盾构区间端头加固二重管无收缩定向旋喷WSS工法

一、工程概况

1.1 工程简介

xx地铁xx东延段工程土建xx-1标燕—盾区间以盾构井为始发井，沿线穿越荔枝公园、市委北花园，下穿多层车库及机关游泳池后绕经xx人大会堂沿振华路到达燕南站。本区间里程YDK30 836.893～YDK29 705.025，全长1131.868延米。本区间隧道最大线路纵坡为15.639‰,最小纵坡为2‰，最小平面曲线半径为400m，隧道拱顶埋深为11.5m～24.5m，沿盾构方向一路均为上坡。

1.2到达端工程地质

1.2.1各地层岩性

<1-1>人工素填土（Q4ml）

褐黄、红褐、灰黑、灰白等色，主要由粘性土混少量砾砂或石块组成，结构松散至稍密，路面表层多为混凝土及垫层，局部夹有生活垃圾。区间范围内分布较广泛，厚度变化起伏较大，厚1.00～7.00m。

<5-1-2>粉质粘土（Q4al pl）

灰色，软塑，由粘粒组成，具粘性，底部0.20m含粉砂。呈透镜体分布，厚0～1.00m。

<5-2-2>细砂（Q4al pl）

灰黄、浅黄、灰黑色等色，饱和，松散～中密，主要由长石、石英组成，砂质成分变化较大，偶含细圆砾，一般含少量粘性土，局部夹淤泥质土或粉质粘土透镜体。区间范围内分布较广泛，主要分布于人工填土或淤泥质土之下，局部分布于地表，多透镜体状，厚度0～2.60m。

<8-2>砾质粘性土（Qel）

褐红、褐黄夹灰白色及肉红色，可塑状，由下伏基岩残积而成，原岩结构清晰可辨，可塑，光滑，摇振反应无，干强度中等，粘性一般，夹有石英颗粒，局部含石英颗粒较少过渡为砂质粘土。具一定临空面或动水作用下易软化崩解。区间范围内多呈片状或透镜体状分布，厚约0～11.20m。

<9-1>全风化花岗岩（γ53）

褐黄，褐红，灰白，肉红等色为主，局部为灰褐色，原岩结构基本破坏，尚可辨认，裂隙极发育，岩芯呈坚硬土柱状，手捏可碎，浸水可捏成团，具一定临空面或动水作用下易软化崩解，偶尔夹强风化岩块或角砾。区间范围内呈层状分布于残积层与强风化之间，厚度变化较大，厚度约1.60～12.50m，顶面埋深6.75～21.00m。

1.3水文地质条件

区间范围地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及砂（砾）质粘土层中。地下水埋深为0～5.30m，以孔隙潜水为主，局部地段微承压。主要由大气降水补给，水质易被污染。

1.4到达端头地下管线布置

到达端头地下管线复杂，下有给水管、燃气管道、雨水管道、污水管、电力电信线路等。

二、编制依据

2.1甲方提供的本工程施工现场布置图及其它有关图纸、说明。

2.2《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）

2.3《土建注浆施工与效果检测》。

2.4《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002）

2.5《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-2018）

2.6《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）

2.7我公司多年采用从日本引进的具有国际先进水平的地质改良技术和设备，并结合近年来类似工程成功经验。

三、施工方案

3.1二重管无收缩定向旋喷WSS工法的特点：

3.1.1采用特殊的端点监控器和二重管喷射方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。

3.1.2可以进行一次、二次喷射切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合喷射。

3.1.3瞬结性一次喷射和浸透性二次喷射的复合比率，在土层改良时可以自由地设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。

3.1.4二次喷射材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性浆材，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，由于这样的操作方法，减少了对周围建筑物的影响。

3.1.5由于一次喷射是限制喷射，二次喷入是的渗透喷射，浆材不会向喷入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。

3.2土壤加固及止水原理：

喷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材并使其固结，达到改良土层性状的目的。其喷浆特性是使该土层粘结力（C）、内磨擦角（φ）值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙充满了不流动而且固结的浆材后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层。

