WSS 全断面注浆技术在地铁暗挖隧道中的应用分析

门 超

（中铁二十局集团南方工程有限公司，陕西 西安 710016）

0 引言

在地铁建设的过程中，对水资源进行科学有效的治理可谓重中之重，就近年发生的地铁故障或施工事故来看，70%的事故其原因都与地下水有关，包括隧道挖进过程中突发性大量涌水、基础泡软拱顶沉降侵限、周边建（构）筑物沉降开裂、管道受压断损等[1]。因此，能在工程地质、水文地质、周边环境等条件的影响下，做到隧道安全施工、地面减少沉降、水资源治理效果良好，地铁建设便成功了一半。本文结合西安地铁六号线二期钟大站区间暗挖工程施工，对WSS 全断面注浆技术在暗挖工程施工中起到的土体加固及止水防水的效果进行研究分析。

1 工程概况

西安地铁六号线二期19 标钟楼站-大差市站区间（后简称为钟大站区间）暗挖工程地质情况，为第四系弱透水的黏性土（新黄土、古土壤、粉质黏土），地下水位较浅；同时周边存在大量建（构）筑物，地表浅层中也埋藏多处管线、管网。因此，考虑到防水、止水和土体加固，左线设计未选择盾构法，而是采用WSS 全断面注浆方案进行暗挖施工。

钟大站区间暗挖工程施工时，不仅会在隧道内进行集中排水，还会对岩体进行注浆防水，即使用浆液对周围岩层及相关土体进行渗透、充填和压密，增大土层的粘结力（）和内摩擦角（）值，使加固土体渗透系数小于1×10-6cm/s，进而降低其透水性，形成相对隔水层；同时在注浆后，不同土层的强度也会有所增加，如注浆加固后，卵石层强度将达到25～30kg/cm3，细中砂层达到15～20kg/cm3，黏土层达到10～12kg/cm3，从而起到稳定隧道内部、控制地表岩层沉降、处理地下水的作用。

2 WSS 全断面注浆技术

2.1 基本情况

当下，国内常用的注浆施工方法多为静压注浆、袖阀管注浆、高压旋喷、深层搅拌等，此类工艺大都为经过多年的工程实践经验总结得出，各有其特点和适用范围。但随着工程的多样化以及施工面日渐复杂，部分注浆工艺已不适合某些特殊工程。有鉴于此，国内工程引进了WSS 全断面注浆技术，并在大型城市地铁建设的实际应用中取得了不错的成绩。

WSS 全断面注浆技术起源于日本，后被广泛引用。WSS 注浆意为无收缩双液注浆，主要采用二重管钻机与同步注浆机等设备，施工时依靠二重管钻机进行钻孔直至预定深度，之后使用同步注浆机进行注浆。浆液有两种，主要通过二重管设备端头的浆液混合器充分搅拌均匀，最后采用电子监测设备进行定向、定量、定压注浆，进而提高地下岩层缝隙中的浆液饱和度，以此达到最大的固化效果，从而改变岩土层实时性状。

2.2 技术特点

（1）作为钻孔设备的二重管钻机，不仅可以直接作为钻杆钻孔以达到预定深度，还可以通过其管头装有的30cm 混合器，进行双浆液的充分搅拌而后注浆，节省了施工设备的投入成本，也在有限的工作面内提高了设备的利用率。

（2）就注浆管而言，其他注浆工艺中所采用的设备，时常发生注浆管卡死或浆液溢流的现象。而WSS全断面注浆技术独有的二重管钻机注浆管正反旋转均可，并能够做到浆液的充分、均匀混合，从根源上避免了注浆过程中发生与设备相关的问题。

（3）注浆过程更加可控。WSS 全断面注浆所使用的双浆液，分为溶液型和悬浊型两种，对地下岩层都有着很强的渗透能力。因此，通过调节浆液的配合比和注浆压力，做到注浆过程的人为操控，包括注浆范围、注浆量、浆液凝固时间、单一或复合注浆等，以满足不同的施工要求[3]。

（4）与其他注浆工艺相比，以特殊端点监控器和二重管注浆方式为代表的WSS 全断面注浆技术，操作更为便捷，效率更高；其次是注浆材料的多样性，可以为水泥、水玻璃，也可以是冰醋酸、二氟化硅系胶负体，没有其他注浆工艺设备存在的材料方面的局限性。

（5）该工艺适用范围更广，能将不同地质情况的土体填充密实，改变原土体物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，且注浆设备能做到长时间持续作业。

