郑州市轨道交通5号线WSS无收缩双液注浆技术成果

以南阳路站西端头（沙口路站—南阳路站区间接收端头）及五龙口出入场线左线接收端头加固为例。

1.工程地质

工程区域内地貌单元为山前冲洪积缓倾平原地貌，场地30～40 m深度范围内地层主要为第四系上更新统（Q3）地层，主要地层为砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土，夹有粉细砂。

根据本区间现场钻探所揭示的地层情况，结合地貌特征。本场地55 m以上地基土均属第四系（Q）沉积地层。在垂直方向上55 m范围内分布有第四系全新统人工堆积层杂填土（）和第四系上更新统冲洪积物（）、第四系中更新统坡洪积物（）。

2.水文地质

本区间的地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水。含水层岩性以黏质粉土、粉质黏土及细砂为主，勘察期间地下水初见水位埋深为19.70～25.80 m，稳定水位埋深为19.20～25.30 m，变幅1.0～2.0 m。目前本区地下水受郑州市开采影响，地下水位变化受人为控制，据调查场地近3～5年地下水最高埋深为17.10～21.10 m，历史最高水位埋深为12.1～16.10 m。

3.原设计概况

1）南阳路站西端头加固设计概况

南阳路站西端为沙南盾构接收端，采用φ800@650三重管高压旋喷桩进行端头加固，并预留1～2个降水井设置条件。竖向加固范围为隧道顶板以上3 m至底板以下3 m，平面加固范围为盾构隧道结构轮廓线左右各3 m，纵向加固长度为8 m，如图6.3.1、6.3.2所示。

图6.3.1　南阳路站西端头加固平面图

图6.3.2　南阳路站西端头竖向加固图

2）出入场线区间左线端头加固设计概况

左线盾构接收出洞端采用φ800@600三重管高压旋喷桩加固，其中加固体与接收井围护结构之间的空隙采用φ800@500三重管高压旋喷桩充填，加固长度为8 m，加固水平范围为隧道左、右各3 m，纵向范围为隧道上、下各3 m，如图6.3.3所示。

图6.3.3　出入场线区间左线端头加固平面图

4.变更原因

1）南阳路站西端头加固变更原因

南阳路站西端头管线多、场地受限，无法满足旋喷桩的施工，故将旋喷桩加固变更为WSS无收缩双液注浆技术对此洞门范围内进行全断面注浆加固。南阳路站西端头管线平面图如图6.3.4所示。

图6.3.4　南阳路站西端头管线平面图

2）五龙口出入场线左线端头加固变更原因

（1）左线端头旋喷桩加固深度约39 m，根据以往施工经验，高压旋喷桩加固深度在25 m左右效果最好，然后随加固深度的增加，旋喷桩质量控制较难，无法较好地保证加固施工质量。

（2）盾构井采用围护桩＋第一～六层混凝土支撑（含圈梁）＋第七层钢支撑支护体系，中间穿插施工大基坑第一～十层锚索。已完成基坑锚索施工，若进行旋喷桩施工将会损坏锚索，大基坑开挖施工时产生较大安全隐患。因此采用WSS无收缩双液注浆技术对洞门范围内进行全断面注浆加固

5.注浆加固工艺流程

采用二重管钻机钻进至预定长度，采用同步双液注浆机注浆，浆液共有三种即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥浆），A液先后与B液、C液混合，形成A、C液（水泥和水玻璃混合液）和A、B液（水玻璃和磷酸混合液），其原理先用AB液将土层颗粒中的水强迫排除，再通过AC液使土层黏结力、内摩擦角增大，从而起到加固隔水的作用。整个注浆加固流程如图6.3.5所示。

图6.3.5　注浆加固流程图

6.注浆孔的布置及注入顺序

采用环形布置，共设置4环，环与环间距为0.8 cm，孔与孔的间距为0.8 cm，如图6.3.6所示。

图6.3.6　注浆孔布置图(www.xing528.com)

钻孔的顺序是先钻外圈，后钻内圈，内孔还可以作为检查孔。注浆时由上到下。

7.注浆量计算

由于浆液的扩散半径与围岩孔隙很难精密确定，只能按以往施工经验及隧道工程地质、水文条件、注浆压力进行注浆量的计算及浆液注入量控制。每个洞门总注浆量

式中：A为注浆范围体积，单位m3；n为孔隙率（%）；α为浆液填充系数，取值0.7～0.9；β为注浆材料损耗系数，取值1.2。设计中，nα（1＋β）统称为填充率，填充率按表6.3.2选用。

表6.3.2　填充率选用表

8.注浆压力的选定

注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量及经济性。因此，正确确定注浆压力和合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与围岩孔隙发育程度、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。

（1）按已知的地下水静水压力计算。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：

式中：p为设计注浆压力（终压值），单位MPa；p′为注浆处静水压力，单位MPa。

（2）根据注浆处地层深度计算。设计注浆压力（终压值）：

式中：H为注浆处深度，单位m；K为由注浆深度确定的压力系数，按表6.3.3取值。注浆深度一般为19～25 m，因此K的取值取0.016。

因此注浆压力取值范围为0.304～0.4 MPa。现场施工过程中注浆前在同等地质条件下，试注浆并记录注浆数据，根据试注浆施工记录及注浆效果确定最终确定注浆压力及配合比。

表6.3.3　压力系数取值表

9.注浆后效果检测

注浆施工结束后，在洞门处打探孔。探孔主要分布为洞门上部、中部及底部分别开设3个深度为5 m的探水孔，探水孔完成后观察是否有明水流出。如有明水流出则需继续注浆止水加固。

10.施工质量保证措施

（1）钻孔：

① 布孔：严格按照施工设计图布孔并进行复核。

② 钻机定位：定位准确，钻头点位误差≤20 mm。钻杆垂直度误差≤1°。

③ 钻孔：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。

（2）配料计量工具必须经过检验合格按照设计配方配料。

（3）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、地面溢浆以及跑浆时，立即停止注浆。应采取措施解决并确保注浆量。

（4）由专人负责每道工序的操作记录。

（5）注浆全过程应加强施工检查和监测，监测施工地段的地面沉降。

11.加固效果

经过采用WSS双液注浆技术，端头加固质量达到了预期效果，盾构机安全出洞，保障了5号线洞通的节点目标，取得了一定的经济效益，也为后续施工提供了宝贵的经验与参考价值。图6.3.7为盾构机顺利接收。

图6.3.7　盾构机顺利接收