土壤加固后强度：卵石层达到25～30kg/㎝2、细中砂层达到15～20kg/㎝2、粘土层达到10～12 kg /㎝2；止水系数可达到：K=10-7㎝/s～10-8㎝/s。

3.3浆材分类：

二重管无收缩定向旋喷桩WSS工法随着材料的不同，可以分为悬浊液型和溶液型两个工法。在实际施工时，可根据地质状况、设计要求从这两种类型中选择出更切合实际的工法，以达到更佳的喷入效果。

3.3.1悬浊液型浆材适用范围：

1）软弱粘性土；

2）松驰冲积砂复合层；

3）砂砾层的前处理；

4）裂隙及其它空隙；

5）人为造成的松驰地盘。

3.3.2溶液型浆材适用范围：

1）洪积砂层；

2）改良前缝隙大、松驰的冲积砂层；

3）改良前缝隙大的砂砾层。

3.4喷入材料特性

无收缩浆材属于安全性、高渗透性的喷浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。无收缩浆材分为超高强度型CT-1#、高强度型CT-2#、普通型CT-3#三种类型。

3.4.1无收缩浆材特点：

（1）固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的浆材也具有很高强度。

（2）渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。

（3）地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。

（4）浆材强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。

（5）浆材不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染。

3.4.2标准浆材的性质：

比重（20OC）

粘度（cps/20OC）

PH值

A液

B液

A B液

A液

B液

A B液

A液

B液

A B液

CT-1#

1.30

1.05

1.18

18.1

1.8

4.2

1.3

11.5

7.5

CT-2#

1.26

1.04

1.15

12.0

1.4

4.2

1.5

11.2

7.2

CT-3#

1.20

1.03

1.12

4.1

1.4

2.4

11.5

1.4

7.2

3.4.3 CT-固结体的透水系数：

CT-1#

CT-2#

CT-3#

透水系数k（cm/s）

1×10-8

1×10-7

1×10-6

3.4.4无收缩浆材标准配比如下表所示：

种类

CT-1#

CT-2#

CT-3#

A液

（200L）

改性水玻璃（L）

150

130

100

水（L）

100

B液

（200L）

GS（L）

H剂（L）

2～5

2～8

4～7

水（L）

剩余量

C液

（200L）

水泥（L）

H剂（L）

C剂（L）

2～4

2～6

3～7

Xpm剂（L）

5～7

水（L）

剩余量

3.4.5喷浆效果的持久性：

二重管无收缩定向旋喷WSS工法，由于采用有针对性的特殊材料，其效果的耐久性比其他喷浆办法的更为持久。喷浆后其效果的耐久性比较好。

3.5二重管无收缩定向旋喷WSS工法注入率的考虑方法：

对于水玻璃浆材来说，如果施工加压力，容易引起体积（收缩）的变化，而对于二重管无收缩定向旋喷桩WSS工法来说，施工加的压力使浆材成流线型，这样能使浆材有效地喷入到地层中，并产生相当高的强度，以达到喷入目的。从二重管无收缩定向旋喷WSS工法发明以来取得的成功的事例上分析，喷如率和喷入效果存在着差异，一般以1.0～1.5Mpa或3.0～5.0Mpa压力考虑，喷入率可达到土的体积的45%～60%。

3.5.1工程注浆材料配比单：

1）其特性对地下水而言，不易溶解；

2）对不同地层，凝结时间可调节；

3）对含砂层能控制浸透距离；

4）高强度、止水；

WSS无收缩工法加固注浆浆液配比：

A液

B液

C液

MC液

硅酸钠25L

（水玻璃）

水

Gs剂 8.5kg

P剂 4.5kg

DHP剂 6.7kg

GOX剂 7.1kg

水

水泥 200kg

DHP剂 2.6kg

GOX剂 2.2kg

XPM剂 2.4kg

水

MC超细水泥150kg

DHP剂 5.6kg

GOX剂 4.2kg

XMP剂 5.4kg

MC:水=1:1.2

100

注：溶液由A、B液组在；悬浊液由A、C组成、MC液

注:1、A液水：硅酸钠=1：1 2、A液：C液=1：1 3、硅酸钠密度1.37

3.6施工工序

在钻杆端点装有管内混合器，使浆材混合。如果达到所定的深度，内管的喷气浆关闭，以进行横喷射。用注浆泵注A、B（C）两液分别入外管和内管，并在二重管的端端头混合室内混合，通过滤网在水平方向实行喷射，使浆材能浸透到地层中。

