李敬余
中铁九局集团第四工程有限公司 辽宁沈阳 110013
摘要：目前国内地铁联络通道加固多采用高压旋喷桩、搅拌桩的工法，但通过实践在富水地层中加固效果多数达不到要求，搅拌桩咬合不好承压水地层易发生涌水。特别在富水的砂层、圆砾层中，旋喷桩、搅拌桩质量控制不好极易出现联络通道加固效果不佳，如何进行开挖前补强加固止水成为越来越关键的技术施工控制要点。本文基于二重管无收缩双液注浆工法在昆明市轨道交通4号线鲜花大道站～梅子村站联络通道的实际应用，重点阐述了二重管无收缩双液注浆的工艺实施过程，有效解决了承压水地层联络通道的补强加固、止水问题。
关键词：承压水；二重管；补强加固；止水
1.应用背景
1.1工程地质水文情况
该联络通道从上到下粉质黏土（可塑）厚度为5.74m，圆砾（稍密）厚度为1.82m，粉土（稍密）厚度为0.57m，粉质黏土（可塑）厚度为1.43m，粉土（稍～中密）厚度为3.91m，圆砾（中密）厚度为6.1m，粉质黏土（可塑）厚度为2m。开挖断面主要是圆砾（中密），粉质黏土（可塑），圆砾层中含有承压水层。
1.2漏水原因分析
在联络通道上洞门钢管片上打探孔后发现，有大量水和砂涌出，且有较大的压力。此前在联络通道地层加固中采用三重管高压旋喷桩加固时成桩困难。另外根据鲜梅区间地质纵剖面图及区间岩土勘察报告可知，联络通道开挖范围位于富水圆砾，圆砾层前后连续600m，联络通道恰好位于最低点，开挖范围地下水位丰富，地下水补给快，属承压水地层。
图2-1现场探孔渗漏水情况
1.3处理措施
通过对联络通道开挖洞门范围进行加密取芯效果显示，圆砾层加固效果较差，必须对联络通道洞门进行二次补强、止水加固，确保联络通道开挖安全。根据以往技术经验，由于承压水压力较大且地下水丰富，单液浆很难达到凝固效果，结合以往类似施工案例，采用二重管无收缩双液注浆工法（WSS工艺），通过浆液快速凝固达到加固土体的同时起到止水效果。
2.工艺原理及特点
2.1工艺原理
二重管无收缩双液注浆是利用压力将能固化的配制好的两种浆液通过钻孔同时注入岩土孔隙或建筑物裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。该注浆具有快速固结、止水、防渗、快速填充等效果。
在对预处理区范围内土层的注浆过程中先期注浆压力较小，浆液主要在填充土层孔隙，当土层孔隙被注入的浆液填充密实后，注浆压力也在不断上升，后期注入的浆液不断充挤地层达到超固结状态，从而提高土体的整体性和力学性能。
喷浆时在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆材并使其固结，达到改良土层性状的目的。其喷浆特性是使该土层粘结力（C）、内磨擦角（φ）值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙充满了不流动而且固结的浆材后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层。
土壤加固后强度：卵石层达到25～30kg/㎝²、细中砂层达到15～2kg/㎝²、粘土层达到10～12 kg /㎝²；止水系数可达到：K=10-7㎝/s～10-8㎝/s。
2.2工艺特点
（1）采用特殊端点监控器和二重管喷射方式，使注入设备系统简单易操作，具有很高的可靠性和经济性。
（2）一次、二次喷射可任意切换，回路变换装置易实行，从而实现复合喷射。
（3）瞬结性一次喷射和浸透性二次喷射的复合比率，在土层改良时可以根据实际情况灵活设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。
（4）二次喷射材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性浆液，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，有效降低对周围建筑物基础地层扰动。
（5）由于一次喷射是限制喷射，二次喷入是的渗透喷射，不易产生喷入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。
3.工艺方法及施工要点
3.1施工准备
3.1.1水平支撑钢架
采用WSS工法对联络通道注浆时，盾构区间已经成型，注浆时会造成盾构区间隧道承受水平压力，注浆前将联络通道前后三环范围内的管片支撑钢架增加水平支撑，防止成型管片收到水平挤压造成管片开裂。水平支撑端头采用12t螺旋千斤顶，确保支撑的与管片必须密贴，与管片间设置橡胶垫。
3.1.2布设监测点加强隧道的监控量测
在成型隧道内，联络通道前后20环范围的混凝土管片上布设监测点，监测拱顶沉降、隧道底上浮、隧道收敛情况，同时加强测量，前后比较注浆期间隧道轴线的变化。根据监测结果和测量结果，及时的调整注浆的压力和配比。
3.2设备选择
WSS双液注浆是将两种会产生凝胶反应的浆液混合均匀后注入岩土的施工工艺，这就要求注浆泵选用双液同步注浆泵，再配以专用的双液孔口混合器，通过实际应用必选，本次施工投入使用2ZBSB3-0.5/10-15型双液同步注浆泵。该WSS双液注浆共有两路泵浆管道，使用前注意检查各连接节点是否紧固相连，以免施工过程中出现缺压、跑浆；两路注浆管道必须摆放平整、无弯曲、无打结。注浆前先泵送自来水进行清洗通管。
