上軟下硬復合地層中地面加固施工技術

何晟旸

[摘要]通過對深圳地鐵7號線7301-1標珠龍區間換刀點加固施工案例，介紹了無收縮注漿技術（WSS工法）的原理、技術參數和質量保證措施。實踐證明，采用WSS工法進行注漿加固，效果明顯，達到了預期質量目標。

[關鍵詞]WSS注漿加固上軟下硬地層富水砂層

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

1 概述

針對目前深圳地鐵7號線7301-1標珠龍區間隧道拱部砂層、孤石群和長距離基巖段，掘進過程中需要開倉檢查刀具磨損情況。根據地質情況預設了多處的換刀點，但是掘進過程中出現了未到換刀加固區被迫停機。為確保安全、順利開倉換刀，需要對掌子面及其附近土體進行有效注漿加固。

本文結合珠龍區間左線掘進454環時出現異常被迫停機。在ZDK5+034.6～ZDK5+039.6段進行換刀加固區加固施工，分析WSS注漿加固技術在富水復合地層的應用。

2.工程概況

珠光站～龍井站盾構區間位于深圳市南山區，此區間自出珠光站后，沿龍珠大道由西向東行進，途中穿越平南鐵路橋、南坪快速路橋后，直到龍井站。左線起訖點里程分別為ZDK4+364.825和ZDK5+670.461，區間長為1315.549m。

已經初步勘察情況左右線侵入隧道的孤石共36處，其中左線17處（其中需要預處理的15處），右線19處（其中需要預處理的17處），且左線與右線均有孤石群出現；基巖侵入隧道段左右線共計730m，其中左線338m（150m基巖侵入隧道高度超過隧道中心線），右線392m（127m基巖侵入隧道高度超過隧道中心線）。

3.地面注漿加固

3.1 WSS注漿工法原理

3.1.1WSS注漿工法原理

無收縮（WSS）雙液注漿技術是采用二重管坑道鉆機鉆孔至預定深度后注漿。漿液有兩種，即A液和B液（或C液）。兩種漿液通過二重管端頭的漿液混合器充分混合。注漿時通過對注漿段實施定向、定量和定壓注漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化，改變了巖土層的性狀。

3.1.2WSS定向旋噴工法的特點

（1）在噴漿的過程中，噴漿管不回轉，不會發生漿液溢流現象，并且對土層具有很強的滲透性，噴入范圍可人為控制；

（2）在二重管的端頭設置的漿液混合器中，A、B（C）無收縮漿液可以完全地混合，均勻的噴入到地層中，凝結時間可以自由調節，并且以實行復合噴入施工；

（3）被混合的將液，加壓后可以在水平方向進行噴漿；

（4）施工從鉆孔到噴漿完畢，可以連續進行；

（5）噴入材料從水玻璃到二氧化硅等膠狀體幾乎全部可以使用；

（6）對于任何土層都可以進行噴射。

3.2方案設計

WSS工法注漿工藝適用于復雜的富水復合地層，能夠將不同情況的地層填充密實，改變原土體的物理性質，增加土體的密度，提高其抗壓強度和抗滲性能。

該段隧道埋深為10.82～16.82m。自上而下地質情況描述：0～3.7m為素填土，3.7～5.6m為細砂，5.6～9.2m為中砂，9.1～9.2m為孤石，9.2～13.5m為砂質、礫質黏性土，13.5～14.3m為孤石，14.3m以下為全、強、中、微風化花崗巖。采用坑道鉆機進行深孔注漿（無收縮雙液注漿改良土體工法，即WSS工法）加固。先用A、B液（水玻璃+磷酸）后退式注漿進行土體排水，提高土體的抗滲性，再用A、C液（水玻璃+水泥漿）后退式注漿進行土體固結，改變原土體物理性質并提高土體的抗壓強度，最終使軟弱的土層(主要為砂質、礫質粘性土和砂層)成為抗滲性高、抗壓強度高和穩定性高的土體，以便于開倉檢查、更換刀具。

