WSS无收缩注浆科技论文

1、中铁十一局城轨公司基础公司WSS后退式双液加固注浆施工论文课题名称WSS后退式双液分段注浆房屋加固及盾构沿线原状地层加固单位：基础公司部门：基础公司工程部作者：来小旭项目： 基础公司指导：职称：WSS无收缩注浆工法及应用一、WSS无收缩注浆工法1、工法简介WSS是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步注浆机注浆。浆液有三种，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C（水泥浆），A液先后与B液、C液通过二重管端头的浆液混合器充分混合分别合成AB液（水玻璃与磷酸混合液）、AC液（水玻璃与水泥浆混合液）。其方法是在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫

2、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。其原理是使该土层粘结力 (c)、内磨擦角(j)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。2、主要设备、材料及人员配置2.1主要设备2.1.1注浆钻机设备表1-注浆钻机主要设备配件表名称型号单位配置数量单价(元)重量(kg)外形尺寸mm生产厂家主要参数标准备注注浆钻机ZLJ-250 台113850048012306001185立轴最大转矩250Nm立轴通径44mm终孔直径50mm钻孔最大深度75m钻孔角度 0360立轴转速120/192/340r

3、/min额定起拔力12KN额定给进力9KN油泵额定压力8MPa 油泵型号 YBC-12/80 电机型号YBK2-112M-4 电机转速1440r/min 电机功率4kw 已自制脚架，并预留吊装穿绳孔钻杆根2051010.5L=2m.t=3.25, =44mm双层(含钻杆接头、中间细杆)配备总长50m钻头个51100.75长10cm，=50mm合金(Wu钢)钻头钻头正面钻头侧面钻杆接头正面钻杆钻杆连接钻杆接头2.1.2注浆泵及搅拌器表2-注浆泵及搅拌器主要设备配件表名称型号单位配置数量单价(元)生产厂家重量（kg）外形尺寸(mm)主要参数标准备注双液注浆泵2ZBSB3.60.5/5-7.5台11

4、3750056023008201120公称流量：3.6/ 2/1.1/0.5(m3/h)公称压力：5MPa往复次数：78.5/46.5/25/12(次/min)行程长度：85mm排浆直径：19mm重量：560kg浆缸数：2个配用电机功率：7.5kw转速：1460 r/min吊钩在电机上双层搅拌器SJB-300/2型双层搅拌器台117000445168011501880上搅拌桶：一次搅拌，理论容量432L，实际容量300L下搅拌桶：二次搅拌，理论容量471L，实际容量300L电机型号：Y100L2-4立式电机功率：3kw电机转速：1450r/min减速器型号：WPDX-12- 30：1轴头向下，

5、法兰盘在左放浆孔尺寸：3”已自焊吊耳2.1.3其它配件表 3 设备配件表名称单位配置数量单价备注高压橡胶管米9020拉杆密封圈 0-40件486钢球 直径32件1615压板件446标准接头件20210孔底混合器件2420过渡接头件2210双光孔接头件2210双液水笼头件41300缸套 直径60件6230拉杆件4200名称单位配置数量单价备注油尼龙密封圈 直径60件6230双头螺栓M12*245件816出浆接头件4165扁螺母件410阀座件1680阀支架件485专用尼龙垫件662.2 主要注浆材料注浆材料为AB液（水玻璃磷酸）、AC液（水玻璃水泥浆）。水玻璃模数2.6，水泥为PO42.5普通硅酸

6、盐水泥。水玻璃磷酸体积比1:1，水玻璃水泥浆体积比1:1，水泥浆水灰比为1:1（重量比）。2.3 人员班组每套注浆设备配备2工班轮流作业，每班6人，具体分工见下表。表4 WSS注浆工班人员分工表分工数量具体工作内容工资报酬工班长1人全面负责本班次注浆作业，包括技术指导、工班内人员工作内容划分10000元/月注浆工2人注浆设备的具体操作6000元/月杂工3人搬运材料及其它5000元/月注明：注浆专业人员黄世杰，籍贯河南商丘，联系电话： 3、注浆工艺3.1 注浆孔布置注浆孔布置：距离隧道开挖断面轮廓线外30cm呈单环布置，终孔直径50mm，孔间距为0.6m0.8m,孔深913m,孔数根据掌子面上台

