CN105971638A

CN105971638A - Wss工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用

Info

Publication number: CN105971638A
Application number: CN201510108117.6A
Authority: CN
Inventors: 顾连强; 钟敏; 黄昱; 王友枞
Original assignee: Ranken Railway Construction Group Co Ltd
Current assignee: Ranken Railway Construction Group Co Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-28

Abstract

提供一种WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，WSS工法注浆工艺采用坑道钻机进行深孔注浆加固，先用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆进行土体排水，提高土体的抗渗性；当整个加固体采用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆施工完成后，再用由A液、C液组成的悬浊型浆液前进式注浆进行土体固结，改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度，最终使软弱的土层(主要为砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的土体，以便于开仓检查、更换刀具。

Description

WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用

技术领域

本发明涉及盾构技术，尤其涉及一种WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用。

背景技术

传统的盾构换刀加固方法有搅拌桩法、旋喷桩法、搅拌+旋喷桩法、袖阀管注浆法、人工挖孔桩法等，较为常用的加固方法有搅拌桩法、旋喷桩法、搅拌+旋喷桩法。对于富水砂层，最常用的是旋喷桩法。

双重法高压旋喷是一种气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法。即用一层喷射管使空气横向喷射，并切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土由地表排除；与此同时，另一个喷嘴将水泥浆低压力喷射注入到被切割、搅拌的地基中，使水泥浆与土混合达到加固目的，其加固直径可达800～2000mm。

采用双重法旋喷施工时先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，应立即停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。双重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射，除可延长喷射距离、增大切削能力外，也可促进废土的排除，减轻加固体单位体积的重量。

以我公司承建的深圳地铁7号线7301-1标的盾构区间龙井站为例进行说明，现有技术的实施方案中，基岩段砂层加固和换刀区加固原则上统一采用旋喷格栅+压密注浆综合加固方式。每一旋喷格栅为宽3.5m，长4m设置；压密注浆孔采用梅花形布置，间距为1m。如图7所示。

区间基岩段砂层加固总长度约为452.35m，其中左线砂层处理分4段进行，处理总长度231.75m；右线分4段处理，处理总长度为220.6m。砂层加固范围宽度方向8m（沿隧道方向），深度为隧道基岩面以上至隧道顶以上3m。

换刀点地层加固范围为沿隧道方向4m，宽度方向8m，深度为隧道顶以上3m，隧道底1米的范围进行。

本工程施工范围位于交通量较繁忙的深圳龙珠大道上，根据《孤石处理和地层加固交通疏解方案》要求，施工时双向六车道只能占用一车道，因此根据现场施工条件对旋喷格栅+压密注浆进行优化，使其占用一车道时将旋喷格栅+压密注浆施工完毕。

现有技术的实施方案存在以下缺点：

1.高压旋喷桩属于传统施工工艺，广泛应用于淤泥质土、粉土、粘土地层，但是对于地下水丰富地区、含砂量较高地区适应性较差。龙井站西端头地下水位稳定在4～8m，地层中富含中粗砂和砂质黏性土，且粉质粘土中也含少量砂，因此分析判断在该地层中采用高压旋喷桩加固，将达不到理想的效果。

2.该方案施工期间，需要大量出碴（含泥水泥浆），车辆运输期间稀碴洒落路面，污染道路环境。

3.从目前深圳地铁7号线盾构出洞情况看，采用高压旋喷桩加固会出现大量涌水涌泥，风险较高。

4.造价偏高，桩机的垂直度偏差控制较难，桩间止水控制较差，对于上软下硬地层不适应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WSS工法（无收缩双液注浆改良土体工法）在富水砂层盾构换刀加固中的应用。WSS工法注浆工艺适用于复杂的复合地层，它能够将不同情况的地层填充密实，改变原土体的物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度和抗渗性能。

WSS工法注浆工艺采用坑道钻机进行深孔注浆加固，先用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆进行土体排水，提高土体的抗渗性；当整个加固体采用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆施工完成后，再用由A液、C液组成的悬浊型浆液前进式注浆进行土体固结，改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度，最终使软弱的土层(主要为砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的土体，以便于开仓检查、更换刀具。

