二重管无收缩双液注浆WSS工法施工技术

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［摘要］ 以北京地铁十号线二期角门东站暗挖出入口施工为例，介绍采用二重管无收缩双液注浆wss工法技术。实践证明，对采用矿山法施工、初期支护结构位于粉细砂层、细中砂层和砂卵石层的暗挖工程,采用WSS工法进行注浆加固，能较好的改善开挖面土层性质，注浆加固效果十分明显，达到预期安全目标。

［关键词］ 暗挖施工；超前注浆；WSS工法

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

1.1工程简介

角门东站位于规划石榴庄路与马家堡东路交叉路口的西侧路面下，沿石榴庄路东西向布置。车站1号出入口、2号出入口及1号风道横穿马家堡东路部分结构采用暗挖法施工。其中，1号出入口暗挖段长53m，埋深5.0～7.5m；2号出入口暗挖段长35m，埋深3.2～7.8m；1号风道暗挖段长7m，埋深8.7m。初期支护为300mm厚C25砼+φ6.5钢筋网+格栅钢架，二衬采用500mm厚模筑C40、P10砼。

1.2工程地质与水文情况

1号出入口土层自上而下依次为杂填土层、素填土层、粉细砂层、卵石层、细中砂层，底板位于细中砂层上方。暗挖部分主要穿越粉细砂层、卵石层，出入口通道开挖断面覆土厚度5～7.5m。地下水位处于结构底以下5m，主要受上层滞水的影响，影响较小。

2号出入口及1号风道土层自上而下依次为杂填土层、砂质粉土层、粉细砂层、砂卵石层、粘质粉土层，暗挖通道底位于卵石层，通道上方覆土厚度2.5～7.8m。地下水分布为二层，第一层为潜水，水位标高约为28.6m，第二层地下水为潜水，水位标高15.9～16.8m，影响2号出入口及1号风亭施工的水层为第一层潜水。

1.3地下管线

1号出入口暗挖通道穿越城市主干道马家堡东路，结构上方市政管线较多，涉及地下管线有十余条，主要为DN300上水、DN400上水、DN600上水、DN400中水、DN1050污水、DN500天然气、DN1950电力管道、36孔电信管道等管线。其中，距结构最近的管线为DN1950的电力管道（为砼管，顶管法施工，管长1m/节），管底距结构初支58cm；给暗挖出入口施工带来隐患最大的分别是采用承插口连接DN1050砼污水管（管长2m/节）、位于暗挖通道上方与通道同走向的DN500天然气以及横穿暗挖通道上方的DN400上水三条管线。

2号出入口结构上方涉及地下管线主要有四条，分别为DN600上水、DN800输水、DN1950电力管道、36孔电信管道。其中，距结构最近的管线为DN1950的电力管道（为砼管，顶管法施工，管长1m/节），管底距结构初支54cm；给暗挖出入口施工带来隐患最大的是与通道东西方向同走向采用承插口连接DN800砼输水管。经现场踏勘，DN800砼输水管建设至今已有50多年历史，管线材质较差，管线渗漏严重。同时，紧邻通道结构北侧有埋深6.5～7.8m、DN1050砼污水管及宽24m、深4.0m的河道渗漏也给出入口施工带来一定安全隐患。

1.4工程重点、难点

（1）结构所处地质条件较差。暗挖通道拱部位于粉细砂层中，土体自稳性较差，开挖中易发生坍塌。

（2）结构下穿50m宽的城市主干道马家堡东路，交通流量大，公交车及货车等大型车辆较多，安全风险大。

（3）结构穿越地下管线较多，尤其是2号暗挖出入口距离北侧河道桥梁结构仅2.8m，由暗挖通道开挖引起的沉降控制严格。主要表现为：拱顶距离管线较近，尤其是采用顶管法施作、长1m/节的DN1950电力管道管底距1号出入口拱顶58cm，距2号出入口拱顶54cm；上水、天然气等有压管线多；北侧河道桥梁由于自身结构原因，桥梁要求的沉降值小。

