二重管A、B双液WSS后退式工艺帷幕注浆在软岩富水隧道施工中的技术研究

施工中的技术研究

摘要：随着中国高铁走向国际化的趋势越来越显现，国内的高铁建设得到了快速的发展，然而在花岗岩地质遍布的广东地区，全风化、强风化花岗岩隧道遇到富水地层时变成软岩隧道，隧道开挖就显得举步维艰。现阶段主要的治理对策就是开挖前进行预注浆以及施工后进行补注浆的措施，常规的纯水泥浆液的凝结时间难以控制，所以隔水加固岩体的效果也并不理想。而采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法，以水泥浆和水玻璃为主剂的帷幕注浆加固不但能够提高注浆的结石率，同时也加快了水泥浆液的凝结速度，从而取得良好的快速隔水加固的效果。本文针对在广东惠州地区地区全风化花岗岩富水软岩隧道中采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法，以水泥水玻璃双液材料注浆达到的良好经济和安全效益进行探讨。

关键词：软岩隧道；水泥水玻璃；二重管WSS工艺；帷幕注浆

1 工程概况及地质概述

尖山髻隧道位于广东省惠州市与汕尾市交界，进口位于惠东县吉隆镇轿岭村，出口位于赤石镇下辖大浦里村境内，线路近东西走向，尖山髻隧道全长5470.27，隧道进出口里程分别为：DK193+308、DK198+778.27，遂线分界里程为DK193+308、DK198+778.27，进口与路基相接，出口与桥台相接。隧道穿越中低山区，沿线地形标高50～400m。隧道进口设计高程为191.332m，出口设计高程84.662m，设单面坡，隧道埋深一般为30～250m。

本文选取隧道进口DK198+080～DK198+778.27段全风化花岗岩富水段采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法进行双液注浆效果分析，该隧道进口DK198+080～DK198+778.27（689.27m），埋深15-65m。隧道通过基为花岗岩（γy3）全-弱风化。花岗岩全风化，灰白色，大部分矿物质已风化呈砂土状，原岩可辨，厚度10～15m。强风化，浅灰白色，节理裂隙极发育，裂面局部见铁质侵染，层厚5～15m，弱风化层基岩纵波波速为4800-5350m/s。隧道进口最大埋深15～35m，洞身大部分位于花岗岩全～强风化层中，洞顶易坍塌，且地区雨量丰富，地表水下渗、地下水水位高等问题都对施工施工产生严峻挑战。设计采用洞口40m长管棚预支护措施，洞内采用“六步CD法”工法施工。

▲六步CD工法情况下，掌子面遇水后失稳，垮塌严重

针对上述情况，项目部开展专题会研究处理措施，全风化花岗岩表现为“松散的砂土”，所以，处理方法很容易想到注浆固结。而事实证明，全强风化花岗岩围岩的施工难度远比第四纪沉积物甚至人工堆积物围岩难，其原因就在于全强风化花岗岩其实并不松散，渗透系数为6×10-7cm/s，常用注浆工艺+纯水泥浆注浆是无效的。只会让掌子面进一步增加含水量，加速坍塌。最终通过查阅资料，全员探讨，决定在隧道掌子面及初支面采用二重管A、B双

液WSS后退式工艺方法，以水泥浆和水玻璃为主剂的双液注浆加固隔水，将隧道掌子面前方20m土层进行凝结加固。 2 注浆方法选择

注浆的目的在于增强软岩隧道土体的自稳能力，以及增强土体的抗压强度和土体的稳定性、粘结性，实现安全开挖掘进。

二重管A、B双液WSS后退式工法注浆的特点：

（1）二重管双液WSS后退式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，它能够100%将不同地质情况填充密实，改变原土体和物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，达到土体的止水效果，能够一次性完成一个注浆区域的土体加固施工，对于此工程是最有效的施工方法。

（2）采用特殊的端点监控器和二重管注入方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。

（3）可以进行一次、二次注入切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合注入。 （4）瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率，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。 （5）二次注入材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性注浆液，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。

（6）由于一次注入是限制注浆，二次注入是的渗透注浆，注浆液不会向注入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。

（2）由于水泥水玻璃双液浆的注浆加固过程通常都是采用分段的注浆工艺，所以如果选用了地表注浆的技术，那么就应选择下行式的分段注浆方法，而如果选择了掌子面超前注浆技术，则应选择由外向内的逐段式的注浆方法。

（3）注浆的顺序应是由外向内按顺序进行的，地表注浆时采用垂直注浆的方法，而掌子面超前注浆时选用放射状注浆的方法。

（4）控制注浆量时应采用定量注浆的方法，浆液的浓度会越来越浓，而在不扰动黄土层的前提下，注浆量应控制每分钟在15-30L的范围内，然后视每个循环的压力情况再进行加密补浆，直至符合要求。

（5）控制注浆压力时应采用分段升压法，压力值应从低到高逐渐升高，选择间歇式的注浆方式，而具体的间歇时间则是由浆液的胶凝时间所决定的。由于施工时的实际胶凝时间是要远大于试验时所测出的时间，因此建议较为合理的间歇时间应是在3-8分钟的范围内。 （6）钻孔施工：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于2cm，钻杆偏差度不得大于1°。