（6）WSS 全断面注浆技术环保性更好。其注浆材料属于环保型，对河流及地下水无污染。而且注浆设备可以根据不同土体的性质，随时调整限制性一次注浆液与渗透性二次注浆液的复合比率，在达到土体加固效果的同时，保证浆液不会溢出注入范围，从而保护地下环境。

2.3 适用范围

（1）隧道及地下工程，如隧道施工、地下工程周围土层改良、隧道及地下工程的掘进洞口地层加固、地下管线的保护等。

（2）深基坑工程，如保护深基坑外的建筑物或地下管线而进行的注浆加固、控制深基坑土层周边地下水而进行的注浆堵水或排水等。

（3）既有或拟建建（构）筑物的加固工程，如为提高地基的承载力而进行的基础地层注浆改良、为改善建（构）筑物的沉降量、沉降差和沉降速率而做出的注浆加固等。

3 WSS 全断面注浆技术的工程应用

3.1 注浆原则

依据施工要求，注浆时,浆液需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,使土层颗粒间的空隙充满浆液的同时并使其固结，进而形成劈裂式注浆,以达到改良土层性状的目的。

3.2 WSS 注浆工法

（1）钻孔注浆流程。钻孔注浆的流程如图1 所示。

图1 钻孔注浆流程图

（2）钻孔。除非极特殊地层需要另外的钻机进行提前引孔，大多数情况下，依据工程实际情况确定钻孔位置与孔间距、孔深后，便可直接使用二重管钻机进行钻孔。

（3）注浆系统调试。当钻机将钻杆（注浆管）以旋转前进的方式送至预定深度后，可进行注浆系统的连接，并在注浆管中注入清水，使其从端头混合器内流出，以此观察浆液混合器端头是否堵塞。如果一切正常，可在后盘按工程需求进行浆液的批量调制备用，从而保证注浆的连续性。

（4）注浆。采取压力注浆时，需专心操作设备，以调整压力值；当其与预定压力值相符时，再缓慢回抽钻杆（注浆管）30～50cm；之后根据工程要求，每孔由上至下或由下至上，多孔时要注意孔序和孔排布，能够达到浆液扩散时的重叠效果，从而做到对漏注区的预防。

（5）注浆结束时回收注浆管并清洗干净。

（6）注入浆液的强度、硬化时间、渗透能力等，需要根据工程实际要求进行调整，必要时可选择性加入硬化剂、缓凝剂等外加剂。

（7）注浆过程中，要确保浆液不流失，浆液冷却固化后不收缩，硬化剂、缓凝剂等外加剂无毒害，注浆过程对周边环境和地下水资源不造成污染。

3.3 注浆前的准备工作

（1）对工程做出具体分析和地质研究，确定其地下土层材质，便于对注浆施工面的范围作出准确地划分。此外，还要对工程周边的建（构）筑物进行预测评估，尤其是注浆施工区域对建（构）筑物的影响距离，地下管线管网的布置等。

（2）做好地下水资源的治理预案。要将隧道施工工作和水资源处理工作结合起来，以便为选择注浆材料、确定浆液调和比例和注浆深度提供参考条件。

（3）对注浆的各项参数和浆液配比，进行科学化地测试。这就要求施工人员需采用准确的计量工具，按照既定配方配料施工。同时，根据现场实际的地质条件，及时调整浆液悬浊液和溶液的注入比例，确定最佳的浆液配合比，以保证暗挖隧道的稳固性和施工质量。

（4）加工导管并布置注浆孔洞和孔间距。在钟大站工程中，结合现场实际情况，确定WSS 全断面注浆孔直径为42mm，孔间距为600mm×600mm，扩散半径1m，注浆压力为0.3～1MPa，浆液选用AC、AB 组合浆液（具体成分见下述），并且在钟大站盾构区间（暗挖段）两端出车站端头约150m 处，采用止水模式，以10～15m为一个循环，同时预留2m 的止水墙，保证土体加固和防水效果满足矿山法开挖要求。

（5）材料要求。由于注浆技术适用工程范围的特殊性，所以，在选择浆液时，要关注浆液的以下几方面特性：安全性高、渗透性强；固化时间容易调整，浆液强度较高；浆液渗透性好，尤其是对于地下微细砂层；即使地层中存在流动水，也具备很高的固结性能等特性，如超高强度型CW-3A，高强度型CW-3B 和普通型CW-3C 三种材料类型。以钟大站工程为例，注浆浆液为悬浊型浆液AC 液和少量化学溶液型浆液AB 液，其中A液为硅酸钠溶液，B 液为Gs、P、H、C 剂及水等的组合液，C 液为水泥、外加剂、水等的组合液，回抽注浆过程中两种浆液交替使用。

