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摘要文章主要介绍WSS无收缩注浆工法及其在东莞~惠州城际轨道交通GZH-3标盾构施工中的应用。
关键词WSS无收缩注浆 上软下硬 开仓换刀
中图分类号： TU74 文献标识码： A
随着社会经济发展，道路交通拥挤，环境污染已逐渐成为每个城市不容忽视的問题，为减轻道路交通压力，保护环境，轨道交通已成为我国公共交通发展之根本。纵观珠三角城际轨道交通规划蓝图，WSS无收缩注浆工法在未来存在很好的市场发展前景。目前国内外在隧道拱顶埋深小于20m的砂层中对盾构法施工掌子面加固方式已较为成熟和多样化。但对埋深大于20m且围岩稳定性较差的盾构法施工掌子面有效的加固施工经验尚浅，文章通过对WSS无收缩注浆工法的全面介绍以及在莞惠城际轨道交通GZH-3标盾构施工中的应用进行分析，总结施工经验，以期在后期施工过程中能更有效的确保换刀作业安全和提高盾构施工有效时间。
工程实况：莞惠城际交通轨道GZH-3标始发井至东城南站区间，左线全长1346米，其中左线全断面硬岩地层占总长67%；右线全长1346米，其中全断面硬岩地层占全长68%。该区间左线DK19+400处隧道拱顶埋深23.2m，围岩为上软下硬，此处裂隙水极及其发育，隧道中心线向上1.5m至拱顶范围内全为全风化混合片麻岩，遇水崩解，掘进过程中伴随掉块、坍塌、涌泥现象，给隧道正常掘进和开仓换刀带来很大安全隐患，并极大影响了施工进度。
1WSS无收缩注浆工法
1.1工法简介
WSS是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步双液注浆机注浆。浆液有三种，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C（水泥浆），A液先后与B液、C液通过二重管端头的浆液混合器充分混合分别合成AB液（水玻璃与磷酸混合液）、AC液（水玻璃与水泥浆混合液）。其方法是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。其原理是先通过AB液将土层颗粒间的水强迫挤出，再利用AC液使该土层粘结力 (c)、内磨擦角()值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，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。
1.2主要设备、材料及人员配置
1.2.1主要设备
1）注浆钻机
图1 ZLJ-250煤矿用坑道钻机 图2 钻杆
2）注浆泵及搅拌器
图3 注浆泵 图4 双层搅拌器
1.2.2主要注浆材料
注浆材料为AB液（水玻璃—磷酸）、AC液（水玻璃—水泥浆）。水玻璃模数2.6，水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。水玻璃—磷酸体积比50:1，水玻璃—水泥浆体积比1:1，水泥浆水灰比为1:1（重量比）。
1.2.3人员班组
每套注浆设备配备2工班轮流作业，每班6人，具体分工见下表。
表1WSS注浆工班人员分工表
1.3 注浆工艺流程
钻孔完毕后，先注AB液，终浆压力为1.7MPa，持续10min，待钻杆外壁无流水溢出，即可停注AB液；再注AC液，终浆压力为2.1MPa，待终浆压力注浆持续10min后，该孔注浆即可完毕，可移至下一注浆孔位钻注作业。钻注流程如下：
图5注浆流程图
1.4 注浆参数
1.4.1 浆液配比选定
①一般选用浆液配比：
AB混合液中，水玻璃：磷酸（体积比） = 50 ：1；
AC混合液中，水玻璃：水泥浆（体积比）= 1 ：1；
水泥浆液水灰比，水：水泥（重量比）= 1 ：1；
AC液的凝结时间一般选45s。
②特殊情况调整的浆液配比
调整原则：根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。若长时间注浆压力无变化，且注浆量大，则先适当调高AC混合液中的水玻璃量，以缩短凝结时间（调整至20s以内即可），再适当调高AC混合液中的水泥浆量，同时适当调高注浆压力；
1.4.2 AB浆液注浆终压选定
根据WSS无收缩注浆原理，注AB浆液是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。结合现场注浆经验，拟取AB浆液的注浆终压为1.7MPa。
1.4.3 AC浆液注浆终压选定
注浆参数在施工过程中根据实际情况随时调整。注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。通常情况下按如下经验式计算：
①按已知的地下水静水压力（全风化地层一般取0.5MPa）计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即
