WSS工法深孔注浆技术在北京地铁中的应用 - 图文

WSS工法深孔注浆技术在地铁施工中的应用

中铁十四局集团有限公司北京地铁八号线项目经理部 毛建彬

内容提要：本文以北京地铁6号线平安里站～北海北站区间1#竖井横通道及过既有线段为例，介绍WSS工法深孔注浆对软弱地层的加固技术。

关键词：深孔注浆 地铁施工 既有线 软弱地层 1. 概述

北京地铁6号线平安里站～北海北站区间采用矿山法施工，在K8+483.333处设置1#竖井横通道，横通道拱顶地质为圆砾卵石层和中粗砂层，区间在K8+495～K8+510处下穿地铁4号线平安里站南端盾构区间。既有线隧道埋深12.4 m，穿越的地层主要为圆砾卵石层、中粗砂层。 6号线区间隧道拱顶与既有4号线盾构区间结构仰拱净距2.613 m，穿越的主要地层为粘土层、粉细砂层、中粗砂层和圆砾卵石层。区间过既有线段设计采用WSS工法深孔注浆加固地层，为保证区间下穿既有线时深孔注浆效果，在1#竖井横通道进行深孔注浆试验段施工，以便过既有线段深孔注浆技术参数的确定。 2. WSS工法深孔注浆技术 2.1. 施工特点

注浆使用二重管无收缩定向旋喷WSS工法，后退式注浆，主要有以下特点：

（1）采用特殊的端点监控器和二重管喷射方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。

（2）可以进行一次、二次喷射切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合喷射。

（3）瞬结性一次喷射和浸透性二次喷射的复合比率，在土层改良时可以自由地设定，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材，可以用压力喷射到均匀的土质颗料之间，由于这样的操作方法，减少了对周围建筑的影响。

（5）由于一次喷射是限制喷身，二次喷入是的渗透喷射，浆材不会向喷入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。

（6）二重管无收缩定向旋喷WSS工法可应用于盾构工程加固土壤、桥墩基础加固、基坑护坡加固及止水、穿越河床隧道与建筑物下隧道加固及止水等。 2.2. 注浆加固止水原理

（1）注浆中，注浆达到一定压力后，在注浆孔周围会产生一定大小的泡体，随着压力的不断增加，在浆液泡体上方的土体会产生一个圆形柱体；另一方面，当浆液泡体的直径d增大时，周围的土体将提

1

供越来越大的阻力。设浆液泡体的向上总压力为Fy，将液泡体的水平总压力为Fx，圆柱形浆液泡体的平面投影面各为Ay，圆柱形浆液泡体的侧面面积为Ax。

则有：Ay??d2/4 Fy?OaAy?O?

Ax?2?d2 Fx?OAx

因为O值唯一，所以Fy的增加与浆液直径d的平方成正比，而Fx的增加与浆液直径d的一次方成正比。因此浆液向上总压力的增加幅度远大于总水平力的增加幅度。在一定压力下，浆液泡体半径达到了一个极限值Rmax，与RL相应的注浆成熟土壤力设为pn，该值时，水平和向上在压力足以使得浆液充填土体间的缝隙，从而改良土体的物理指标。

（2）注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液并使其固结，达到改良土层性状的目的。共注浆特性是使该土层内聚力C，内磨擦角W值增大，从而使地层粘结强度及密度增加，起到加固作用，颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层。 2.3. 深孔注浆材料

采用双重管A、（B）C化学浆液，即A液和B（C）液的混合物，A液为稀释后的水玻璃，B液由硫酸等化学外加剂和水组成，C液由水泥加稀释剂组成。化学外加剂主要是调节浆液的可灌性和混合液的凝结时间，因此在施工现场中，外加剂的添加应根据现场的实际情况进行适当的调整。（B）C液各成分放入搅拌机的顺序依次为：水、化学外加剂，两种浆液在注入之前必须搅拌均匀，并经常检查混合后的浆液凝固时间是否适应现场施工环境。一般施工时A、（B）C化学浆注浆材料配比见表2.3-1A、B化学浆注浆材料配比表和表2.3-2A、C化学浆注浆材料配比表。