7、阶开挖断面尺寸而定，布置范围自拱脚依次排开，外偏角偏向拱顶10。两侧拱脚处注浆孔水平偏向隧道外侧10。小台阶或半断面掌子面注浆时，可不用对掌子面核心土部分进行注浆止水加固；若开挖断面较大或掌子面全风化层面积较大时，可适当增打掌子面核心土部分的注浆孔，孔间距以0.71米为宜。掌子面注浆孔布置示意图3.2施工止浆墙采用C20喷射混凝土封闭掌子面，作为止浆墙，厚度为510cm。若掌子面全风化程度高，可先采用8钢筋网按网格间距15cm15cm布置掌子面，再喷射封闭掌子面。掌子面注浆完毕后恢复断面开挖时，应预留1-2m作为止浆墙。3.3平台搭设为了保证全断面钻孔和注浆，在掌子面采用42钢管脚手架搭设作业

8、平台，平台满足钻机和施工人员承重，高度距拱顶1.72m，其上满铺25mm以上厚度木板。3.4定孔位钻孔将设定的注浆孔位用红色油漆在掌子面上标记。钻机按指定位置就位，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意升降。不同入射角度钻进时,要求孔位偏差为3cm，入射角度偏差不大于1。钻孔顺序自一侧拱脚开始，依次从1#至9#钻孔。开孔时，给进压力不可太大，防止立轴变形。给进压力应在机架产生振动之前，平稳钻进。给进时随岩石硬度不同，压力由小到大平稳调节，切勿急速升高压力，导致立轴变形。钻进时水泵供水要及时,边钻边压水，压力为0.5MPa。3.5注浆施工3.5.1注浆准备(1)检查调试注浆设备，

9、并清洗注浆高压软管、钻杆、钻杆接头、高压软管与设备连接处等。(2)配置浆液及注浆材料的准备。3.5.2注浆工艺流程钻孔完毕后，先注AB液，终浆压力为1.7MPa，持续10min，待钻杆外壁无流水溢出，即可停注AB液；再注AC液，终浆压力为2.1MPa，待终浆压力注浆持续10min后，该孔注浆即可完毕，可移至下一注浆孔位钻注作业。钻注流程如下：注浆回抽一节定孔位 注浆结束钻 孔移至新孔位配浆注浆流程图3.5.3注浆参数(1)浆液配比选定一般选用浆液配比：AB混合液中，水玻璃：磷酸（体积比） = 1 ：1；AC混合液中，水玻璃：水泥浆（体积比）= 1 ：1；水泥浆液水灰比，水：水泥（重量比）= 1

10、 ：1；水玻璃的凝结时间一般选45s。 特殊情况调整的浆液配比调整原则：根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。若长时间注浆压力无变化，且注浆量大，则先适当调高AC混合液中的水玻璃量，以缩短凝结时间（调整至20s以内即可），再适当调高AC混合液中的水泥浆量，同时适当调高注浆压力；(2)AB浆液注浆终压选定根据WSS无收缩注浆原理，注AB浆液是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。结合现场注浆经验，故拟取AB浆液的注浆终压为1.7MPa。(3)AC浆液注浆终压选定注浆参数在施工过程中根据实际情况随时调整。注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力

11、、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。通常情况下按如下经验式计算：按已知的地下水静水压力（全风化地层一般取0.5MPa）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PP(3-5) P式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）P- 注浆处静水压力（Mpa）由上公式计算可得注浆终压P=1.52.5MPa，结合现场实际，故拟取2.1MPa为注浆终压。根据注浆处地层深度计算P=KH式中：P - 设计注浆压力（终压值）（Mpa）H - 注浆处深度（m）K - 由注浆深度确定的压力系数压力系数K的取值如表示：注浆深度（m）810-1212-1616-20

