城市地铁穿越软弱围岩的注浆加固技术
2015-03-24
0. 前言
本文以广州地铁6号线十一标暗挖区间为背景，暗挖隧道强行穿越流砂层和淤泥质砂层等恶劣地层，开挖前期发生过掌子面坍塌、涌水、涌砂及初衬周边围岩不稳定的现象[1]。本文通过对危险段地层采用注浆加固措施，提高了土体的自稳能力，注浆后掌子面及周边围岩稳定，取得了良好的效果，具有很大的经济效益和社会效益。
1. 工程概况
广州市轨道交通六号线施工十一标黄花岗站～沙河顶站区间处于先烈路下方，呈西南东北走向。左线长830.442m；右线长829.933m，区间线路全长1660.375m。
根据地质详堪及现场施工情况本段隧道地层主要有：<3-2>冲积—洪积中粗砂层；<5-1>可塑或稍密-中密状残积土层；<5-2>硬塑或密实状残积土层。其中<3-2>分部于其它地层内部，遇水软化崩解，呈饱和状，且地下水位高，水流量大。
2. 工程难点
在实际施工中，发现隧道主要位于<5-2>和<6>层，仰拱基本位于<6>层。其中<6>层中含大量细砂岩、粗砂岩、粉砂岩、砾石等，分布广泛但不均匀，在开挖掌子面范围均有出现，主要出现在拱顶、仰拱和拱腰位置，而且在夹层中富含水，透水性很强，围岩开挖后没有自稳能力，成流塑状，极易坍塌，处理稍不及时就会出现大坍塌。经统计，在隧道开挖至80m后，黄花岗方向单线日排水量达到600m3。
因此，如何保证开挖过程中的掌子面稳定及周边围岩稳定成为本工程的难点。
3. 施工技术要点
为解决上述难点，经专家论证及详细计算，决定采用WSS注浆工艺对掌子面及周边围岩加固及止水。
3.1 WSS注浆工艺
二重管无收缩WSS工法注浆工艺是从日本引进的具有国际先进水平的地质改良新技术，其原理是注浆时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[2]；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。而且注浆材料属于环保型，对河流及地下水无任何污染，对于此工程是最有效的施工方法。
WSS注浆工艺施工采用后退式分段注浆，将带有止浆塞的芯管插入到注浆管孔底，顺时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞膨胀，以达到止浆效果。接上注浆管路向注浆管内注浆，浆液在混合浆液区混合，然后通过混合浆液出口渗出进入土体，每次注浆段长选择为0.6m，即第一段注浆完成后，反时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞恢复到原状，将芯管后退0.6m，进行第二段注浆，以此类推，直到将整个注浆段完成。
3.2环向注浆孔布置
根据地层情况确定注浆有效加固范围为初期支护背后3m，形成止水层；注浆孔位梅花型布置，纵横向间距1.2m。钻孔垂直洞壁径向布置。10m为一注浆循环，每一循环注浆为8天。
3.3环向注浆孔布置
除横向布置注浆管外，在隧道纵向布置注浆孔，注浆孔长度12m，满断面梅花型布置。横向间距800mm。
3.4浆液选择
根据工程地质、水文地质、施工方法，注浆材料采用浆液采用AB、AC液双液浆。注浆通过二重管端头的浆液混合器充分混合。
3.5注浆参数
1.注浆压力：0.8-1.5MPa；
2.注浆量：单孔单米≥0.5m3，单孔总注浆量≥8m3；
3.浆液初凝时间：1～2min；
4.浆液扩散半径：1000～1500mm（硬地层为1000 mm，松软地层为1500 mm）。
4. 小结
实践证明，采用WSS注浆工艺，通过对隧道掌子面及周边围岩注浆加固后，极大地改善了土体的物理及化学性质，提高了土体的自稳能力，掌子面及周边围岩稳定，同时，止水效果良好，对道面沉降起到了减小及控制作用 ，有力地确保隧道顺利贯通。