优选的，所述A液为水玻璃，所述B液为磷酸，所述C液为水泥浆。

优选的，加固方式为：所述坑道钻机先进行化学浆液注浆（后退式），后进行双液浆注浆加固（后退式）。

优选的，加固体范围为：地面下6m至中微风化花岗岩，隧道掘进方向长5m，宽9m。

优选的，注浆孔布置为：沿所述隧道掘进方向布置6排注浆孔，共计66孔，四周密排布孔位，间距0.85 m～0.9m，中心部分孔位布置原则上间距1m，梅花形布置。

优选的，加固深度为：在所述6排注浆孔中，第1、2、3排注浆孔位于盾构机上方，深度为10.5m～16.0m（沿盾构机轮廓变化）；第4排注浆孔位于盾构机刀盘前方约1m，深度为14.0m；第5排注浆孔位于盾构机刀盘前方约2m，深度为14.0m；第6排注浆孔位于盾构机刀盘前方约3m，深度为16.0m。其中，第2排注浆孔位于刀盘切口环后边0.28m。如图4、图5和图6所示。

优选的，所述隧道埋深为10.82～16.82m。

优选的，所述隧道自上而下地质情况为：0～3.7m为素填土，3.7～5.6m为细砂，5.6～9.2m为中砂，9.1～9.2m为孤石，9.2～13.5m为砂质、砾质黏性土，13.5～14.3m为孤石，14.3m以下为全、强、中、微风化花岗岩。

本发明采用无收缩双液注浆，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工程需要进行调整，该浆液材料性能分析如图1所示，其中，A液=水玻璃（45Be〃）：水=1:1；B液=磷酸：水=1:10；C液=水泥（42.5R普通硅酸盐水泥）：水=1:1；A液：B液=1：1；A液：C液=1：1。

注浆时，可根据现场实际情况适当调整配合比，并适当加入特种材料以增加可灌性和堵水性能，提高止水效果。无收缩注浆液具有以下特点：

1.固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注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易。

3.地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能，浆液不易溶解，具有止水效果。

4.浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要调整。

5.浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水无污染。

在本发明的实施方案中，注浆量与注浆压力的控制方法如下：

一、注浆量

（1）根据计算公式确定注浆量

由于浆液的扩散半径与土孔隙很难精密确定，根据该区段隧道工程地质、水文条件和注浆效果以及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算。

注浆量的估算公式按下式进行：

Q=Anα

式中：Q----注浆量（m³）；

A----注浆范围体积（m³），按扩散半径2m计算（该段地层软弱，且经过扰动）；

n----孔隙率，砂层取40%，砂质、砾质黏性土取30%，全强风化花岗岩取25%；

α----浆液填充率，砂土层取50%，砂质、砾质黏性土取40%，全强风化花岗岩取30%；

砂层注浆体积（每延米）Q =3.14×2²×40%×50%=2.51m³

砂质、砾质黏性土注浆体积（每延米）Q =3.14×2²×30%×40%=1.51m³

全强风化花岗岩注浆体积（每延米）Q =3.14×2²×25%×30%=0.94m³

（2）根据经验值确定注浆量

第1、5、6排注浆孔的注浆量（每延米）=土体积=3.14×0.75²=1.76m³

第2、3、4排注浆孔的注浆量（每延米）=2倍土体积=3.14×2×0.75²=3.52m³

综合以上结论，每孔的注浆量如表3-1所示。

表3-1 每孔注浆量（每延米）

二、注浆压力

根据地层性质，地层水土压力，盾构机刀盘主轴承密封性能对注浆压力计算，注浆压力暂定为0.3MPa～0.35MPa。注浆期间采用注浆压力和注浆量双重控制，即注浆量达到设计值或注浆压力达到设计值，可停止注浆。

主要注浆参数如下：注浆孔直径：73mm；浆液扩散半径：2m；浆液凝结时间：20s～30s；注浆压力：0.3～0.35Mpa；每次提杆长度：0.3～0.4m。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有明显的有益效果，主要体现在以下四方面：

1.本发明施工工艺具有广泛的地层适应性，尤其针对富水含砂层和富水含砂量较大的地层有其特殊的土体固结效果。

2.本发明注浆工艺在龙珠区间换刀点加固施工中的应用，其效果是十分明显的，可以将富水砂层有效的进行土体固结，也可以将地下水堵在加固区之外。

3.本发明实施方案所用材料和人工成本与原方案持平，但无需破除路面，也无需出碴，减少了碴土外运量，减轻地面环境污染。

4. 本发明实施方案利用坑道钻机从地面进行深孔注浆与其它加固方法相比，具有体积小、时间短、点地面积少，加固深度大，加固范围小，加固质量好、经济效益显著等优点，而且机械设备简单，不需要采用国外进口设备，易操作。

