改性水玻璃粉细砂层注浆工法隧工法 90-04在隧道和地下工程施工中，特别是在第四纪冲洪积层中修建隧道，经常遇到粉细砂 层该地层致密无胶结，无自稳能力，开挖时易坍塌，危机施工安全普通水泥胶水玻 璃浆液因颗粒太大无法注入，化学浆液料源少，价格高，并有毒性污染，碱性水玻璃浆 液注浆工艺复杂，稳定性差，均不能满足地层加固和堵水的要求采用改性水玻璃注浆， 较好地解决了这一技术难题一、工法特点改性水玻璃即酸性水玻璃，主要是采用料源广、价格低、无污染的普通水玻璃、硫 酸为主要原料，掺入少量外加剂，配制成粘度低、可靠性好、凝胶时间可控、稳定性好 的浆液该浆液通过小导管以单液方式注入粉细砂层中，浆液在地层中扩散凝胶，从而 把松散的砂粒固结成一个强度适中的块体按一定的扩散半径及加固范围设计进行的注 浆，在隧道周围将形成一个防坍塌、防涌水的固结圈，从而达到加固和防水的目的二、应用范围该工法由于材料本身粘度低、凝胶时间可控，固砂强度适中，价格便宜，特别适用 于第四纪冲、洪积粉细砂层的主浆加固三、注浆材料及其特性（一）注浆原材料：1、 水玻璃：工业品，浓度 20波美度以上，模数3.1~3.32、 硫 酸：工业品，浓度98%以上。
也可以用电镀液（废酸）代替（二）浆液配制：甲液：水玻璃浓度为 10~20Be； 乙液：硫酸浓度为 10%~20%，并加入适量的外掺剂 浆液配比已申报专利，申报号 90100275.5配浆时，将一定量的甲液倒入乙液中，搅拌均匀并测量其 PH值三）改性水玻璃浆液的主要性能：比 重： 1.07~1.11 ；粘 度： 2~5CP；酸碱度：PH4~6（根据凝胶时间调整）凝胶时间：空气中 30~240min ； 细砂中 5~30min ；固砂体单轴坑压强度： 0.3~0.5Mpa 经试验改性水玻璃固砂体呈中性，不存在酸碱腐蚀问题四、注浆工艺（一）注浆设计参数；1、 注浆终压：0.4~0.5MPa；2、 浆注扩散半径（R） : 0.3m；3、 注浆范围：隧道开挖轮廓线外 1.0~1.5m ;4、 导管长度（L） : 3.0~3.5m ;5、 导管间距：0.4~0.5m ;6、 导管外插角：10~207、 浆液注入量：按公式 Q= RLn（m）3估算；式中：R—浆液扩散半径（m）; n —地层 孔隙率；8、 注浆结束标准：采用定量注浆法，每根导管注入规定浆液，每根导管都达到设 计注浆结束标准，即可结束注浆。
二）注浆工序：1、 注浆工序流程图2、 导管的制作安设：小导管采用直径 32-40mm 的焊接钢管制成，其加工尺寸如图二： 小导管安设采用引孔打入法其步骤为：（1） 用风钻钻 50mm,深2.5~3.0m的孔2） 插入导管，并用带冲击锤的风钻顶入3） 用吹管将导管内的砂石吹出或用掏勺掏出4） 导管周围用塑料泥封堵或在导管附近喷 5~8cm的混凝土封闭3、 配制浆液：配制浆液可按下列步骤进行：(1) 将浓水玻璃采用边加水，边搅拌，边用波美计量测的办法稀释成设计浓度为 甲液；(2) 将浓硫酸按设计加水后搅拌均匀，并加入适量的外掺剂为乙液；(3) 将一定量的甲液倒入乙液中，搅拌均匀，并测其 PH值4、 注浆：注浆工艺流程图如图三：(1) 关闭放气阀 13 及放浆阀 9；(2) 将配制好的浆液通过时浆口 4 灌入泵体 8；(3) 打开进气阀 6，使压缩空气进入泵体；(4) 当泵体内压力达到 0.4~0.5MPa 时，打开出浆阀 9，浆液通过科路 10，孔口密 封器 11，导管 12 进入地层；(5) 泵体内浆液注完后，关闭进气阀 6及出浆阀9,打开放气阀13,将泵体内废 气放出；5、 操作注意事项：(1) 导管打入的，要用吹管或掏勺将管内砂石吹(掏)出，以免堵塞；(2) 配制浆液时，要注意加料顺序和速度，防止浆液结块；(3) 配制好的浆液，需经过滤后方可进入泵体，以防杂物堵塞管路或泵体；(4) 为节约注浆材料，降低工程成本，保证工程质量，注浆方式采用宣注浆，当 每根导管注入量达到设计注浆量时，即可结束注浆；(5) 浆液应随配随用，用多少配多少。
