黄土质暗挖隧道地下水患处理技术
1.工程概况
2.问题提出及对策
1.1工程地质条件
西安市地铁一号线朝阳门站至康复路站区间起始于朝阳门车站，沿长乐西路向东，下穿中兴路人行天桥，终止于康复路车站；区间隧道位于长乐西路下方，道路两旁建筑物林立，地下管线复杂。区间地面标高404.99～407.91m，全段东高西低，高差2.92m。地貌属黄土梁洼。
左线隧道长774.597m，采用CD法施工；左右线隧道线间距15m。ZDK22+536.904-ZDK22+551.904段位于朝阳门车站东端，拱顶埋深约14.87m，结构断面为C型断面，开挖宽度8.16m，开挖高度8.765m。
本段范围内地表一般均分布有厚薄不均的全新统人工填土；左线隧道场地范围内有人工填土分布，厚度不均，土质结构松散，在地下排污管道渗漏处及地下水位附近具有较高的含水量。其下为上更新统风积新黄土、局部为饱和软黄土及残积古土壤，再下为中更新统风积老黄土、冲积粉质黏土、粉土、细砂、中砂及粗砂等。
1.2水文地质条件
（1）第四系孔隙潜水
钻探揭露的场地地下水属潜水类型，2008年10月钻孔内量测得稳定水位埋深：在ZDK22+536.904-ZDK22+551.904段水位埋深为7.50m，水位年变幅1m左右。
（2）含水层与隔水层的分布
区间场地潜水赋存上更新统残积古土壤、中更新世风积黄土及冲积粉质黏土等黏性土层。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土中2～3层中砂透镜体夹层，分布不均匀，该层透水层好，赋水性强。
（3）潜水的补给、径流及排泄：潜水补给为地下 流补给。受兴庆湖渗漏抬升影响，主要流向为西北向。潜水排泄方式为 流、人工开采及蒸发消耗。
2.问题提出及对策
在前期施工过程中，经常有地下水涌出，不能保证掌子面的干燥作业，极大地影响了施工进度。为此，专门召开了会议，对该问题进行了会诊并提出了合理的治理措施。
2.1渗水原因分析
区间场地潜水赋存上更新统残积古土壤、中更新世风积黄土及冲积粉质黏土等黏性土层。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土中2～3层中砂透镜体夹层，分布不均匀，渗透系数5m/d，该层透水层好，赋水性强。
同时由于地下水位的变动，地下水位附近的黄土层含水量达到饱和，常呈软塑—流塑状态，其承载力小，抗剪强度低，压缩性高，对在断面进行开挖施工安全极为不利。
2.2降水风险分析
（1）水头影响
由于该区域断面已开挖，为确保施工的顺利进行，拟将水体通过注浆形成的止水帷幕隔绝于外侧，这样该区域进行注浆施工时水体具有一定的水头压力，为在后期注浆处理施工带来难度。
（2）降水影响
由于地下水体主要赋存于渗透性较强的新老黄土内，且存在相对隔水的粘土层，况且新老黄土孔隙较大，即使通过降水也无法将其内空隙内春天的水体全部疏干，赋存于黄土内，软化土体，降低其强度，也会对开挖施工产生较大的影响。
（3）涌砂现象
由于该区域的水体相对开挖面具有一定的水压，不仅周围降水井抽水易抽出砂地层中的细颗粒土质，可能在地层中形成空洞，随着时间的推移，细颗粒物质不断流动，在支挡土体内产生空蚀现象，改变土体的物理力学性质，增大开挖面土体土压力，极大地影响到断面支护结构的结构受力和稳定性。
2.3治理对策
根据西安地区饱和软黄土层降水经验，并结合开放式降水沉降计算，朝康段饱和软黄土失水后固结沉降一般在3cm以上，降水引起的地表沉降最大为14.03cm。朝康段开放式降水影响范围广、沉降值大，受降水影响75m范围内的沉降为7.67～14.03cm。开放式降水引起的地面沉降造成的后果难以预料，存在安全风险。
为确保隔绝外来水体、达到止水帷幕的止水的效果，拟采用二重管无收缩双液化学注浆法（WSS工法）进行加固处理，将浆液充填地层土体孔隙内、固结地层，且使其具有一定的强度，在隧道断面周围形成一道隔水帷幕，隔绝外来水体。
3.地下水患处理
3.1WSS工法原理
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，它能够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，且由于浆材混合方式和喷射的方向性可随时调节，浆材的凝胶时间可以从瞬结到缓结，配比可任意搭配，“能够实现定向、定量、定压注浆”。
3.2WSS工法特点
（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，喷入范围可以人为控制。
（2）在二重管端头设置的浆液混合器中，A、B无收缩浆材可以完全地混合，均匀地喷入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且可以实行复合喷入施工。
（3）被混合的浆材，加压后可以在水平方向进行喷射。
（4）施工从钻孔到喷浆完毕，可以连续进行。
（5）喷入材料从水玻璃到二氧化硅等胶状体材料几乎全部可以使用。
（6）对于任何土层都可以进行喷射。
3.3施工过程
（1）浆液配制
（2）WSS注浆过程
隧道WSS注浆施工示意图（如上图）
（3）关键技术
①定孔位：依据隧道结构尺寸，严格按照施工布置图进行测量放线定位．并经甲方及监理验收合格。
②钻机就位：对孔位时，应在测量人员控制下进行，钻机按指定位置就位，并须在技术人员指导下，调整钻杆的所需角度。对准孔位后，钻机不得移位，大小臂也不得随意起降。
③钻进成孔：第1个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察钻时尺寸，出现异常情况时，应立即停钻，分析原因再进行施工。
④回抽钻杆：严格控制回抽幅度，每步不大于20cm。匀速回抽，注意钻机参数变化。
⑤浆液配比：采用准确的计量工具，按照设计配方配料。
⑥旋喷：严格控制旋喷压力。同时密切关注注浆量，当压力突然上升时，应立即停止注浆，查明原因后，采取调整注浆设计参数或移位等措施重新注浆。
4.结论
（1）从理论上讲，WSS注浆加固止水可改善更深层围岩的松散结构，提高围岩强度，使围岩形成一个柔性层整体，从而阻止地下水浸入掌子面，保证干燥作业条件。此外也可以提高围岩强度，更好地发挥围岩自承能力。
（2）工程实践表明，在西安地铁黄土质暗挖隧道地下水涌出情况下，应采用WSS双液注浆法，注浆能有效治理地下水患。
（3）监测结果表明，在黄土质暗挖隧道中实施WSS双液注浆技术是可行的，效果是显著的，既保证了掌子面的干燥作业，也减小了地面沉降。地下水患经治理后地面沉降最大值仅有17.4mm。
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