P’＜P＜(3-5) P’
式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）
P’- 注浆处静水压力（Mpa）
由上公式计算可得注浆终压P=1.5~2.5MPa，结合现场实际，拟取2.1MPa为注浆终压。
②根据注浆处地层深度计算
P=KH
式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）
H - 注浆处深度（m）
K - 由注浆深度确定的压力系数
压力系数K的取值如表示：
表2 K值表
由上公式计算可得注浆终压P=0.5~0.75MPa，拟取最大值0.75MPa为注浆终压。
综合①②拟取注浆终压值，故选定注浆终压为2.1MPa。根据现场经验，
1.4.4扩散半径
浆液扩散半径：其与注浆压力和浆液浓度、地层的渗透系数等有关。浆液扩散范围一般为1.0m。
1.4.5注浆结束标准
注浆量越来越少，达到注浆终压后注浆压力骤升时，即可结束注浆。
1.4.6单孔注浆耗时
根据现场施工实际，单孔注浆耗时较长，一般为1.5天/孔，如遇注浆点存在空洞等情况，单孔注浆时间将延长。
1.5 注意事项
(1)每次注浆前检修好设备，确保管路连接牢固和压力表正常，防止注浆过程中爆管事故。
(2)钻孔时，密切观察溢水出水情况，如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，孔底位置偏差应小于30cm。
(3)注浆开始前、结束后要高档位冲洗注浆管路，防止注浆管路堵塞；
(4) 所用浆液原材料必须具有合格证书，且经现场取样试验合格后方可使用。配制浆液时严格按照制浆要求按顺序投料，非经技术指导后不得随意增减各原料投放数量；
(5) 注浆施工现场用水供应必须充足，可在掌子面附近设置一储水罐。用水应干净清洁，不得含有杂物，以防堵管或影响浆液配比。
(6)注浆过程中，要保持注浆管路畅通，并及时清洗注浆连接件、注浆变头等，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。
(7)注浆过程中密切观察注浆压力表，并根据实际情况调整浆液配比及注浆压力，以确保注浆效果。如注浆压力骤升，应引起重视。若停止检查未发现有堵管现象，且重接注浆管后注浆压力仍出现骤升，可结束该孔注浆。
2WSS无收缩注浆工法的应用
2.1工程简介
莞惠城际GZH-3标左线DK19+400处围岩上软下硬，此处裂隙水极及其发育，隧道中心线向上1.5m至拱顶范围内全为全风化混合片麻岩，遇水崩解，掘进过程中伴随掉块、坍塌、涌泥现象，给隧道正常掘进和开仓换刀带来很大安全隐患，并极大影响了施工进度。
2.2WSS无收缩注浆优点
① 钻孔注浆一体，在绝大多数地质情况下均可顺利成孔注浆，前进式或后退式均可使用；
② 注浆完成后，掌子面能明显看到水泥浆液纹路，有明显的止水及加固效果；
③ 坑道250钻机可进行360°旋转，可对局部水量大的地方进行注浆止水加固；浆液分管进入拟定加固区，避免了浆液提前混合导致扩散半径减小及注浆过程中堵塞注浆管路；
④ 注浆止水加固效果好，既能有效防止开挖和开仓换刀过程中发生坍塌、涌水、涌泥，提高隧道掘进的施工安全性，同时能对建（构）筑物和地面沉降进行快速控制，减小对建（构）筑物的影响，另外注浆止水充分体现了城市地下隧道“以堵代排”的治水理念，防止出现因长期洞内失水造成地下水位下降从而引起地表下沉或坍塌的发生。
⑤施工噪音小，需要的作业空间小，文明施工容易控制，对当地居民影响小。
2.3 可能存在风险
①注浆施工中涉及的重要原材料磷酸(H3PO4)，属于中强酸，具有一定的腐蚀性其运输、使用、存放等环节存在一定安全风险，因此要需加强防护措施，保护作业人员施工安全。磷酸具有的化学性质、可能产生的风险及防护措施见下表：
表3磷酸风险等级分类及防护措施
②实践发现，本地层通过WSS后退式注浆加固后，掌子面自稳时间在20h左右，若开仓换刀时间过长且掌子面封堵不牢固，易发生掌子面坍塌的情况，对开仓换刀作业的安全性有一定影响，建议本工法在换刀点加固时作为带压换刀的辅助措施使用。
3结语
本标段目前已完成上软下硬地层中掘进285米。前期掘进过程中由于施工经验不足，在换刀过作业中效率低下，且出现过掌子面坍塌的险情，但通过对前期施工的经验及教训进行分析总结，提出上软下硬地层中盾构施工换刀作业采用WSS无收缩注浆工法加固措施，目前已取得良好的效果。
参考文献：
[1] 张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道.北京：人民交通出版社，2004.
[2] 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.北京：中国科学技术出版社，2006.
[3] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2004.
