摘要：以广州地铁十三号线32#井～官湖站区间右线隧道盾构掘进过程中遇到的问题为背景，详细介绍了盾构掘进过程中采用WSS深孔注浆工法加固进行开仓换刀的技术应用研究情况。实践证明采用WSS工法进行盾构开仓前的加固，有效的解决了土体的稳定性问题，保证了换刀过程中的安全，同时也为上软下硬地层地层盾构换刀提供了借鉴经验。
1工况介绍
广州市轨道交通十三号线【施工九标】土建工程32#井～官湖站区间右线隧道线路位于107国道中间绿化带正下方。右线32#井～官湖站盾构区间起始里程YDK60+258.289～YDK61+964.451，长1706.162m，共1137环。盾构自始发已掘进至504环（里程：YDK61+013.589），刀盘所在位置为509环（里程：YDK61+021.558），盾构掘进推力、扭矩较大，掘进速度较慢。本区间在第527～555环（里程：YDK61+047.089～YDK61+090.589）之间共29环的上软下硬地层，隧道中上部及拱顶为<3-2>中粗砂层、<4N-2>粉质粘土层、<2-2>淤泥质粉细砂层等软弱地层，隧道中下部及底部为<8Z>中风化混合花岗岩，该段为典型的上软下硬地层。根据经验判断可能是刀具磨损严重，需进行开仓检查更换刀具，但由于本区间地质条件不具备开仓换刀条件，为使盾构能顺利通过该段地层完成后续掘进任务，故在目前盾构停机位置采用WSS无收缩双液注浆对地层进行注浆加固，使其具备开仓换刀条件后进行开仓检查和更换刀具。
2工程地质与水文条件
2.1工程地质条件
本区间分层原则和沿线岩土层的成因类型、性质、工程特征、风化状态等，各岩土层分别按岩土层代号、岩土名、时代成因、岩性等描述可分为人工填土层、冲积-洪积砂层、残积土层和基岩。换刀里程处地质情况为（从地面算起）：素填土层（0m～3.8m），淤泥质土层（3.8m～5.6m），粉质粘土层（5.6m～10.0m），冲积-洪积中粗砂层（10.0m～11.2m），震旦系、硬塑、残积土（11.2m～12.1m），震旦系全风化层（12.1m~14.0m），震旦系强风化层（14.0m~25.0m）。具体地质情况如图2-1-1所示。
图2-1-1 加固区域地质剖面图
2.2水文地质条件
本区间处于珠江三角洲冲积平原下游地段，浅部主要地层为海陆交互相沉积层，因而地下水位较浅，地下水位埋深1.2~2米。在上软下硬地层，地层裂隙较发育，地下水较丰富。
3加固方案
3.1WSS工法简介
WSS工法注浆工艺适用于复杂的复合地层，它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。
该工法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，当整个加固体采用A、B液后退式注浆施工完成后，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。
WSS注浆加固具有以下特点：
（1）固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注浆液也具有很高强度。
（2）渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。
（3）地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能，浆液不易溶解，具有止水效果。
（4）浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要调整。
（5）浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水无污染。
3.2加固范围及孔位布置
加固体范围为隧道掘进方向长6.5m，宽9.2m；注浆孔位布置为四周密排布孔位，间距1.0m，成梅花形布置，共计51孔。具体注浆范围和注浆孔位布置如图3-2-1所示。
图3-2-1 注浆平面范围与注浆孔位布置
加固土体范围原则上为盾构机底部2m至盾构机顶部以上3m范围，即加固土体厚度为11m，具体加固土体范围如图3-2-2所示。图中阴影部分为加固体范围。
图3-2-2 加固土体断面示意图
3.3注浆量与注浆压力控制
（1）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（1+β）
式中：
Q----注浆量（m3）；
A----注浆范围体积（m3），按扩散半径0.6m计算；
n----孔隙率，根据蓝图知道该加固地层孔隙比为0.673，固孔隙率为40%；
α----浆液填充率（0.7-0.9）；
每延米注浆量Q =3.14×0.6²×40%×80%=0.36m³
每根桩需注入浆液量Q=0.36×9=3.24m³
（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0.5MPa～1.5MPa。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。
3.4主要注浆参数
（1）注浆孔直径：42mm；
（2）浆液扩散半径：0.6m；
（3）浆液凝结时间：15s～25s；
（4）注浆压力：0.5～2.0MPa；
（5）每次提杆长度：0.3～0.4m；
4加固效果检测
注浆施工结束后，可通过以下方法测定加固效果，判断是否具备常压开仓条件。
（1）土仓压力观察法
开仓前，若螺旋机可排土，先通过螺旋机将土仓内渣土抽排1/3，观察30分钟后看土仓压力是否会上升，若土仓压力无上升则证明注浆加固后的土体止水效果及掌子面土体的稳定，则具备常压开仓条件；若土仓压力上升，则表明加固未达到预期效果，需再进行注浆加固直至满足常压开仓条件。
（2）仓内土体取样检查法
开仓前，若螺旋机无法排土，可先打开土仓隔板上方的2个球阀，利用带凹槽的钢钎向土仓内砸入至刀盘前方掌子面加固体，利用钢钎取出刀盘前方掌子面加固体，若加固体密实、整体性较好，且砸入钢钎的孔内无水流出，则表明加固后的土体具备常压开仓条件。
（3）抽芯检测法
通过钻孔，从注浆土体内取出原状样品，进行完整度检查，若芯样完整性较好，则表明加固后的土体具备常压开仓条件。
5加固效果情况
加固完成后，根据开仓查看加固体情况，此次WSS注浆加固效果较好，掌子面较稳定，并安全、顺利地进行了盾构开仓换刀工作。具体加固效果见下图：
图5-1 加固后土体效果
6结语
WSS工法适用于复杂的复合地层，它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。其比传统的地层加固施工工艺适应更广，且施工工期较短，大大的缩短了加固时间，尤其是在盾构施工，为避免盾构机停机时间过长带来的不确定安全因素，WSS工法体现出了较大的优势。
值得探讨的是，采用该工法加固的土体目前还没有比较准确的检测标准来衡量其加固效果，其加固效果只能在岩土体揭露后通过观察主观判断，这样给地下工程施工带来了较大的不确定的安全因素。在后续的研究中，还需进行该方面的技术探索，形成统一的标准指导施工。
参考文献：
[1]赵奇.WSS超前注浆加固施工技术[J].市政技术，2009，7（4）：374-377.
[2]郭彬.WSS深孔注浆加固施工技术应用与研究分析[J].城市建设理论研究：电子版，2013（20）.
[3]张明涛.WSS深孔注浆工法在矿山法区间下穿既有盾构区间中的应用研究[J].城市建设理论研究：电子版，2013（32）.
[4]王道远，郑阳，朱永全，等.地铁暗挖隧道下穿既有区间盾构WSS加固效果分析[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2013（s2）：239-244.
[5]张瑜.WSS深孔注浆工法在矿山法区间下穿既有盾构区间中的应用研究[J].铁道标准设计，2011（5）：84-86.
论文作者:李本辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/19
标签：注浆论文; 盾构论文; 地层论文; 浆液论文; 区间论文; 效果论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第18期论文;