图4-1 双液同步注浆泵2ZBSB3-0.5/10-15
3.3钻孔施工
钻孔前先利用联络通道钢管片四周的预留注浆孔进行注浆，将钢管片周边土体加固，防止钢管片开口后漏水。钻孔用常规的旋挖法，钻孔直径为φ42mm。在钢管片上开洞进行钻孔，后期联络通道开挖后，用钢板将洞补焊。钻孔时按照以下图示，放射型打设注浆孔，放射角度要确保联络通道周边3m的加固范围。
图4-2 水平注浆纵剖图
3.4注浆管安装
注浆管采用Φ25钢管，两头车丝，用直接接头连接，根据钻孔深度选取加工所需注浆管；安装时应保证注浆管入土端通透、无堵塞，管片外露端完整无缺陷；管片外露端应预留足够的连接距离，一般为100mm-500mm；注浆管安装完成后检查冲洗，保持注浆管通透可用。
3.5注浆施工
3.5.1注浆顺序
本工程联络通道地基注浆处理遵循“由外向内，逐环包围”的顺序，即先对联络通道的外环进行注浆处理，形成对内环的包围，然后再依次逐环向内推进。先对外环周边形成“密封”的效果，加固改良联络通道的围岩、阻拦降低联络通道外围水流对内的影响，从而降低联络通道内环的施工难度、节省材料和工时。
3.5.2注浆压力和注浆量
WSS双液注浆的注浆压力根据地层致密程度和孔隙率决定，一般为0.3MPa～1.2MPa，最高不超过1.2MPa。注浆过程中压力不是一成不变的，一般会随着注浆量的增加而增高。WSS双液注浆的注浆量与地基岩土的填充率有关，填充率又与地基岩土的结构和孔隙率有关，一般地基岩土的填充率为45%～70%。
3.5.3注浆量计算
鉴于浆液影响半径以及围岩空隙难以精确测定，本次计算结合类似工程以往施工经验以及联络通道所处地质、水文资料等进行注浆量计算及浆液注入量控制。
总注浆量： 
（式中：A 为注浆范围体积，单位m3；n为孔隙率，单位%；α为浆液填充系数，取值0.7～0.9；β为注浆材料损耗系数，取值1.2。）
nα（1 + β）统称为填充率，据地质勘查报告可知，洞门端头主要只要以中砂、细砂、粉质黏土为主，经查规范本次施工填充率值取90%。
本次施工联络通道加固范围为开挖面以外3m。经计算，本次联络通道土体加固体积共计1200m³。
1m³浆液标准配比参数表：
备注：注浆以AC液为主，AB液为辅
由表换算可知：水玻璃用量为：1200×342.5/1000=411t
水泥用量为：1200×200/1000=240t
AB液作为封孔使用的化学液，每孔磷酸用量为300Kg。
4.5.4注浆压力的计算
注浆压力值确定与地层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，结合类似工程经验以及本工程所处地层条件，本次按如下公式计算：
（1）按已知的地下水静水压力计算公式，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2～3倍，最大可达到3～5倍，即：
式中：p为设计注浆压力（终压值）（MPa）
P'为注浆处静水压力（MPa）
（2）根据注浆处地层深度计算
式中：p为设计注浆压力（终压值）（MPa）
H为注浆处深度（m）
k为由注浆深度确定的压力系数
压力系数取值如表所示：
水平注浆深度H为15.8～28.6m，k的取值为0.012～0.018；p=0.28～0.34MPa，因此注浆压力取值范围为0.85～1.7MPa。现场施工过程根据试注浆施工记录及注浆效果确定最终确定注浆压力及配合比。
4.5.5注浆结束标准
二重管注浆过程中，压力逐渐增大，流量逐渐减少，当压力值达到注浆终压，注浆量达到设计注浆量80%以上，可结束该孔注浆；注浆压力虽未能达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，亦可结束该孔注浆。
5.结束语
本文详细介绍了二重管无收缩双液注浆工法（WSS工法）在富水地层地铁区间联络通道地层补强加固、止水中的应用。通过实践证明及对方案效果的进一步研究分析，最终形成了承压水条件下圆砾层二重管无收缩双液注浆工法（WSS工法）补强加固止水的施工技术，有效解决了联络通道开挖补强加固、止水问题，确保了联络通道施工安全。在以后类似工程施工过程中，对富水地层条件下联络通道补强加固有一定的推广作用。
参考文献：
[1]北京地铁十号线二重管无收缩双液注浆WSS工法施工技术[J]. 刘百成. 铁道建筑技术. 2008（03）
[2]下穿铁路暗挖隧道WSS无收缩全断面超前加固技术[J]. 李延华. 建筑机械. 2017（04）
[3]浅析WSS工法注浆技术在地铁联络通道加固中的应用[J]. 刘洪妃.江西建材. 2015（14）
论文作者:李敬余
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第6期
论文发表时间:2019/5/6
标签：注浆论文; 通道论文; 浆液论文; 压力论文; 地层论文; 管片论文; 土层论文; 《建筑模拟》2019年第6期论文;