呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司 呼和浩特市 010020
摘要：随着城市地铁建设规模的扩大及城市发展的需要，地铁建设的周边环境越来越复杂，旋喷桩、搅拌桩、地表压密注浆等常规的端头加固方法受到周边环境和地质条件的制约越来越大。车站内WSS工艺水平注浆具有适应范围广、施工工艺简单、施工周期短、质量容易控制、加固土体及止水堵漏效果尤其显著、经济可行等特点，随着施工工艺的进一步优化和完善，在地铁盾构区间隧道端头加固中将具有广泛的适用性。
关键词：WSS注浆；水泥浆液；AB浆液；水玻璃溶液；探孔
引言
本文主要通过中铁七局集团有限公司施工的呼和浩特市轨道交通1号线一期工程长乐宫~展览馆盾构区间端头WSS水平注浆实例，阐述WSS工艺注浆在富水砂卵石地层地铁隧道中加固土体及止水堵漏的施工控制与应用，确保了盾构的始发安全，并取得了良好的经济效益，为后续类似工程提供了相关施工经验及参考。
1工程概况
1.1 区间概况
长乐宫～展览馆站区间为地下区间，本区间起于东影路与新华东街十字长乐宫站，出长乐宫站后，继续沿新华东街路下敷设，在展览馆东路与新华东街十字路口进入展览馆站。本区间设计线路长度为1578.341单线延米，左线隧道长789.170m，右线隧道长789.171m。
1.2 工程地质及水文地质
1.2.1工程地质
长乐宫至展览馆站区间隧道埋深约为 15.95~20.07m，由相关地质详勘资料可知盾构始发端头所在地质层自上而下分别为杂填土①3层，粉砂③43层，圆砾③93层，粉砂③83层，圆砾③93层，粉质黏土③2层，粉砂③43层、中砂③64层。区间主要处在粉砂③83层，圆砾③93层。勘察期间地下水位埋深约10.1m。
2.1.1加固说明
根据施工地质情况及工期要求，盾构隧道施工区域位于水位线以下，为保证盾构机进洞安全，进洞时不发生涌水、涌砂，塌陷等情况，决定采用二重管无收缩WSS工法进行盾构进洞前洞门全断面注浆加固处理措施，注浆深度10米。
2.1.2 WSS注浆工法特点
⑴ 由于浆液是通过成孔后的钻杆注入，注浆过程中不易发生浆液溢流现象，有利于保护环境不受污染。
⑵ 浆液分溶液型（A、B液组成）和悬浊型（A、C液组成）。浆液对土层有很强的渗透性，采用调节浆液配比和注浆压力的办法可使注浆范围人为控制；凝结时间可以调节，并以复合注入施工。
⑶ 二重管端头的浆液混合器可使两种浆液完全混合，既能使浆液均匀，又不会出现常规方法容易出现的堵管现象。
⑷ 可从地面垂直注浆，亦可洞内扩散注浆，注浆方式可自由选择。
⑸ 从钻孔至注浆完毕，可连续作业。
⑹ 注浆材料来源广泛。
⑺ 钻机体型较小，移动方便，该工艺使用范围广，可用于各种土层。
⑻ 不占用地表空间，且不影响交通及地面设施的正常运行。
2.1.3 WSS注浆加固及止水原理
⑴ 双重管钻机采用特殊的钻杆。钻孔时，清水从端头混合器的端点送出，利于成孔；钻孔到所定深度，用高压注浆泵将双液浆分别压入钻杆外管和内管内，在端头混合并进行喷射，使浆液能够较好的浸透到地层中。如图2所示。
⑵ 注浆材料的渗透性良好；凝结时间可调；浆液结石率高，有微膨胀性；浆液原材料均为无毒材料，大量使用不会造成环境污染；采用二重管钻机双液灌注，工艺简单，质量有保证；可针对不同地层、不同作用机理进行注浆，可确保注浆效果。
⑶ 该方法是通过渗透作用，在不改变地层组成的情况下，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，土层粘结强度及密实度增加，起到固结、充填效果；随着土体的压密和浆液的挤入，在压浆点周围形成灯泡形空间，从而达到土体加固的效果。注浆加固后土体渗透系数小于1×10-8cm/s，无侧限抗压强度为不小于0.8MPa。
2.4.2 钻孔
注浆孔位布设完成后，施工人员安装、架设钻机，固定好钻机后，按布设好的孔位开始钻孔。钻孔使用型号为ZLJ-400型钻机进行钻孔，钻机在指定位置就位，调整钻杆的角度，对准钻孔后，钻机不得移位，也不得随意起降，入射角度偏差不大于1°，孔深、孔数、环向间距按设计图纸要求施工。第一孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进系数。密切观察溢水、出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，采取应急预案处理，处理完成后再进行施工。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于30cm，钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥、夹沙层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。