3.4 注浆施工控制要点

（1）做好注浆施工过程中的测量放线工作，须依据注浆的深孔孔深进行布置，测量放线面为注浆孔分布的开挖工作面，排除其他区域的误差，以此增加测量放线本身的准确性。

（2）参考注浆准备时所收集的各项数据，进行施工方案设计，实现合理化的作业平台建设工作，以确保地基的承载力度与支架的承载力度和固定程度，进而为WSS 全断面注浆技术的有效应用打下坚实的基础。

（3）做好二重管钻机和同步注浆机的安装工作。在作业平台建设完成后，根据注浆工作面的区域，对二重管钻机和同步注浆机进行安装及位置和角度的调整，并在注浆工作面上，对注浆孔的位置和深度进行再次确定；之后便可采用二重管钻机进行钻孔试注浆，待钻孔试注浆全部结束后，对孔洞进行检查，保证孔口不会出现漏浆等问题。

（3）注意试注浆检测和注浆质量要求。试注浆是对整个注浆前准备工作和注浆开始过程中的方案有效程度、以及方案准确性的检测。如果试注浆后所得的结果与预案不符合，则可以进行及时地调整，将成本损失和时间损失降到最低。另外，在进行正式注浆时，要按照注浆孔洞所起到作用的重要程度，分清注浆主次。同时，还要对施工面及时进行现场压力测试，从而对注浆比例作出轻微的调整，最大限度保证注浆效果。正式注浆完成后，还需要进行效果检测，可以通过检测孔进行检测，也可以抽取检测孔周边土层，对暗挖隧道进行效果检测，当效果检测达标时，便可在灌浆孔上安装控制水量的阀门，从而为暗挖隧道工程的顺利进行奠定基础。

（4）及时观察周围建（构）筑物的沉降状况。在地下工程，尤其是地铁的暗挖隧道施工过程中，发生地表沉降在所难免，主要是由于盾构的推进，会使得前方土体挤压变形，进而在盾构外层与土层间形成剪切滑动面，从而产生剪切应力，引起地表变形。因此，施工人员所能做的，就是及时观察建（构）筑物的沉降程度，并将沉降所带来的影响降到最低。

3.5 注意事项

（1）钻机布孔。一是布孔，须严格按照施工设计图进行布孔，同时根据现场实际情况，做到对孔位的及时复核和修正。二是钻机定位，根据WSS 全断面注浆技术要求，钻头点位定位时，误差需在20mm 之内，钻杆垂直度误差在1°以内。

（2）浆液、原材料和配料所使用的计量工具，必须经过严格检验并确认合格，减小由原材料引起的注浆效果偏差。

（3）严格控制注浆进程。注浆方向、注浆量、注浆压力等都需由专人操作，尤其是要确保每次注浆时，注浆本身的压力值都始终大于水本身的压力值3 倍左右，当突然出现压力上升、溢浆跑浆或涌水时，应立刻停止注浆并采取解决措施，以确保注浆效果。

（4）由专人对注浆过程中的每道工序进行详细记录，同时加强注浆施工过程的检查和监测，以避免地面出水溢浆、施工地段地面隆起或沉降。

3.6 注浆施工效果

经钟大站盾构区间（含暗挖段）工点设计单位、监理单位及施工单位，对钟大区间小里程暗挖隧道注浆止水效果进行联合巡查得知，通过WSS 全断面注浆止水后，掌子面土体已无渗漏水现象，并在对掌子面后方土体破除后观察，发现注浆止水效果较好。

4 结束语

综上所述，通过WSS 全断面注浆技术对岩层进行加固来降低隧道中的含水量，可实现地铁建设施工的安全性和稳定性。为进一步保证WSS 注浆工艺的实施效果，还需要在注浆时结合隧道所处的施工环境、实际工程地质与水文地质情况，选取科学合理的浆液类型、浆液原材料，在确保注浆措施起到良好的防水加固效果的同时，还要降低其带来的不利影响。钟大站盾构区间（含暗挖段）通过WSS 全断面注浆止水后，掌子面土体已无渗漏水现象，并在对掌子面后方土体破除后观察，发现注浆止水效果较好。随着我国基础设施建设的发展，WSS 全断面注浆技术值得被更广泛的推行。