A、B化学浆注浆材料配比表 表2.3-1

名称 A液 稀释剂 硫酸 B液 稀释剂 ρ=1 其它化学添加剂根据现场情况添加 350 10%～20% 90%～80% 均为混合剂 现场调配 内容 硅酸钠 密度 ρ=1.37 质量（㎏） 330 溶液 备注 A、C化学浆注浆材料配比表 表2.3-2

A液 硅酸钠（婆美度20oBe’）：330kg 稀释剂：350㎏ 比重 P=1.37 P=1 悬浊液由A、C液组成 C液 水泥425# 341㎏ 稀释剂： 350㎏ 比重 P=1.3 P=1 2

3. 实际施工操作流程 3.1. 工艺流程

深孔注浆施工工艺流程如图3.1

图3.1 深孔注浆施工工艺流程图

3.2. 横通道试验段深孔注浆 3.2.1. 技术参数

横通道试验段深孔注浆对拱顶范围地质进行加固，其地层主要为圆砾卵石层和中粗砂层，注浆效果要求在拱顶形成保护壳，确保横通道的顺利施工。横通道深孔注浆采用WSS工法A、（B）C化学浆液，在拱顶开挖轮廓线上下各0.5m处布设注浆孔各7个（见图3.2-1注浆孔布置图），注浆孔深15m，孔径42mm，采用后退式注浆，具体技术参数如下：

注浆扩散半径：R=1100mm； 注浆压力：0.8～2.2MPa； 入浆率：A、（B）C双液浆约60%； 初凝时间：0.5～2分钟，为速凝注浆；

图3.2-1注浆孔布置图

钻杆回抽幅度：约10～20cm。 3.2.2. 注浆施工 3.2.2.1. 施工准备

为了提供深孔注浆的作业空间并方便施工，待竖井开挖至最低注浆孔下1米（注浆设备高约0.9m）时，在竖井基底预挖1m×1m×0.5m排水池，铺设防水卷材，同竖井底一并挂网（φ6.5@150×150）喷

3

施工横通道二重管管径42mm注浆加固区域射15cm厚混凝土，封闭竖井基底，以便水泵抽排钻孔水从而避免竖井基底被水浸泡。

注浆孔沿竖井施工横通道拱顶开挖轮廓线外0.4米位置布设，共7孔。待竖井基底网喷封闭后，由测量班放样注浆孔位置。然后使用龙门吊将注浆设备吊入井下，安装设备并调试，准备下部分的钻孔注浆。下部分钻孔注浆结束后，搭设脚手架，把注浆设备移至脚手架上施工上部分的钻孔注浆。 3.2.2.2. 注浆程序

注浆采用后退式注浆分段长度为1m～2m，通过钻孔、注A、B浆液瞬结形成分段止浆墙、注A、C液渗透注浆加固前段土体交替循环的方式完成15m的注浆作业。

a．钻孔，采用TXU-150D钻机水平钻孔，钻杆直径42mm，钻孔过程通过操纵仪控制钻杆角度，水平钻孔15m深，根据钻孔水情况判断前方地质状况并做记录，以及时调整钻孔参数并对注浆时浆液配比提供依据。

b．注A、B浆液填充空口管周围空隙并瞬结加固一段土体形成止浆墙，压力控制在0.8～1.2 MPa之间。

c．注A、C浆液渗透注浆，加固止浆墙前段土体，注浆压力控制在1.2～2.2MPa。一段注浆完成后，拔管1m～2m，循环之前注浆步骤直至单孔注浆完成，移至下一孔。（具体注浆步序如图3.2-2单孔注浆步序图）