2.4.3 配置浆液
⑴ WSS浆液由AB、AC两种浆液产生化学反应而生成，AB浆液由水玻璃溶液和GS剂溶液组成，AC浆液由水玻璃溶液和水泥浆液组成，配置WSS浆液需要使用的原材料有水泥、水玻璃、化学浆液（GS剂）。
⑵ 水泥浆使用SJY—双层立体式搅拌机拌合而成，根据现场施工需求，每次拌合0.5m3浆液（325kg水泥和0.325方水）。两名施工人员将6.5袋P.O42.5的袋装水泥倒入已加入适量水的搅拌机中，水泥与水在搅拌机中匀速搅拌15min拌制成水泥浆液。水泥浆液拌制过程中要求水泥标号不能低于P.O42.5，且无结块现象，保证原材料质量达到规范要求。
⑶水玻璃溶液由水和水玻璃配制而成，将水玻璃浆液使用准确的计量工具按要求称重后倒入拌合桶中，再将一定量的水倒入拌合桶中，人工搅拌5min拌和均匀，水玻璃称取过程中要严格按照配合比要求称重量取，剩余的水玻璃密封保存，防止溶液洒落浪费、污染环境。
2.4.4 注浆
将搅拌、配合好的水泥浆液、AB浆液、水玻璃溶液分别装入不同的铁桶中，放置于注浆泵旁边，由专人负责看管注浆。注浆前先检查注浆管线路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，据以施工。注浆孔开孔直径不小于42mm，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。土层容易造成坍孔时，采取前进式注浆，否则采用后退式注浆。
具体操作：钻机就位后对围护结构地连墙进行开孔，根据出水情况进行注浆，如出水量较大时采用化学浆液，即：水玻璃+磷酸，根据现场试验，此浆液在3秒钟完成凝固；如出水量小时采用混合浆，即水泥浆+水玻璃浆，根据现场试验，此浆液在6-10分钟完成凝固。在钻杆钻深过程中浆液注入量较少，待钻至设计深度后即开始进行大量注浆，根据注浆压力进行钻杆的抽拔，同时地面进行监测，此过程中注浆为水玻璃水泥浆液，待钻杆出孔时改用化学浆液封堵。
主要技术参数：1、注浆深度：10m；2、注浆孔直径：Φ42mm；3、注浆扩散半径为：1.5m；
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.端头WSS加固注浆压力控制在0.5 MPa-1.8 MPa，压力过大，地面容易隆起。
2.5材料要求及相关检测
2.5.1 材料要求
A液要求：① 注浆用水采用清洁自来水；② 注浆用的水泥应采用普通硅酸盐水泥，水泥标号P.O42.5。水泥的各项指标均符合国家标准。③ 水泥浆的比例为1：1。
B液要求：① 波美度为40°的水玻璃；② 水玻璃初凝时间2～3 min，凝固强度3～4 MPa/2h。对上述两种A、B液进行合理配制，比重1.0～1.4。
2.5.2 注浆效果检验
注浆施工结束后，一般通过打探孔来检查是否还流水，如达不到掘进要求需进行补充注浆。利用风钻钻9个观测孔，将9个孔平均分布在洞门上，中间一个孔需向旁移20cm，以避免打掉测量组放出的盾构中心点。钻机引孔8米左右（连续墙的厚度为0.8米，端头加固区域10m），根据现场情况可做适当的调整，探孔布置在5米左右的圆中（盾构隧道开挖的圆直径为6.48米），直径为42mm。9个水平探孔分布情况见图9-8检测孔布置图。检查孔涌水量小于0.2L/min时（通过观测流水不成线），则加固效果良好，允许凿除洞门。
图7 检测孔布置图
施工单位于6月13日先后对长展区间左右线始发洞门进行了水平探孔检验，每个洞门按设计要求全断面钻取9个8m深的探孔。观测探孔钻进过程中均未见明显涌水或涌砂，只有少量渗漏水。探孔施工完成后我单位对探测孔进行了验收，经验收9个探孔全部合格。
4结论
通过呼和浩特地铁1号线长乐宫~展览馆区间盾构隧道始发端地基加固止水实例分析，WSS工艺注浆在砂卵石地层中渗透能力强，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止水固结带。WSS工艺注浆可车站内水平注浆，不占用地面空间，且不影响交通及地面设施正常运行，具有适应性广、施工工艺简便、施工周期短、质量容易控制、加固土体及止水效果尤其显著。在呼和浩特地铁盾构隧道始发与接收地层加固止水施工中得到了很好的应用和技术控制。
论文作者:李俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/5
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