[4] 杨我清，张凤祥.盾构工法与工程地质条件的关系.上海隧道.1995.1.
关键词WSS无收缩注浆 上软下硬 开仓换刀
中图分类号： TU74 文献标识码： A
随着社会经济发展，道路交通拥挤，环境污染已逐渐成为每个城市不容忽视的問题，为减轻道路交通压力，保护环境，轨道交通已成为我国公共交通发展之根本。纵观珠三角城际轨道交通规划蓝图，WSS无收缩注浆工法在未来存在很好的市场发展前景。目前国内外在隧道拱顶埋深小于20m的砂层中对盾构法施工掌子面加固方式已较为成熟和多样化。但对埋深大于20m且围岩稳定性较差的盾构法施工掌子面有效的加固施工经验尚浅，文章通过对WSS无收缩注浆工法的全面介绍以及在莞惠城际轨道交通GZH-3标盾构施工中的应用进行分析，总结施工经验，以期在后期施工过程中能更有效的确保换刀作业安全和提高盾构施工有效时间。
工程实况：莞惠城际交通轨道GZH-3标始发井至东城南站区间，左线全长1346米，其中左线全断面硬岩地层占总长67%；右线全长1346米，其中全断面硬岩地层占全长68%。该区间左线DK19+400处隧道拱顶埋深23.2m，围岩为上软下硬，此处裂隙水极及其发育，隧道中心线向上1.5m至拱顶范围内全为全风化混合片麻岩，遇水崩解，掘进过程中伴随掉块、坍塌、涌泥现象，给隧道正常掘进和开仓换刀带来很大安全隐患，并极大影响了施工进度。
1WSS无收缩注浆工法
1.1工法简介
WSS是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步双液注浆机注浆。浆液有三种，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C（水泥浆），A液先后与B液、C液通过二重管端头的浆液混合器充分混合分别合成AB液（水玻璃与磷酸混合液）、AC液（水玻璃与水泥浆混合液）。其方法是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。其原理是先通过AB液将土层颗粒间的水强迫挤出，再利用AC液使该土层粘结力 (c)、内磨擦角()值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，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。
1.2主要设备、材料及人员配置
1.2.1主要设备
1）注浆钻机
图1 ZLJ-250煤矿用坑道钻机 图2 钻杆
2）注浆泵及搅拌器
图3 注浆泵 图4 双层搅拌器
1.2.2主要注浆材料
注浆材料为AB液（水玻璃—磷酸）、AC液（水玻璃—水泥浆）。水玻璃模数2.6，水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。水玻璃—磷酸体积比50:1，水玻璃—水泥浆体积比1:1，水泥浆水灰比为1:1（重量比）。
1.2.3人员班组
每套注浆设备配备2工班轮流作业，每班6人，具体分工见下表。
表1WSS注浆工班人员分工表
1.3 注浆工艺流程
钻孔完毕后，先注AB液，终浆压力为1.7MPa，持续10min，待钻杆外壁无流水溢出，即可停注AB液；再注AC液，终浆压力为2.1MPa，待终浆压力注浆持续10min后，该孔注浆即可完毕，可移至下一注浆孔位钻注作业。钻注流程如下：
图5注浆流程图
1.4 注浆参数
1.4.1 浆液配比选定
①一般选用浆液配比：
AB混合液中，水玻璃：磷酸（体积比） = 50 ：1；
AC混合液中，水玻璃：水泥浆（体积比）= 1 ：1；
水泥浆液水灰比，水：水泥（重量比）= 1 ：1；
AC液的凝结时间一般选45s。
②特殊情况调整的浆液配比
调整原则：根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。若长时间注浆压力无变化，且注浆量大，则先适当调高AC混合液中的水玻璃量，以缩短凝结时间（调整至20s以内即可），再适当调高AC混合液中的水泥浆量，同时适当调高注浆压力；
1.4.2 AB浆液注浆终压选定
根据WSS无收缩注浆原理，注AB浆液是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。结合现场注浆经验，拟取AB浆液的注浆终压为1.7MPa。
1.4.3 AC浆液注浆终压选定
注浆参数在施工过程中根据实际情况随时调整。注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。通常情况下按如下经验式计算：
①按已知的地下水静水压力（全风化地层一般取0.5MPa）计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即
P’＜P＜(3-5) P’
式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）