（4）暗挖通道为上、下坡度大,受坡度影响, 素填土、粉细砂及卵石界面层位置不断变化,界面水对通道开挖施工影响逐渐增大。

（5）暗挖结构短、断面变化多、施工难度大、安全风险大,对注浆质量要求高。暗挖结构总长95m、8个断面，断面变化最大为：拱顶高差1.7m、底部差3.7m，宽度差2m。

2注浆方案比选

超前土层固定原设计为小导管注浆加固方式。超前小导管采用双层φ25水煤气管，导管长度2.5m，环向3根/m，浆液采用水泥-水玻璃浆液。经多年工程实践，该方法取得了成功的经验，并总结出行之有效的工艺、工法，但有时注浆效果不理想。角门东站暗挖通道拱部主要位于粉细砂层，所处地质条件差，周围环境复杂，施工受地下管线、路面交通及河道桥梁的影响较大，安全风险较高，对注浆质量的要求高，需采用效果较理想的注浆方法。二重管无收缩双液注浆能够实施定向、定量、定压注浆，具有渗透力强的特点，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，改变了岩土层的性状，注浆效果好。通过现场勘察比较，采用二重管无收缩双液注浆对暗挖通道周围土体进行加固、止水的施工方案。

3土体加固原理及特点

3．1土体加固原理

二重无收缩WSS工法注浆工艺是通过二重管的端头混合室将两种混合浆液在地层所需加固止水位置喷出，在不改变地层组成的情况下，将地层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。其喷浆特性使该地层粘结力和内摩擦角值增大，从而使地层粘结强度及密度增加，达到加固作用；地层颗粒之间充满了不流动而且固结的浆液后，使地层透水性降低，从而形成相对隔水层达到土体的止水效果。注浆时浆液达到一定压力后，使浆液充填密实土体间的缝隙，从而到达改良土体、堵塞水流通道的物理指标。

3．2特点

1)二重管无收缩WSS工法注浆工艺能够将不同地质情况填充密实，改变原土体和物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，达到土体固结，提高自稳能力。同时，能够一次性完成一个注浆区域的土体加固施工。

2)二次注入材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性注浆液，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，由于这样的操作方法，减少了对周围建筑物的影响。

3)注浆液不会向注入范围外溢出，有利保护地下环境而不被污染。

4)二重无收缩注浆可垂直注浆、倾斜注浆，适当增加注浆压力，可进行水平放射注浆；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。

4关键施工技术

二重管无收缩WSS工法注浆技术随着的材料不同，可分为悬浊型(由A液和C液组成，简称AC液)和溶液型(由A液和B液组成，简称AB液)两种。AB液的强度较低，但止水效果好， AC液强度较高，为了达到加固止水目的，所以采用AB 液和AC液交互使用。

4.1注入材料

无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。无收缩注浆液标准配比如表1、表2所示

表11m3A、C液浆液中材料含量

表21m3A、B液浆液中材料含量

4.2注浆量的计算

由于浆液的扩散半径与砂层孔隙很难精密确定，为准备注浆材料，注浆设计根据现场工程地质、水文条件和注浆方案以及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算，估算公式：

Q=Anα（1+β）

式中：Q总注浆量（m3）、A注浆范围体积（m3）、N孔隙率（%）、α浆液填充系数（0.7～0.9）、β注浆材料损耗系数，nα（1+β）统称为填充率, 填充率按表3选用。

表3填充率选用表

4.3注浆压力

根据地层渗透情况及浆液注入量情况，浆液扩散半径500mm，注入率45%（以实际注浆量为准），凝固时间30～60s(根据地质条件可做相应调整)，加固后土层水泥含量18％～20％，注浆压力一般选定0.3～1.0Mpa。

4.4钻孔布置

根据暗挖结构所处地质情况，为保证通道开挖范围稳定安全，保证地下管线运行正常及道路和桥梁结构安全运营，二重管无收缩WSS工法注浆加固范围为通道外扩2米，洞内辐射注浆，先上后下，先外后内，注浆采用后退式分段注浆。注浆管孔径为φ42、环向间距0.8m、梅花形布置，纵向10m/循环。成孔为小型机械钻孔，并对通道进行背后填充注浆，施工采用AC、AB液注浆。

