西安地铁二号线永宁门到钟楼盾构区间联络通道地质情况较复杂, 在老黄土地层中夹细砂透镜体, 且地下水位高于隧道埋深约10m。在进行联络通道施工前, 为保证施工安全, 采用了二重管无收缩WSS注浆工法, 对联络通道周围土体进行了加固处理, 深度为10m, 3~5m为一循环, 预留2m止浆墙, 采用洞内辐射程控注浆工艺。
主要原理是:注浆时, 浆液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, 形成劈裂式注浆, 达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层粘结力 (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;颗粒间隙中充满固结的浆液后, 使土层透水性降低, 形成隔水层。
无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料, 固结硬化时间可根据实际需要进行调整。浆液按强度可分为CT-1#、C T-2#和C T-3#三种。
(1) 固结硬化时间易调整, 硬化时间长的浆液也具有很高强度。
(2) 渗透性良好, 特别是对微细砂层的渗透性优佳。
(3) 地层中有流动水的情况下也具有很强的固结与止水性能。
(4) 浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据需要任意调整。
(5) 浆液不流失、固结后不收缩, 硬化剂无毒, 不会造成污染。
施工时根据地层情况配制溶液型或悬浊型浆液;通过调节浆液配比和注浆压力来控制浆液的凝结时间和注入范围。溶液型或悬浊型浆液均采用双液浆, 其配比如表3所示, 其中A、B双液组成溶液型浆液, A, C双液组成悬浊型浆液。悬浊型浆液以水泥为主, 掺加注入性强的添加剂, 适用于软弱粘性土、松散砂层、砂砾石层的裂隙的填充。溶液型浆液以水玻璃为主, 掺加注入性强的添加剂, 适用于密实的砂层、砂砾石层改良的后处理等。浆液中的添加剂一方面改良浆液, 增强浆液的注入性;另一方面降低浆液凝固后的收缩性, 确保注浆和止水效果。针对不同的地层, 注浆时可先进行限制性注浆, 浆液凝结速度快, 可根据凝结时间确定注浆范围。然后进行渗透注浆, 使浆液在地层中分布均匀。限制性注浆和渗透注浆可以自由切换, 从而适用于各种复杂的地层。
(1) 二重管无收缩WSS注浆工艺能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, 而且注浆材料属于环保型, 对河流及地下水无污染。
(2) 采用特殊的端点监控器和二重管注入方式, 使注入设备简单, 具有很高的可靠性、经济性。
(3) 可进行一次、二次注入切换, 达到复合注入的目的, 并且可以根据不同土体的性质随时调整瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率, 达到加固土体的效果。
(4) 一次注入为限制浆液, 二次注入为渗透浆液, 注浆不会向注入范围外溢出, 从而有利保护地下环境。
(5) 根据地面环境分别采用地面垂直、地面斜向和洞内垂直、洞内斜向等多种方式进行加固注浆, 减少外界因素对注浆施工的影响。
由于浆液的扩散半径与砂层空隙很难精密确定, 故根据隧道工程地质、水文条件和注浆方案及所选用的材料, 对注浆量进行估算。估算公式:
式中:Q为总注浆量, m3;A为注浆范围体积, m3;N为孔隙率, %;α为浆液填充系数 (0.7~0.9) ;β为注浆材料损耗系数。
公式中nα (1+β) 统称为填充率, 填充率按 (表4) 选用。
注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝结时间有关, 目前均按经验计算。经验公式如下。
(1) 按已知的地下静水压力计算, 设计的注浆压力为静水压力的2~3倍, 最大的可达3~5倍。
(2) 根据注浆地层深度计算:P=KH
P为设计注浆压力, MPa;H为注浆处深度, m;K为由注浆深度确定的压力系数。
压力系数K的取值如表5所示。
定孔位:对准孔位, 不同入射角度钻进, 要求孔位偏差为±3cm, 入射角度偏差不大于1°。根据浆液在土层内渗透情况, 确定注浆孔的间距, 一般情况下700mm的间距即可保证渗透效果。
钻机就位:指定位置就位, 调整钻杆的垂直度。对准后, 钻机不得移位, 也不得随意起降。
钻进成孔:要慢速运转, 掌握地层对钻机的影响情况, 以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况, 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, 孔底位置应小于30cm, 同一注浆孔的多向注浆间隔施工。
回抽钻杆注浆:在进行注浆的时候边注浆边根据压力与注浆量的变化回抽钻杆, 严格控制提升幅度, 一般每步不大于15~20cm, 匀速回抽。注浆一定要按程序施工, 每段进浆要准确, 注浆压力要严格控制在0.15~0.3MPa。当压力突然上升或从孔壁溢浆, 应立即停止注浆, 采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。土、砂层容易造成坍孔时, 采用前进式注浆或往返式注浆, 否则采用后退式注浆;每段注浆量应严格按设计进行。
注浆完成后, 封堵注浆眼, 保证注入的浆液不溢浆跑浆。
在不能确保浆液凝固效果的地层, 应施工一段实验段, 检查浆液配比后的注浆效果。对注浆固结完的底层, 在进行暗挖施工时, 也应做好抢险准备。
在进行地下洞内注浆时, 应巡视地面的情况。由于不同地质的关系, 地层可能存在缝隙, 易发生浆液沿着缝隙上行, 顶裂地面的情况, 应适时调整注浆压力和采用间断注浆方式。
由于注浆压力一般为0.3MPa左右, 注浆前, 要用喷射混凝土将掌子面封闭, 厚度为200~300cm。在进行盾构区间联络通道注浆加固时, 要严格按照设计要求施工洞内的刚性支撑, 确保管片稳固。
(1) 凿岩台车、钻机、注浆泵及高压管路必须试运转, 确认机械性能和各种阀门管路、压力表、流量计完好。
(2) 每次注浆前, 要认真检查安全阀、压力表的灵敏度, 并调整到规定压力位置。
(3) 安装高压管路和泵头各部件时, 各丝扣的联接必须拧紧, 确保连接完好。
(4) 注浆过程中, 禁止现场人员在注浆孔附近停留, 防止注浆眼或阀门破裂伤人。
(5) 注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、口罩和手套等劳保用品, 防止浆液侵害皮肤。
二重管无收缩WSS工法适用于多种地层加固, 具有广泛的应用前景, 在西安地铁二号线13标盾尾刷更换前的地基土体加固以及10标北大街盾构吊出井涌砂涌水处理等都进行了应用, 取得了不错的效果。
摘要：结合西安地铁二号线施工, 介绍采用二重管无收缩WSS注浆工法对联络通道周围土体加固处理, 为WSS工法在黄土地区地铁施工提供了参考经验。
关键词：地铁隧道,WSS工法,注浆,施工技术
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