盾构区间端头加固二重管无收缩定向旋喷WSS工法（盾构管片二次注浆头）

注浆加固布孔图

3.6.1注浆施工步骤：

成孔（深度3m～12m）—连接管路—开机注浆—压力达到2Mpa—停止注浆—终孔—等待浆液初凝—用双快水泥封堵孔口（封孔）。

3.6.2注浆参数控制

1）注浆孔位间距控制在1.2m，注浆孔层与层之间间距为0.8m，打入角度为9度。

2）注浆加固范围为隧道范围外2m范围。

3）注浆压力控制在0.5～2Mpa。

4）外围注浆孔注浆量控制在8～10 m3，内侧注浆量控制在10～11 m3。

3.6.3注浆加固要求

1）加固后的土体具有良好的自稳能力。

2）注浆后，土体的无侧限抗压强度不小于1Mpa。

3)加固后的土体应满足抗渗要求，渗透系数不大于1*10-6cm/s。

注：具体注浆加固孔位布置见附图。

3.7主要的机械设备：

[机械] [器具] [其他]

钻孔机旋转二重管排水处理装备

喷浆混合器喷头测定器具

注浆泵混合器凝胶时间测定仪

电磁式压力流量计逆止阀 PH值测定仪

消音器

WSS工法施工机械配置见下图：

盾构区间端头加固二重管无收缩定向旋喷WSS工法（盾构管片二次注浆头）

3.8二重管无收缩定向旋喷WSS工法施工的特点：

3.8.1在喷浆的过程中，喷浆管不回转，不会发生浆材溢流现象，并且对土层具有很强的渗透性。喷入范围可人为控制。

3.8.2在二重管的端头设置的浆液混合器中，A、B（C）无收缩浆材可以完全地混合，均匀的喷入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且可以实行复合喷入施工。

3.8.3被混合的浆材，加压后可以在水平方向进行喷射。

3.8.4施工从钻孔到喷浆完毕，可以连续进行。

3.8.5喷入材料从水玻璃到二氧化硅等胶状体几乎全部可以使

用。

3.8.6对于任何土层都可以进行喷射。

3.9二重管无收缩定向旋喷WSS工法的应用范围：

由于二重管无收缩定向旋喷桩WSS工法是定压、定量、定向地进行地基基础的处理，因此可进行各类型地基基础、岩土工程的基坑加固处理及护坡施工、各类型暗挖隧道的加固及止水、建筑物及构筑物沉降与倾斜的定向抬高及纠偏等施工。如盾构工程加固土壤、桥墩基础加固、基坑护坡加固及止水、穿越河床隧道与建筑物下隧道加固及止水等是最为常见的土壤加固施工。

4 工程质量保证体系

在本工程注浆施工中，应以严格组织管理体系和科学严谨的质量体系来保证工程质量。

4.1质量控制

4.1.1工程质量严格按照本工程制定，并经甲方和监理工程师认可的施工方案执行，严格按国家有关技术规范、规程、标准控制施工。

4.1.2根据施工程序，严把钻孔深度、配料注浆压力、注浆量关，每一道工序均安排专人负责，并记录好每一道工序的原始数据。

4.2工程质量保证制度

4.2.1成立工程项目经理为责任的质量管理小组，完善质量保证体系，严格执照质量体系中规定的责权要求运行。

4.2.2定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任心强经验丰富的工程师担任质量控制人员，实行监督检查，保证工程质量。

4.2.3加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。

4.2.4配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、作为评价工程质量的重要依据。

4.2.5加强与甲方、监理的配合，认真接受指导和监督。

4.3工程质量保证措施