3.3 施工方法

3.3.1注漿平面范圍與注漿孔位布置

加固體范圍為隧道掘進方向長5m，寬9m；注漿孔位布置為四周密排布孔位，間距0.85 m～0.9m，中心部分孔位布置原則上間距1m，梅花形布置，共計66孔。其中第2排孔位于刀盤切口環后邊0.28m。具體注漿孔位布置如圖1所示。

3.3.2注漿量與注漿壓力控制

（1）注漿量

①根據計算公式確定注漿量

由于漿液的擴散半徑與土孔隙很難精密確定，根據該區段隧道工程地質、水文條件和注漿效果以及所選擇的注漿材料，進行注漿量的估算。

注漿量的估算公式按下式進行：

Q=Anα

式中：Q----注漿量（m3）；

A----注漿范圍體積（m3），按擴散半徑2m計算（該段地層軟弱，且經過擾動）；

n----孔隙率，砂層取40%，砂質、礫質黏性土取30%，全強風化花崗巖取25%；

α----漿液填充率，砂土層取50%，砂質、礫質黏性土取40%，全強風化花崗巖取30%；

綜合以上公式，每孔的注漿量如表1所示。

表1 每孔注漿量（每延米）

排號

深度 第1排 第2排 第3排 第4排 第5排 第6排

6m～9.5m（砂層） 2.6m3 3.0m3 3.0m3 3.0m3 2.6m3 2.6m3

9.5m～13.5m（砂質、礫質黏性土） 2.0m3 2.6m3 2.6m3 2.6m3 2.0m3 2.0m3

13.5m～16.0m（全強風化花崗巖） 1.6m3 2.0m3 2.0m3 2.0m3 1.6m3 1.6m3

（2）注漿壓力

根據地層性質，地層水土壓力，盾構機刀盤主軸承密封性能對注漿壓力計算，注漿壓力暫定為0.3MPa～0.35MPa。注漿期間采用注漿壓力和注漿量雙重控制，即注漿量達到設計值或注漿壓力達到設計值，可停止注漿。

（3）注漿施工

注漿孔開孔直徑不小于73mm，嚴格控制注漿壓力，同時密切關注注漿量，當壓力突然上升或從孔壁、斷面砂層溢漿時，應立即停止注漿，查明原因后采取調整注漿參數或移位等措施重新注漿。注漿過程中，邊注漿邊提鉆桿，嚴格控制提升幅度，每步為0.3～0.4m，勻速回抽，注意注漿參數變化，當注漿量或注漿壓力達到設計值后繼續進行提桿。

4 注漿效果檢測

（1）施工前檢查

在施工前對原材料、機械設備及注漿工藝等進行檢查，主要有以下幾方面：①原材料的質量合格證及復驗報告，拌和用水的鑒定結果；每批水泥進場必須出具合格證明，并按每批次現場抽樣外檢，合格后才能投入使用。②漿液配合比是否合適工程實際土質條件；③機械設備是否正常，在施工前應對鉆機、注漿機等設備進行檢查，確保其運轉正常。

（2）施工中檢查

施工中重點檢查內容有：①鉆桿的垂直度及鉆頭定位；②A液、B液、C液的配比符合地層條件；③注漿速度、注漿壓力、注漿量符合設計要求；④鉆桿提升速度符合設計要求；⑤根據地質條件的變化情況及時調整施工工藝參數，以確保樁的施工質量。調整參數前應及時向業主、監理、設計部門報告，經同意后調整。

（3）施工后主要對加固土體進行檢查，在已施工好的加固體中鉆取巖芯，并將其做成標準試件進行室內物理力學性能試驗，檢查內部樁體的均勻程度，及其抗滲能力。

5 結論

通過珠龍區間左線在施工過程中被迫無規律的停機狀況，采用無收縮（WSS）雙液注漿技術提高了注漿效率、保證了注漿效果。目前珠龍區間左、右線都進入上軟下硬復合地層，提前籌備的換刀加固點會出現未到被迫停機現象，就需要進行此種方法隨時進行地表換刀點加固。

綜上所述，無收縮（WSS）雙液注漿技術具有改良土層性狀、增加地層粘結強度及密實度，降低土層透水性，能形成相對隔水層等特點，可在富水、自穩性差的地層中應用。

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