12、20K0.023-0.0210.021-0.0200.020-0.0180.018-0.0160.016由上公式计算可得注浆终压P=0.50.75MPa，故拟取最大值0.75MPa为注浆终压。综合拟取注浆终压值，故选定注浆终压为2.1MPa。根据现场经验，(4)扩散半径浆液扩散半径：其与注浆压力和浆液浓度、地层的渗透系数等有关。由于浆液扩散范围一般为1.0m。(5)注浆结束标准：注浆量越来越少，达到注浆终压后注浆压力骤升时，即可结束注浆。3.5.4 单孔注浆耗时根据现场施工实际，单孔注浆耗时较长，一般为1.5天/孔，如遇注浆点存在空洞等情况，单孔注浆时间将延长。4、注意事项(1)每次注浆前检修

13、好设备，确保管路连接牢固和压力表正常，防止注浆过程中爆管事故。(2)钻孔时，密切观察溢水出水情况，如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。(3)注浆开始前、结束后要高档位冲洗注浆管路，防止注浆管路堵塞；(4) 所用浆液原材料必须具有合格证书，且经现场取样试验合格后方可使用。配制浆液时严格按照制浆要求按顺序投料，非经技术指导后不得随意增减各原料投放数量；(5) 注浆施工现场用水供应必须充足，可在掌子面附近设置一储水罐。用水应干净清洁，不得含有杂物，以防堵管或影响浆液配比。(6)注浆过程中，要保持注浆管路畅通，并及时清洗注浆连

14、接件、注浆变头等，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。(7)注浆过程中密切观察注浆压力表，并根据实际情况调整浆液配比及注浆压力，以确保注浆效果。如注浆压力骤升，应引起重视。若停止检查未发现有堵管现象，且重接注浆管后注浆压力仍出现骤升，可结束该孔注浆。(8)注浆过程中，严格控制钻杆提升高度，一次性宜回拔长度38cm，同时应匀速回抽。(9)注浆过程中，如跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆技术或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵，但若无效时，应暂停注浆，查明原因后方能重新开始注浆。(10)注浆过程不得随意停电，以免造成注浆管堵塞，注浆中如遇突然停电，要立即拆卸下注浆胶管，用高压水冲洗干净

15、管内的浆液。若被告知有停电计划，需提前半小时通知注浆现场作业人员。(11)注浆过程中如出现卡钻、堵管现象，应立即停止注浆，分析原因并采取措施，切勿野蛮处理。二、WSS无收缩注浆应用 1、工程简介莞惠城际GZH-3标DK15+600暗挖竖井左线小里程GDZK15+418.5处围岩上软下硬，此处裂隙水极及其发育，洞身拱顶120范围内全为全风化混合片麻岩，遇水崩解，开挖过程中伴随掉块、坍塌、涌泥现象，给隧道正常掘进带来很大安全隐患，并极大影响了施工进度。 2、WSS无收缩注浆优点 钻孔注浆一体，在绝大多数地质情况下均可顺利成孔注浆，前进式或后退式均使用； 注浆完成后，开挖轮廓线上下1m范围内能明显看

16、到水泥浆液纹路，有明显的止水及加固效果； 坑道250钻机可进行360旋转，可对局部水量大的地方进行注浆止水加固；浆液分管进入掌子面，避免了浆液提前混合导致扩散半径减小及注浆过程中堵塞注浆管路； 注浆止水加固效果好，既能有效防止开挖过程中发生坍塌、涌水、涌泥，提高隧道掘进的施工安全性，同时能加快掌子掘进进度，具有一定的进度效益，另外注浆止水充分体现了城市地下隧道“以堵代排”的治水理念，防止出现因长期洞内失水造成地下水位下降从而引起地表下沉或坍塌的发生。3、WSS无收缩注浆前后掌子面效果对比使用WSS无收缩注浆前，按设计要求施打超前小导管，并注双液浆，但注浆完成后，掌子面的止水加固效果并不佳，掌子

