WSS注浆在隧道工程施工中应用

赵 颂

（中铁西北科学研究院有限公司,甘肃 兰州730000）

西安地铁五号线高～劳暗挖区间穿越f4地裂缝破碎带，采用CRD法开挖，开挖范围位于地下水位以下主要地层为黄土、中砂、古土壤、粉质粘土，施工至ZDK29+403（位于地裂缝下盘，距地裂缝5.3m）隧道左侧拱脚处出现涌水涌砂形成空洞。采取对地裂缝主要影响区采取无收缩（WSS工法）注浆工艺加固，隧道最终顺利穿越f4地裂缝。兰渝铁路马家坡隧道第三系富水粉细砂岩隧道施工中出现涌水涌砂后，在经过反复尝试及探索并调整施工方案，也最终应用WSS超前水平注浆的施工方法辅助，采用CRD开挖工法，止水止涌工作取得成功，最终确保隧道顺利贯通。通过对以上两条隧道中应用WSS注浆辅助施工方法发现该工法对砂层、泥岩、黄土等富水地层中隧道施工应用效果良好，采用WSS注浆对前方围岩进行加固起到对围岩预加固、堵水、增加围岩强度作用，降低施工安全风险，确保隧道施工顺利进行。

1 WSS注浆介绍

无收缩注浆（WSS）方法是采用钻机在隧道掌子面周边处按一定的角度布设钻孔，钻孔至预定深度后注浆，浆液由A液和B液（或C液）组成。将以上两种浆液在注浆管端头充分混合，浆液在高压作用下劈裂挤入土体，浆液填充土体颗粒间空隙或土体裂隙并形成条带状浆脉，使其土体固结达到改良土层性状。注浆材料使得地层粘结强度增加，地层密实度增大，使该地层粘结力（c）、内磨擦角值增大，从而起到加固作用；颗粒间隙中充满固结的浆液后，使土层透水性降低，形成隔水层。注浆对前方围岩进行止水止涌的同时起到预加固的作用，对围岩进行补强，降低施工安全风险。

2 WSS注浆适用范围及浆液特点

本工法适用于粉细砂岩、泥岩、黄土、粉质黏土砂层、等低渗透性地层中隧道的堵水、止水、涌水涌砂的治理及隧道超前预加固。WSS注浆是以改良土壤为目的，将不同地质情况的土体填充密实,改变原土体和物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度。

WSS浆液特点如下：（1）快速便捷，注浆设备轻便组装方便快速，浆液强度上升快凝结速度快，浆液固结硬化时间容易调整，短时间浆材强度高，起到堵水和压缩土体，在地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。（2）加固土体可靠性好，注浆效果良好确保了围岩开挖及初期支护施工前提，注浆对前方围岩进行止水止涌的同时起到预加固的作用，避免围岩变化的不确定性，降低施工风险，进行二次补注浆迅速。（3）环保高效，由于浆液凝结快、浆液流失少、固结后不收缩、节约材料，浆液配置材料环保，保护地下水而不被污染。（4）注浆提高地层的强度，也可以达到止水的效果；（5）多方式、多角度布孔加固注浆,减少外界因素对注浆施工的影响。

该注浆工法钻孔及注浆过程连续，注浆完成后即可进行开挖及初期支护的施工，施工中若发现有注浆效果不佳或者仍有小范围涌水涌砂可在支护完成后立即补浆进行二次注浆堵漏及补强，施工方便，干扰因素少。

3 施工设备

WSS注浆施工常用设备（详见下表1）有：钻机、注浆泵（双液）、搅拌机、拌浆桶等；使用的钻杆为同轴双通道二重管，该钻机既可以进行钻进又可以当注浆管使用，在钻进和注浆过程切换方便，施工完成后直接用清水对管路和设备冲洗，再次钻进或者回退操作方便。