以免造成浪费；(6) 注浆结束后，应对注浆泵管路进行清洗，以保证下次注浆顺利进行7) 加强劳动保护，防止浆液沾染人体三) 效果检查及质量评定： 注浆效果检查分施工过程中检查，结束时检查和开挖过程中检查 注浆过程中检查主要是检查浆液凝胶时间，用现场灌砂模的办法，看浆液凝胶时间 是否达到设计要求注浆结束时，检查注浆记录，看每孔注浆量是否达到结束标准，孔数是否与设计一 致开挖时，看开挖边缘是束整齐，浆液固砂情况，浆渗透半径等，以便不下步注浆参 数的修改提供依据根据各阶段检查情况，评定合格与不合格注浆过程及结束时，如质量不合格时, 应按要求重新返工开挖时发现质量不好，除在下环改进外，应加强支护措施五、注浆设备改性水玻璃注浆设备简单，操作容易北京地铁使用的注浆设备如1其特点是体积 小，重量轻，操作方便，移动灵活，适用大小断面的简易注浆设备小型注浆设备机具表 表1顺号名称规格型号单位数量备 注1风动注浆泵牛角泵台1自制2储浆桶0.64m个2自制，防酸处理3杨浆桶1.0m 3风力搅拌个1自制，防酸处理4阀门Q11SA-16 Dg-25个35胶管25 mm米6孔口密封器个5自制7压力表0~1.6MPa个68波美计支29酸度计支110潜水泵台1抽浆用六、施工组织（一）施工人员及分工安排见表 2：注浆施工人员分工安排表 表2（二）安全组织措施：改性水玻璃注浆所用原料为强酸和碱性物质，配制的浆液呈酸性，因此，在工作各除执行一般的安全规则外，还必须对施工人员进行防酸碱腐蚀的防护，参照有关规定，提出劳保用品发入标准参考表（见表3）。
此外，在施工现场不应准备弱酸（硼酸）、弱碱（碳酸氢钠）水溶液，以便对烧伤人员进行处理改性水玻璃注浆劳保用品参考表 表3顺号品 名单位发放标准备 注1防酸工作服套1/年.人如为劳动布或卡布2套/人.年2口 罩个2/月.人3胶乳手套付5/班长筒破损更换4防护镜付1/人破损更换5毛 巾条1/月.人6胶 鞋双1/人破损更换7线胶手套付1/月.人七、效益分析改性水玻璃液浆， 解决了第四纪粉细砂层注浆加固的难题，同时原材料价格便宜， 注浆工艺简单，加固效果显著，具有明显的社会效益和经济效益一） 社会效益：粉细砂层注浆技术的推广应用，给科技、管理决策、安全秤、改善劳动条件及公共 安全等方面，都带来了显著的社会效益1、 粉细砂层注浆技术研究成功，使第四纪冲洪积层的注浆加固技术均已得到解决， 从而保证了浅埋暗挖技术在各种地层中的就任，拓宽了浅埋暗挖技术的应用范围2、 浅埋暗挖技术的成功和发展，为需区内地铁建设奠定了基础，促使各级领导干 部下决心采用造价低，少扰民的地铁“北京施工法”3、 由于注浆加固效果好，减少了喷射混凝土的回弹量，降低了粉尘，改善了工人 的劳动条件4、 注浆加固后，提高了围岩的稳定性，防止了坍方，控制了隧道拱顶下沉量和地 面沉降量，保证了施工安全和地面交通安全。
二） 经济效益：本工法经济效益可以从以下几个方面体现：1、 浆材本身造价低，每方浆液材料费 220元，而同样性质的化学浆液，每方单位 15000 元2、 注浆后，减少喷混凝土回弹量，大量节约水泥，据测算，单线隧道每米可节约水泥 1吨，按现价计算，每公里单线隧道可节约费用 20 万元3、由于注浆效果好，减少了喷混凝土作业时间，避免了坍方，加快了隧道施工进 度，其经济效益也十分可观八、工程实例北京地铁复兴门 ~西单站区间隧道采用本工法注浆加固北京地铁复兴门 ~西单站区间隧道，埋置于第四纪冲、洪积层中，为亚粘土、砾砂及 卵石互层，粉细砂层常呈透镜状出现隧道埋深 14m左右由于砂及砂砾层松散无胶结， 垂直自稳高度仅0.7m,所以开挖时易坍塌，危及施工及地面交通安全特别是粉细砂层， 采用常规水泥－水玻璃浆注不进去，直接影响施工进度 1989年 3 月以后，采用改性水 玻璃小导管注浆后，开挖成形好，缩短喷射混凝土时间，减少了混凝土回弹量据现场 测算，与常用注浆方法相比，单线隧道每米可降低成本 405 元改性水玻璃注浆还在北京地铁车站试验段 （宽 22 米） 、北京地铁西单东折返线中推广 应用亦收到良好的效果。
编写：隧道局科研所 韩忠存、王军。