来源广泛。

通过对以上几种加固方式的比选，最后采取WSS 工法注浆对金北盾构区间联络通道进行补充加固。

5 WSS 工法注浆技术

5.1 注浆加固范围

联络通道及泵房范围内地层以粉砂层和圆砾土层为主，联络通道涌水涌砂之前上台阶已开挖完成，且未出现漏水情况，因此联络通道及泵房加固分两步施工:

第一步:加固联络通道下台阶，采用“水平加固+斜孔加固”的方式法加固。具体加固范围是:深度方向从联络通道底板以上2m 至底板以下1m、宽度方向是左右线隧道之间、长度方向是联络通道前后各3m。注浆孔按0.6m* 0.6m 的间距布置，水平方向布置4 排，竖向布置16列，具体见附图5 -1、5 -2，为确保联络通道与管片之间缝隙的加固效果，联络通道与管片缝隙的底部采用斜孔注浆加固。

第二步:联络通道开挖、支护完成后加固泵房，采用“垂直加固+斜孔加固”的方式加固。具体加固范围是:通道底板以下0.5m(确保搭接0.5m)至泵房底部2m 处。注浆孔按0.6m* 0.6m 的间距布置，具体见附图5 -3，外周注浆孔往泵房外倾斜10°。

图5-1 联络通道加固横剖面图

图5-2 联络通道加固纵剖面图

图5-3 泵房加固平面图

5.2 注浆材料

WSS 注浆浆液由A 液(水玻璃溶液)、B 液(水泥浆+化学剂)和C液(化学剂)组成。WSS 注浆材料及浆液配比见表1 所示。

WSS 注浆可以有两种方式，即:A 液(水玻璃溶液)+C 液(化学剂)注浆和A 液(水玻璃溶液)和B 液(水泥浆+化学剂)，A 液(水玻璃溶液)和C 液(化学剂)混合后凝固时间仅为2～3 秒时间，A 液(水玻璃溶液)和B 液(水泥浆+化学剂)混合后凝固时间为12 秒左右。

当注浆加固钻孔内返水量较大时，可通过先注入A 液和C 液进行止水堵漏，但是A 液和C 液凝固后的强度不够高，止水堵漏完成后可通过注入A 液和B 液进行补充加固，当地层地质条件较好时，可只注入A液和B 液，同样可以达到很好的注浆效果。

表5-1 WSS 注浆材料及浆液配比表

5.3 注浆工艺流程

WSS 工法注浆主要施工流程为:定孔位→钻机就位→成孔→提升钻具并注浆，注浆工艺流程见附图5 -4。

(1)定孔位。根据设计要求，测量人员对WSS 注浆孔位进行放样。

(2)钻机就位。对准孔位，根据设计要求调整钻杆角度，要求孔位偏差为±2cm，入射角度偏差不大于1°，钻机就位后，不得移动。

(3)成孔。钻机就位后，慢速钻孔，了解地层对钻机的影响，以确定地层钻进参数。钻孔时密切关注钻进尺寸，注意钻孔漏水情况，出现异常情况立即停机，查找及分析原因，必要时采取注浆封堵涌水。钻孔钻至设计深度后，对孔口进行封堵，防止注浆时孔口返浆。

图5-4 注浆工艺流程图

(4)注浆。WSS 采取分段注浆，每步注浆长度以20cm 为宜，注浆过程中严格控制注浆压力，注浆压力达到设计终压后，匀速回抽进行下一段注浆，注浆终压为0.3MPa。WSS 注浆见附图5 -4。

图5-4 注浆工艺示意图

(5)钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隙隔施工。

5.4 注浆注意事项

(1)密切观察钻进尺度及溢水出水情况，出现涌水时，立即停钻，先行注浆止水，再分析原因。确认止水效果后，方可继续钻孔。

(2)注浆加固前采用临时型钢支撑对联络通道前后各10 环管片支撑加固，注浆过程中严格控制注浆终压(0.3MPa)，防止注浆压力过大对成型管片结构造成影响，加固过程中需安排专人巡查。

(3)严格按照施工设计图布孔并进行复核，钻头点位误差≤20mm，钻杆角度误差≤1 度，特别是斜孔加固钻孔过程中密切注意钻杆角度偏差，及时纠正，确保斜孔加固效果。

(4)联络通道及泵房加固分两次加固，两次加固接缝处必须搭接至少0.5m，确保接缝处加固效果。

5.5 注浆加固效果

金北盾构区间联络通道通过WSS 工法注浆有效解决了联络通道涌水涌砂的问题，在后续二次开挖过程中未出现任何漏水情况。WSS注浆加固效果见附图5 -5。

图5-5 注浆加固效果图

6 监控量测

为确保WSS 注浆不对周边建筑、地面交通以及成型管片造成影响，加固过程中要做好监测，主要监测内容包括有:地面沉降、建(构)筑物监测、隧道管片监测、联络通道监测等。

6.1 地面沉降、建(构)筑物监测

在联络通道附近20m 范围内，对地表沉降、周边建(构)筑物进行沉降监测，联络通道中心线的地面隆起和沉降量应控制在+10～-30mm 以内。

(1)地面沉降:在联络通道轴线上，沿中心线每5m 布置一沉降监测点，每10m 设一监测断面，监测断面以通道轴线为中心向两侧2m、4m、7m、11m、15m、20m 各布置一沉降监测点。

(2)周边建(构)筑物:在距离联络通道20m 范围内的建筑物上布点，每栋建筑物布点数不少于3 个。

沉降监测频率在注浆期间每天监测1 次，遇特殊情况应适当增加监测次数。地表沉降日变量报警值±3mm。

6.2 隧道管片监测

对联络通道两侧各20m 范围内，隧道内的水平及垂直方向的收敛变形、沉降变形、防水渗漏进行监测。收敛变形和沉降变形测点每1 环布设，监测频率在注浆期间每天监测1 次，遇特殊情况应适当增加监测次数。隧道内沉降监测日变量报警值± 3mm、累计变量报警值±10mm。

6.3 联络通道监测

联络通道在开挖、初衬喷射混凝土和二衬时进行洞内拱顶下沉、收敛变形、底部隆起监测。共设3 个断面，联络通道内均匀对称布设，监测频率从开挖到二衬浇筑完成1 次/天，之后2 天一次，直到数据收敛。隧道内沉降监测日变量报警值±3mm、累计变量报警值±10mm。

7 结束语

WSS 注浆技术不仅适用于软弱地层和不良地质条件下复杂土层的注浆工程，在处理一些紧急涌水、涌沙的抢险工程更显示其快速凝结以及适用各种环境便于操作的优越性。尤其对其它地基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 注浆技术将得到更加广泛的应用，本文通过对已出现涌水涌砂联络通道进行WSS 工法补充加固的阐述，并确保联络通道开挖安全的成功案例，为昆明地区在土体加固方面提供有价值可参考资料。

［1］陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术［M］.4 版.北京:人民交通出版社，2009.

［2］竺维彬，鞠世健著.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究［M］.广州:暨南大学出版社，2009.

［3］李冰恒.砂层浅埋暗挖区间隧道小导管注浆预加固地层施工技术［J］.铁道标准设计，2008，(5):100 -102.