P’- 注浆处静水压力（Mpa）
由上公式计算可得注浆终压P=1.5~2.5MPa，结合现场实际，拟取2.1MPa为注浆终压。
②根据注浆处地层深度计算
P=KH
式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）
H - 注浆处深度（m）
K - 由注浆深度确定的压力系数
压力系数K的取值如表示：
表2 K值表
由上公式计算可得注浆终压P=0.5~0.75MPa，拟取最大值0.75MPa为注浆终压。
综合①②拟取注浆终压值，故选定注浆终压为2.1MPa。根据现场经验，
1.4.4扩散半径
浆液扩散半径：其与注浆压力和浆液浓度、地层的渗透系数等有关。浆液扩散范围一般为1.0m。
1.4.5注浆结束标准
注浆量越来越少，达到注浆终压后注浆压力骤升时，即可结束注浆。
1.4.6单孔注浆耗时
根据现场施工实际，单孔注浆耗时较长，一般为1.5天/孔，如遇注浆点存在空洞等情况，单孔注浆时间将延长。
1.5 注意事项
(1)每次注浆前检修好设备，确保管路连接牢固和压力表正常，防止注浆过程中爆管事故。
(2)钻孔时，密切观察溢水出水情况，如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，孔底位置偏差应小于30cm。
(3)注浆开始前、结束后要高档位冲洗注浆管路，防止注浆管路堵塞；
(4) 所用浆液原材料必须具有合格证书，且经现场取样试验合格后方可使用。配制浆液时严格按照制浆要求按顺序投料，非经技术指导后不得随意增减各原料投放数量；
(5) 注浆施工现场用水供应必须充足，可在掌子面附近设置一储水罐。用水应干净清洁，不得含有杂物，以防堵管或影响浆液配比。
(6)注浆过程中，要保持注浆管路畅通，并及时清洗注浆连接件、注浆变头等，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。
(7)注浆过程中密切观察注浆压力表，并根据实际情况调整浆液配比及注浆压力，以确保注浆效果。如注浆压力骤升，应引起重视。若停止检查未发现有堵管现象，且重接注浆管后注浆压力仍出现骤升，可结束该孔注浆。
2WSS无收缩注浆工法的应用
2.1工程简介
莞惠城际GZH-3标左线DK19+400处围岩上软下硬，此处裂隙水极及其发育，隧道中心线向上1.5m至拱顶范围内全为全风化混合片麻岩，遇水崩解，掘进过程中伴随掉块、坍塌、涌泥现象，给隧道正常掘进和开仓换刀带来很大安全隐患，并极大影响了施工进度。
2.2WSS无收缩注浆优点
① 钻孔注浆一体，在绝大多数地质情况下均可顺利成孔注浆，前进式或后退式均可使用；
② 注浆完成后，掌子面能明显看到水泥浆液纹路，有明显的止水及加固效果；
③ 坑道250钻机可进行360°旋转，可对局部水量大的地方进行注浆止水加固；浆液分管进入拟定加固区，避免了浆液提前混合导致扩散半径减小及注浆过程中堵塞注浆管路；
④ 注浆止水加固效果好，既能有效防止开挖和开仓换刀过程中发生坍塌、涌水、涌泥，提高隧道掘进的施工安全性，同时能对建（构）筑物和地面沉降进行快速控制，减小对建（构）筑物的影响，另外注浆止水充分体现了城市地下隧道“以堵代排”的治水理念，防止出现因长期洞内失水造成地下水位下降从而引起地表下沉或坍塌的发生。
⑤施工噪音小，需要的作业空间小，文明施工容易控制，对当地居民影响小。
2.3 可能存在风险
①注浆施工中涉及的重要原材料磷酸(H3PO4)，属于中强酸，具有一定的腐蚀性其运输、使用、存放等环节存在一定安全风险，因此要需加强防护措施，保护作业人员施工安全。磷酸具有的化学性质、可能产生的风险及防护措施见下表：
表3磷酸风险等级分类及防护措施
②实践发现，本地层通过WSS后退式注浆加固后，掌子面自稳时间在20h左右，若开仓换刀时间过长且掌子面封堵不牢固，易发生掌子面坍塌的情况，对开仓换刀作业的安全性有一定影响，建议本工法在换刀点加固时作为带压换刀的辅助措施使用。
3结语
本标段目前已完成上软下硬地层中掘进285米。前期掘进过程中由于施工经验不足，在换刀过作业中效率低下，且出现过掌子面坍塌的险情，但通过对前期施工的经验及教训进行分析总结，提出上软下硬地层中盾构施工换刀作业采用WSS无收缩注浆工法加固措施，目前已取得良好的效果。
参考文献：
[1] 张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道.北京：人民交通出版社，2004.
[2] 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.北京：中国科学技术出版社，2006.
[3] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2004.
[4] 杨我清，张凤祥.盾构工法与工程地质条件的关系.上海隧道.1995.1.