附图说明

图1 是本发明中浆液材料性能分析图；

图2 是本发明中注浆平面范围与注浆孔位布置图；

图3 是本发明中加固土体范围图；

图4 是本发明中第1排注浆孔加固土体范围图（阴影部分为加固体范围）；

图5 是本发明中第2排注浆孔加固土体范围图（阴影部分为加固体范围）；

图6 是本发明中第3排注浆孔加固土体范围图（阴影部分为加固体范围）；

图7是现有技术中旋喷格栅+压密注浆示意图。

附图标记说明：

1-盾构机；2-刀盘；3-旋喷桩；4-注浆孔

具体实施方式

为方便本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。

本发明的目的在于提供一种WSS工法（无收缩双液注浆改良土体工法）在富水砂层盾构换刀加固中的应用。

WSS工法注浆工艺采用坑道钻机进行深孔注浆加固，先用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆进行土体排水；当整个加固体采用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆施工完成后，再用由A液、C液组成的悬浊型浆液前进式注浆进行土体固结。

所述A液为水玻璃，所述B液为磷酸，所述C液为水泥浆。

所述坑道钻机先采用化学浆液进行后退式注浆，后采用双液浆进行后退式注浆加固。

加固土体范围为地面下6m至中微风化花岗岩，隧道掘进方向长5m，宽9m。

沿所述隧道掘进方向布置6排注浆孔，共计66孔，四周密排布孔位，间距0.85 m～0.9m，中心部分孔位布置原则上间距1m，梅花形布置。

在所述6排注浆孔中，第1、2、3排注浆孔位于盾构机上方，深度为10.5m～16.0m（沿盾构机轮廓变化）；第4排注浆孔位于盾构机刀盘前方约1m，深度为14.0m；第5排孔位于盾构机刀盘前方约2m，深度为14.0m；第6排注浆孔位于盾构机刀盘前方约3m，深度为16.0m。其中，第2排注浆孔位于刀盘切口环后边0.28m。如图4、图5和图6所示。

所述隧道埋深为10.82～16.82m。

所述隧道自上而下地质情况为：0～3.7m为素填土，3.7～5.6m为细砂，5.6～9.2m为中砂，9.1～9.2m为孤石，9.2～13.5m为砂质、砾质黏性土，13.5～14.3m为孤石，14.3m以下为全、强、中、微风化花岗岩。

需要强调的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，WSS工法注浆工艺采用坑道钻机进行深孔注浆加固，先用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆进行土体排水；当整个加固体采用由A液、B液组成的溶液型浆液后退式注浆施工完成后，再用由A液、C液组成的悬浊型浆液前进式注浆进行土体固结。

2.根据权利要求1所述的WSS工法在富水砂层盾构端头加固中的应用，其特征在于，所述A液为水玻璃，所述B液为磷酸，所述C液为水泥浆。

3.根据权利要求1或2所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，所述坑道钻机先采用化学浆液进行后退式注浆，后采用进行双液浆进行后退式注浆加固。

4.根据权利要求3所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，所述加固体范围为地面下6m至中微风化花岗岩，隧道掘进方向长5m，宽9m。

5.根据权利要求4所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，沿所述隧道掘进方向布置6排注浆孔，共计66孔，四周密排布孔位，间距0.85 m～0.9m，中心部分孔位布置原则上间距1m，梅花形布置。

6.根据权利要求5所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，在所述6排注浆孔中，第1、2、3排注浆孔位于盾构机上方，深度为10.5m～16.0m，深度沿盾构机轮廓变化；第4排注浆孔位于盾构机刀盘前方约1m，深度为14.0m；第5排注浆孔位于盾构机刀盘前方约2m，深度为14.0m；第6排注浆孔位于盾构机刀盘前方约3m，深度为16.0m，其中，第2排注浆孔位于刀盘切口环后边0.28m。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，所述隧道埋深为10.82～16.82m。

8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的WSS工法在富水砂层盾构换刀加固中的应用，其特征在于，所述隧道自上而下地质情况为：0～3.7m为素填土，3.7～5.6m为细砂，5.6～9.2m为中砂，9.1～9.2m为孤石，9.2～13.5m为砂质、砾质黏性土，13.5～14.3m为孤石，14.3m以下为全、强、中、微风化花岗岩。