注浆工艺及要求

（1）定孔位：根据设计要求，对准孔位，不同入射角度钻进，要求孔位偏差为±3cm，入射角度偏差不大于1°，注浆孔间距根据工程地质实际情况确定。

（2）钻机就位：钻机按指定位置就位，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

（3）钻进成孔：第一个孔施工时，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参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于30cm。钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。

（4）回抽钻杆：严格控制提升幅度，每步不大于20cm，匀速回抽，注意注浆参数变化。

（5）浆液配比：采用经计量准确的计量工具，按照设计配方配料。

（6）注浆：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、断面砂层溢浆时，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。

4.6注浆施工

首先应对通道开挖断面进行封堵，2～3d后进行注浆。在距掌子面3m处搭设放置钻机平台，保证钻机移动灵活，使放射孔角度控制在8～1000。使钻杆水平高度距拱顶0.8～1.2m，平台必须牢固平稳。操作机具灵活方便，搅拌机和注浆机合理安放在通道底板上，每步注浆水平深度为10m。配制好的浆液必须先检查凝固时间的可靠性，然后进行喷射注浆，一般喷射量为15～20L／min。在特殊的喷入场合，可以根据需要，将喷射量调至10L／min。

喷射注浆时调整注浆压力，达到水平渗透效果。在进行阶梯回抽时，一般以回抽20～30cm为一个步距。当整个注浆断面完成后，通道可以正式向前开挖。当开挖距注浆端点3m时停止掘进，封堵掌子面进行二次通道内放射性注浆。

5施工控制措施

5.1工程质量措施

（1）钻孔注浆前先对掌子面用C20以上喷射混凝土进行封闭，以保证注浆效果。

（2）钻孔施工

开孔前，严格按照施工设计图布孔并进行复核，钻机定位要准确，钻头点位误差±20mm、孔距偏差±100mm、钻杆角度误差≤1°。钻孔时密切观察钻进尺度及溢水出水情况，出现涌水时，立即停钻，先行注浆止水，再分析原因。确认止水效果后，方可继续钻孔。二重管双液注浆质量控制标准为：注浆压力±5％、注浆量+8％、提升幅度±5mm。

（3）配料计量工具必须经过检验合格，按照设计配方配料。

（4）注浆按照设计的注浆程序施工。进浆量必须准确，严格控制注浆压力、注浆方向，并由专人操作，当压力突然上升或从孔壁、掌子面溢浆以及跑浆时，立即停止注浆，并采取措施，确保注浆量。

（5）注浆全过程应加强施工检查和监测，防止掌子面出水溢浆，发现问题及时处理。

5.2监控量测措施

为保证地下管线运营安全、地面行车安全、周边建（构）筑物安全及工程本身的安全等，对地下管线、地表、河道桥梁及暗挖结构本身进行监测并根据监测结果，及时调整支护参数、施工方法。监测严格执行三级预警机制及位移、速度双控指标。

6 注浆加固效果

通过二重管无收缩浆液WSS工法注浆加固，暗挖通道拱顶部位的粉细砂被挤密，强度提高，界面水被隔离，开挖面干燥。监测结果显示地表累计沉降最大为17.6mm，地下管线累计沉降最大6.5mm、倾斜率0.001，拱顶累计沉降最大5mm，满足规范及设计要求(地表沉降限值30mm，有压管线沉降限值10mm、倾斜率0.002，拱顶沉降限值20mm)，开挖安全有效。

7 结束语

实践证明，二重管无收缩缩浆液WSS工法施工操作空间小；浆液混合液和注浆方向具有随时调节性；在粉细砂层、卵石层采用WSS深孔注浆加固地层和止水效果好，由开挖引起的沉降小，施工安全性高；浆液耗损小，经济效益好。