WSS全断面深孔注浆工法在富水饱和软黄土地质加固中的应用

宁孟新 贾雪红 张宏刚

摘 要：西安地铁四号线火车站站一期暗挖下穿西安火车站既有国铁站场，地质条件复杂，地下水量丰富，通过加固工法适用性分析，选用WSS全断面深孔注浆工法进行暗挖地段注浆加固处理，有效的阻断了外部水源补给，注浆加固、止水效果明显，达到了预期安全目标。

关键词：地铁车站;WSS工法;加固技术

当前，正是我国城市轨道交通建设的高峰期，越来越多的地铁隧道正在投入施工建设，其中包括许多暗挖隧道施工，复杂地址条件下WSS全断面深孔注浆工法对控制暗挖沉降及止水显得尤为重要。“WSS”是中文无收缩双液注浆的拼音缩写，该技术源自日本，在世界范围内工程施工领域应用比较广泛;WSS全断面深孔注浆技术是以堵水和加固岩土为目的，主要用于软土地层的加固、富水断层破碎带的堵水加固等。

西安地铁四号线火车站站一期暗挖主体小断面隧道左、右线分离设计，线间距58.5m，左线全长32.6m，右线全长87.2m，隧道拱顶覆盖层厚度10.2～12.72m。为确实保证火车站站站台隧道全断面注浆止水方案的有效，以本段作为采集确认合理注浆方法、施工工艺及参数的试验现场。通过累计三次试验、五次调整修订，制定出了适合西安地铁四号线火车站站一期暗挖站台隧道安全通过西安火车站既有国铁站场的合理注浆方法、施工工艺及参数。

1 工程概况

西安地铁四号线火车站站位于国铁西安站站场区东侧下方，线路与陇海正线斜交约40°。左线全长267米，下穿西安火车站内15股道及8组道岔，右线全长260米，下穿14股道及4组道岔，车站采用“先隧后站法”暗挖施工，施工示意图见如图1。火车站站一期暗挖隧道地层分布自上而下为：素填土、新黄土（水上）、饱和软黄土、新黄土（水下）、古土壤、粉质粘土。场地内地下潜水稳定水位埋深5.30～6.20m之间，相应高程为396.34～397.30m。主要地层参数见表1。

2 施工流程

暗挖隧道台阶法施工条件下全断面WSS深孔注浆对于注浆孔位的分布、注浆先后顺序的安排、注浆参数的确定都有严格要求，具体流程如图2。

2.1 掌子面封闭

为避免注浆过程中掌子面变形严重，进而引起临时支护结构遭到破坏，封闭掌子面采取以下措施：（1）上、下台阶施工步距错开3m进行掌子面封闭。（2）开挖掌子面封闭采用绑扎钢筋网片+打设锚管+网喷混凝土进行封闭。钢筋网片采用双层网片，钢筋采用直径Φ25螺纹钢，钢筋网网格间距为200mm×200mm，钢筋网片与格栅拱架及临时仰拱临时型钢支撑焊接。锚管采用Φ42mm普通焊管，打设长度为3.5m，横、竖向间距为1000mm×1000mm。采用C25喷射混凝土封闭，喷射厚度为300mm。

2.2 制定钻孔及注浆参数

参考对四个WSS全断面注浆循环试验段的分析、总结，以及后续累计5个循环施工中修订和调整，制定了一套满足本项目施工的各项注浆参数。全断面注浆孔位布置如图3，注浆压力参数如表2，浆液配合比如表3。

（1）钻孔要求。

全断面上、下台阶共布置注浆孔数25孔，引孔长度23m，注浆长度为20m。注浆顺序由上到下依次进行，上台阶孔位环向间距为1m，下孔位环向间距为1.4m，中间区的孔间距为1.8m～2.5m。考虑钻杆弧线成孔的影响，钻孔外插角度控制在2°，现场施工过程中对每个孔位钻杆方向进行测量调整。详细记录钻孔过程中孔口反水、钻机注水压力变化、地表沉降监测等情况，综合判断前方围岩是否存在水囊、穴道等灾害性地质并立即采取处理措施。当不涉及文物保护、管线安全情况下直接采用WSS浆液封堵后继续施工，否则，钻头后退5m进行WSS浆液封堵，及时联系相关部门制定下步施工措施。

（2）成孔后观察。钻孔到预定长度后，停钻、停水观察孔内出水情况，一般持续时间不小于10分钟。除第一个钻孔外，其他任意相邻已注浆孔出现下列情况时，采取对应措施。

出水为清水、流量一定且未明显超过钻孔过程孔口反水总量时，正常开始注浆作业;出水为浊水、流量接近钻孔过程孔口反水量时，极有可能钻孔过程中扰动原有隔水层（或者相邻注浆已完孔位未达到扩散加固的预期），注浆量及注浆压力宜相对上调。出水为清水、流量明显小于钻孔过程孔口反水总量时，可判断为相邻已完注浆孔位扩散范围和加固效果基本达到预期，该孔注浆量和注浆压力保持既定标准或相对下调。

（3）注浆。①注浆压力。受设备自身因素影响，二重管钻头混合器部位的注浆压力无法取得真实数据，为达到控制注浆压力的目的，每循环注浆机的就位位置和注浆管路的长度、直径、混合器与注浆机的高差必须保持一致。由此可更加精确的通过注浆压力控制注浆效果。施工中注浆压力控制值如表2所示。