配料：采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。

注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在1.0～1.5 MPa，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时应采取措施确保注浆量满足设计要求。 注浆完成后，应采用措施保证注浆时不溢浆、不跑浆。 每道工序均要安排专人，并做好操作记录。 2.3 主要设备

SYB—60/160型注浆泵二台

3 水泥水玻璃双液浆的原材料和反应机理 3.1 双液浆-水泥浆、水玻璃溶液的原材料

硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。通常情况下，水泥浆、水玻璃溶液的原材料是由水玻璃、水泥以及缓凝剂所共同组成的。其中水玻璃的模度应是在2.8-3.1的范围内的，而普通的硅酸盐水泥应是新鲜的，并且其强度等级应是高于32.5的。

3.2 水泥和水玻璃的反应机理

导致水泥出现凝结以及硬化现象的最主要的原因就是水泥水化的过程中，会析出具有较强凝胶性的胶体物质。通常情况下，水泥水化反应的过程中会生成氢氧化钙、硅酸二钙以及硅酸三钙，然后再在反应物中加入水玻璃，水玻璃就会与液体中氢氧化钙发生化学反应，从而生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙，所以水泥的水化速度就被大幅度的提升了，而水泥凝结以及硬化的时间也被大幅度的缩短了。其具体的化学反应公式为：3CaO?SiO2+nH2O→2CaOSiO2（n-1）H2O+Ca（OH）2和Ca（OH）2+Na2O?nSiO2+mH2O→CaO?nSiO2?mH2O+2NaOH。

水泥、水玻璃双浆液的性能取决于水泥浆的水灰比、水玻璃模数和浓度，以及水玻璃与水泥二者的比例。根据图1所示浆液中水玻璃含量与凝结时间关系，水玻璃的掺入量一般在水泥浆体积的15％一20％之间时，凝结时间较短、变化平缓。

根据水玻璃溶液与水泥浆比例的调整，会得到一个最快的凝结时间，隧道注浆堵水就是利用了这一特性，达到快速堵水，形成固结体。

图1 浆液中水玻璃含量与凝结时间关系 3.3 水泥和水玻璃溶液配比试验

3.3.1浆液的配合比。在施工现场进行试验和统计时，为了保证浆液在注入时具备良好的可灌性以及浆液有充分的扩散距离，建议选择的浆液配合比为：水泥浆的水灰比应为0.8:1，水泥型号选择42.5的普通硅酸盐水泥；而水玻璃的模数则为2.8-3.1的范围内，其溶液的浓度应为35-45；至于双浆液的配合比则通过试验确定。

3.3.2注浆的压力。注浆压力的选择与全风化花岗岩的强度、密度、钻孔的深度、最初的应力以及注浆的顺序等很多因素都是紧密相关的，在进行注浆操作的过程中，如果出现了浆液向着剪切破坏滑动面的方向发展的情况，并且被加固的土层的埋深很浅时，就会出现地表冒浆的现象，因此注浆时选择注浆终压：1.0～1.5Mpa。

3.3.3浆液的扩散半径。这里的浆液扩散半径指的并不是浆液扩散的最远距离，而是指符合工程实际需求的扩散距离。设计人员设计扩散半径时，不应选取平均值，而应选择多数条件下能够达到的数值，主要地层中不同地质在水平方向和竖直方向上的渗透性是有所差异的，浆液扩散半径：500mm。 试验过程结果如下表：

通过试验，选择水泥浆水玻璃溶液初凝时间为1～2min 的参数配比。 4 采用WSS后退式工法注浆在软岩富水隧道加固施工的效果

4.1通过本次在尖山髻隧道出口进行双液注浆施工，在隧道施工的过程中，采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法进行双液注浆技术是十分可行的，大大的降低了隧道工程的施工难度，加固效果良好，开挖掌子面可以明显看到土体浆液痕迹并且也为施工提供了十分便利的条件，是一种适应性较强的加固方法。

▲采用WSS后退式双液注浆后，掌子面无渗水、围岩自稳能力较好

4.2前期未采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法进行双液注浆加固，开挖支护后沉降收敛超标，初期支护侵入二衬限界最多达70cm，采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法进行双液注浆加固后进行换拱施工，注浆效果非常好，大大增强围岩稳定性，平稳安全完成25米软岩隧道换拱作业施工。 5 结束语

本文结合自身参与的工程实例，采用二重管A、B双液WSS后退式工艺方法注浆在软岩富水隧道开挖掘进中的引用，对比注浆前后隧道掌子面围岩含水量、自稳性以及施工安全性等指标，更加肯定了此方法在软岩富水隧道开挖过程中的实际效果。为公司其他项目类似软岩隧道施工提供了技术支持。 参考文献

[1]赵宇.水泥水玻璃双浆液的特性试验研究[J].铁道建筑，2011. [2]陆兆阳.水泥水玻璃双浆液配比试验及其特性研究.中国会议，2012 [3]胡国兵.水泥、水玻璃浆液在封堵中的应用,2013.

[4]苏桂杰.浅谈全风化花岗岩浅埋富水隧道开挖施工技术 《中国新技术新产品》2014.

作者简介

杨拥兴,性别:男,出生年月 1986.5,民族:汉,籍贯:云南省,中共党员,大学本科,学士学位,重庆交通大学/工程管理(造价管理)。