17、面开挖时仍有明显湿渍，甚至有较大流水，拱脚处仍存在涌水涌泥现象。WSS无收缩注浆前掌子面效果图WSS无收缩注浆前掌子面效果图采用WSS无收缩注浆后，掌子面恢复开挖时，无明显湿渍，可清晰看见浆液充满土层缝隙中，且分布较均匀。WSS无收缩注浆后掌子面效果图WSS无收缩注浆后掌子面效果图4、可能存在风险注浆施工中涉及的重要原材料磷酸(H3PO4)，属于中强酸，具有一定的腐蚀性其运输、使用、存放等环节存在一定安全风险，因此要需加强防护措施，保护作业人员施工安全。磷酸具有的化学性质、可能产生的风险及防护措施见下表：表6 - 磷酸风险等级分类及防护措施风险源化学性质可能产生风险风险等级防护措施磷酸(H3P

18、O4)腐蚀性1.引起皮肤刺激，长期接触可致皮肤灼伤；1.必须直接接触的作业人员需佩戴防护手套；2.洞内临时存放需隔离。3、掌握注浆点附近地水下分布情况；注浆前后取样检测地水下的污染情况，若发现存在污染立即加碱类中和处理。2.注AB浆液时未充分反应磷酸，可能造成地下水受污染刺激性蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性，严重可致鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿孔；口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或休克。注浆作业人员需佩戴口罩、眼罩中强酸，遇活性金属反应生成氢气（H2）氢气与空气混合易形成爆炸性混合物存放时需隔离，远离K、Ca、Na、Mg、Al、Zn等金属受热分解产生剧毒的氧化磷（P2O5）烟气剧毒的氧化磷（P2O5

19、）烟气严重可致人死亡存放时需隔离，且远离热源。 工程实例11、工程概况1）房屋与隧道平面关系 始发井-东城南站区间右线里程GDYK19+432.8GDYK19+460.2段正穿JG190/191房屋，如下图所示：2）地质情况 GDYK19+450.5GDYK19+460.2段，隧道围岩由强风化混合片麻岩（W3）和弱风化混合片麻岩（W2）组成，岩层强度较高，可视为全断面硬岩。GDYK19+432.8GDYK19+450.5段，隧道围岩由全风化混合片麻岩（W4）、强风化混合片麻岩（W3）和弱风化混合片麻岩（W2）组成，上部W4岩层遇水崩解、泥化、流淌，岩层强度非常低，为典型的上软下硬地层。如下图3

20、）房屋调查情况房屋调查情况简表2、施工情况简介 2012年12月27日，盾构机刀盘正式进入该房屋，以每天2环的进度掘进4天后，刀盘顶部出现W4岩层。由于当时掘进参数出现异常，经判断为刀具磨损较严重，需进仓对刀具进行更换。2012年12月31日至2013年1月13日，开始对掌子面前方及上方通过WSS无收缩注浆工法进行加固作业，2013年1月13日18点完成整个加固工作。2013年1月14日正式进仓开始换刀，2013年1月16日整个换刀工作完成。 2013年1月17日恢复掘进，当日掘进并拼装2环。在当日掘进过程中，两环合计超方85m3。为了确保房屋安全，经项目领导和盾构队领导开会研究决定暂停掘进，

21、通过地面跟踪注浆的方式将超方所造成的空洞填满后再行恢复掘进。2013年1月17日至2013年1月22日期间，该房屋内外共4套WSS无收缩注浆设备24小时不间断作业，共注入水泥681.8吨。2013年1月22日，房屋各控制点监测稳定，并有微量上抬。2013年1月23日恢复掘进后，通过项目领导合理组织安排，地面跟着注浆与地下掘进过程中的超方情况和地面房屋监测情况相匹配，以每天2环的进度向前掘进，2013年1月28日刀盘脱离房屋范围。 从2012年12月27日至2013年1月23日，整个下穿该房屋过程历时27天，共计注入水泥823.2吨，房屋单日最大沉降为11mm，注浆完成后累计最大沉降为6.4mm。3、WSS注浆技术方案1）注浆孔布置 根据现场实际情况和加固需要，布孔如下2）注浆孔根据现场实际情况，结合图纸计算后，得出各注浆孔详细参数如下表 3)施工要求 3-1、施工过程中严格控制注浆孔角度