②注浆量。注浆浆液对黄土地层的加固、止水以水泥浆+水玻璃溶液为主，WSS浆液（WSS注浆浆液配比如表3）是对前者无法满足的特殊地层、特殊环节进行快速止水封堵的有效的方法。其浆液形式、注浆量多有差异。

a.围岩一般性加固止水采取水泥浆和水玻璃溶液，参考本项目黄土地质以及地下水位以下条件施工的要求，注浆量为加固土体体积的49%～50%。

b.水囊、穴道等突发灾害地质条件下WSS浆液量以能够达到止水和填充为目的，该情况下注浆量以实际需要的达到的封堵效果来确定。

c.一般钻杆单根長度2m，深孔钻孔通过多根钻杆丝扣套接达到要求。WSS注浆基于后退式注浆的原理，注浆过程中每根钻杆要拆卸，为防止由于钻杆拆卸过程中混合器部位浆液溢流引起压力陡降、增加浆液损耗，钻杆拆卸前必须采用WSS浆液进行二重管混合器端头的临时封堵。注浆量一般控制在0.1m3以内。

d.二重管混合器位置距离止浆墙断面3m时，采用WSS浆液进行封孔注浆，注浆量以填充钻孔孔洞为准。

注浆过程中结合地下水、注浆压力等施工情况，交替注入B液/C液、A液/B液，最终达到注浆效果。

2.3 监控量测

注浆过程中，地表沉降观测、洞内收敛和沉降观测是指导注浆量和注浆压力的关键标准，监测数据指导注浆孔位布置间距、钻孔方向、注浆压力、注浆量等所有参数，在地铁施工浅埋暗挖隧道，尤其本项目暗挖隧道下穿国铁站场施工中更加突出。控制标准为沉降-10mm，隆起0mm。

2.4 终孔

因为注浆加固围岩形成的止浆墙质量影响因素较多，上循环掘进结束位置以参考止浆墙里程为主要依据，本次循环注浆会成为注浆的薄弱部位。终孔检查是对本孔位（本循环）止浆墙的一项检查。可作为调整下次止浆墙注浆参数调整的依据。观察终孔后WSS浆液封堵效果是否满足止浆墙附近降低压力后的止水效果，如果有少量水渗水，相邻孔位需适当增加注浆量。掌子面的变形是否影响到作业的安全。依据变形程度，适当调整止浆墙附近注浆压力和注浆量。

2.5 注浆效果检查

循环注浆结束后，对掌子面加固围岩取芯进行含水率检测、无侧限抗压强度检测，检测结果要求为无侧限抗压强度达到0.6Mpa，渗透系数≤10-6cm/s，实测结果为无侧限抗压强度达到0.87Mpa，平均渗透系数≤7.1×10-8cm/s，满足注浆加固设计要求，进行隧道掘进施工。

3 质量控制要点

3.1 钻孔

钻孔弧线效应数据取决于围岩强度、围岩整体性、围岩介质的均匀状况、孔口位置止浆墙的强度等。钻孔长度越长，弧形成孔效应越明显，依据本项目黄土地层围岩总体介质较均匀、孔口封端止浆墙为30cm厚C25喷射混凝土、钻孔长度25m的特点，弧形因素会造成钻孔末端下垂20～40cm，所以，钻机定位时按照2°执行。

3.2 浆液配合比

配合比涉及的材料必须是符合要求的合格材料，水泥浆液+水玻璃溶液在围岩中的渗透半径取决于混合液的良好渗透性和适宜的固结时间。水玻璃溶液+WSS专用稀释液固结封堵效果取决于混合液固结时间。二重管外管为水泥浆通道，采用受潮固结的水泥极易引起通道堵塞，影响注浆效果。

3.3 沉降观测、注浆压力及注浆量

围岩注浆对于需要同时满足控制沉降、止水和加固要求的情况下，注浆压力和注浆量不能单独强调孰重孰轻，一般意义来讲，注浆压力大小能够反映出围岩加固后的密实程度，注浆量则反映浆液扩散止水的范围大小，地表及隧道内沉降控制则同时对于上述二者同时具备前提约束。必须进行试验，在三者之间取得合理的参数。

3.4 设备维保

由于注浆属于带水作业，设备工作环境处于洞内潮湿环境。基于上述原因，钻机、钻杆、注浆机、搅拌机日常维护围绕防水、防潮作为重点。WSS注浆管结构为二重管，单节长度2m，丝扣连接至要求长度。二重管维护、清理对注浆堵管的影响因素非常突出。每次注浆结束后必须对钻杆进料通道进行疏通清洗，可防止粘结在管壁的浆液固结体脱落后造成注浆压力异常、堵管等状况。丝扣连接时，为防止两种浆液通过丝扣间隙相互渗漏，必须采用生料带缠裹丝头，缠裹丝头时必须将生料带裹紧，且切头位置必须与丝头密贴，防止生料带切头伸入二重管内造成堵管。

4 总结

西安地铁四号线火车站站一期暗挖隧道施工，因西安铁路局的要求，隆起量不大于0mm，单次沉降量不大于3mm，累计沉降量不大于15mm，每天对站场内设施进行监测，确保行车安全。为保证隧道开挖安全，采用WSS全断面深孔注浆工法进行暗挖地段注浆加固处理;注浆前封闭开挖工作面进行全断面注浆加固，加固后的开挖面土体无侧限抗压强度达到0.6MPa，周边土体加固区达到1.2MPa，渗透系数≤10-6cm/sec。结果表明，采用的注浆方式较好地改善了车站暗挖开挖范围内的土层性质，阻断了外部水源补给，注浆加固、止水效果明显，达到了预期安全目标。

参考文献：

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作者简介：宁孟新（1987— ），女，本科，工程师，工程管理专业，研究方向：工程物资与设备管理。