表1 常见注浆机械及配套

4 施工工艺与工艺参数确定

WSS注浆施工工艺比较简单，其控制要点在于浆液的调配，要在复杂环境下随时根据现场情况调整浆液配比，以到达最佳注浆效果，WSS超前预注浆工艺流程如下：

1）施工工艺流程为：定孔位→钻机就位→钻孔至设计深度→配制浆体→高压注浆→提升（冲洗管路）→移位，如图1所示。

图1 WSS超前注浆工艺流程图

2）地层中施工参数。WSS注浆孔使用巷道液压钻机定点、定角度钻孔，注浆孔分为辐射孔和中心孔，辐射孔沿开挖轮廓线布置，孔位间距为1.0～1.2m，外插角度控制在 3°～10°，孔深度在 3～9m，注浆孔层与层之间宜0.5～0.8m；水平孔断面中心布置间距 2.0～3.0m， 孔深度在 5～9m。 注浆压力 0.5～3.0MPa，注浆加固范围为隧道开挖范围2m外。WSS浆液的泵入率可达到土体积的10%～25%。

3）浆液的配制。WSS浆液材料有：P.O42.5水泥、水玻璃（波美度40Be）、C液、水。注浆时浆液配比：A液为水玻璃稀释至30Be,水泥∶水=1∶1。浆液配置完成后，用三个不同容器分别存放，避免互相污染，接入各容器浆液泵各自配置，避免混用，用完后及时用清水冲洗。

表1 WSS注浆浆液配比

4）注浆。钻孔达到要求的深度后，采用双液注浆机将浆液接入钻机，注浆机中两路液体分别泵入WSS浆液的分液，分液在孔口附近通过混合阀混合后即开始逐渐。注浆开始时选取B液、C液的混合液体注浆，对钻孔孔口进行及注浆围岩范围外的土体裂隙进行封堵，时间可通过C液中水的体积来调整，凝固时间可控制在0.5～30s之间。待封堵完成后注入A液与B液对围岩土体进行加固，并适当提高注浆压力，以更好劈裂土体在土中形成大范围浆脉，同时达到挤压土体颗粒间隙作用和堵水作用。注浆过程中如有漏浆、跑浆、动水等情况，再次采用B液与C液注浆，对渗漏处进行快速封堵密闭后继续进行A液和B液的注浆，注浆至达到相应的注浆压力后可停止注浆工作。注浆压力0.5～3.0MPa，注浆终压力主要根据注浆地层附近附属物已经周边情况确定，注浆时要注意观察周边地表、附近管线和进行监测，一旦发现异常及时停止注浆，并分析起影响程度，以免造成地表隆起或者对初支结构破坏。

5 注浆效果分析

注浆后掌子面及边墙范围无明显渗漏水情况出现，也可通过钻孔取样或开孔观察注浆效果。浆液在开完轮廓线周边土体中呈脉状分布，掌子面无明显渗水，且开挖轮廓范围土体被固结。加固后的土体具有良好的自稳能力，土体的无侧限抗压强度提升，一般不小于1MPa，加固后的土体渗透系数不大于1×10-6cm/s。掌子面轻微隆起，地下水被从裂隙中被排出并形成止水墙。经现场实测，加固土体的含水量明显下降，土体由流塑状变为硬塑状，力学性质有较大改善，满足了隧道施工的要求。

6 结语

通过在兰渝线富水砂层和西安市地裂缝处粉质黏土隧道中的实践应用，表明WSS注浆工法对富水粉细砂层、富水泥岩、黄土等地层中隧道止水止涌和超前预加固效果良好，安全可靠，无污染，技术先进可行。在以上复杂地质中隧道开挖时采用该方法辅助对隧道围岩超前预加固，提高隧道施工效率，压缩施工工期，降低施工风险，减少经济投入，具有很高的推广前景和应用价值。

献考文献：

[1]地铁暗挖隧道注浆施工技术规程[S].北京中铁隧道集团科学技术研究所，2004-10-09.

[2]张臻.二重管无收缩双液WSS工法注浆技术在基坑施工中的应用[J].建筑技术，2009，40（2）.

[3]范增国，冯超，杨团军.WSS工法注浆止水在富水黄土隧道中的应用[J].中国铁路，2011，（03）.

[4]王志德.WSS工法在城市隧道穿越基础加固工程中的应用[J].施工技术（增），2005：291-295.