掌子面1.钻孔，设置注浆管送水2.一次喷射，限制喷身B液A液3.二次喷射，渗透喷射加固后土体C液A液4.回抽注浆，重复2、3步A液B(C)液5.注浆结束喷水钻孔水

3.2.2.3. 注浆设备

WSS工法深孔注浆机具设备包括水平辐射钻机、搅拌器以及注浆泵等，机具设备详见表3.2施工机械设备情况表。

4

图3.2-2 单孔注浆步序图

施工机械设备情况表 表3.2

名称 钻机 连续供料搅拌器 注浆泵 测定仪 地磅 型号 TXU-150D SJB-300 ZBSB-70-11 数量 2 1 2 2 1 备注、 含钻杆Φ42、回转器、变速箱、机架、操纵仪 0.78立方搅拌仓 消音器、测定器具 逆水阀、喷头 500kg 3.2.2.4. 安全措施

a．注浆前,先对注浆设备和管道进行耐压实验,检查系统是否渗漏或有其他不正常现象； b．注浆过程中,特别在高压情况下,要防止喷浆等事故发生； c．注浆完毕后,必须先卸去压力,才能放出剩余浆液和清理设备； d．一旦注浆液溅到皮肤上,应先用乙醇(酒精)洗净,然后用肥皂水清洗。 4. 横通道开挖

横通道开挖严格控制进尺不大于0.5m，分上、下导洞施工，并设置临时仰拱，各导洞预留核心土、上下台阶法施工（见图3.2-3横通道开挖示意图）。

竖井格栅

竖井格栅临时仰拱未开挖土体ｍ

图3.2-3横通道开挖示意图 施工过程中详细记录每步地质情况，为过既有线深孔注浆施工提供技术参数依据。横通道深孔注浆效果见图3.2-3 深孔注浆效果图。

图3.2-3 深孔注浆效果图

5

5. 横通道监控量测数据分析

经过WSS工法深孔注浆对横通道拱顶地层的加固，确保了横通道施工的安全，沉降也得到了有效的控制，通过监控两层分析，横通道开挖期间地表沉降最大点沉降值为5.9mm，地表沉降趋势如图5-1横通道地表特征点与时间关系曲线图；横通道拱顶沉降最大点沉降值为3.0mm，拱顶沉降趋势如图5-2横通道拱顶沉降特征点与时间关系曲线图。 时间(d)-2-15月275月316月46月86月126月166月206月246月287月27月6沉降量（mm）0123456本期沉降值累计沉降值图5-1 横通道地表特征点与时间关系曲线图 横通道拱顶沉降特征点与时间关系曲线图（KGD-K0+8.00）-1-0.507月67月10时间(d)7月147月187月22沉降量（mm）0.511.522.533.5本期沉降值累计沉降值图5-2 横通道拱顶沉降特征点与时间关系曲线图

6. 总结

通过横通道WSS工法深孔注浆施工以及横通道开挖过程中对地质的记录分析，为区间下穿既有线段深孔注浆施工技术参数的确定提供了科学的依据。根据地质资料总结，合理布设区间正线注浆孔、控制注浆压力、调整浆液配比等，平安里站～北海北站区间顺利通过下穿既有线段施工，成为北京地铁六号线第一个通过特级风险源的工程。

WSS工法深孔注浆在地铁软岩加固施工中是一项较成熟的施工工艺,已在北京地铁施工中有不少成功的案例。在工程地质和水文地质条件等同的情况下,运用WSS工法深孔注浆加固围岩,比传统的注浆施工工艺具有效果好、工期短、污染小、机械化程度高等优点,是一种值得推广的施工技术。

6

参阅文献：

【1】《地下工程浅埋暗挖技术通论》 王梦恕 【2】《隧道工程施工要点集》 关宝树.

【3】《北京地铁下穿小月河深孔注浆施工技术》 杨建新 【4】《隧道工程地质》 蒋爵光

【5】《深孔注浆技术在软弱围岩隧道施工中的应用》 王广钟 王立平

7

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g7ox.html