采空區(qū)鉆孔注漿施工工法

采空區(qū)鉆孔注漿施工工法中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限企業(yè)于占雙羅瑩滿學(xué)坤一、序言伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步，地下空間運(yùn)用的形態(tài)，已千姿百態(tài)，越來越多的地下工程和地基基礎(chǔ)工程實(shí)踐證明：地下空間的運(yùn)用將日益擴(kuò)展，注漿工藝的研究已成為保證工程質(zhì)量和安全的重要手段。我企業(yè)承建的祁臨高速公路十二標(biāo)段采空區(qū)處治工程，有注漿孔274個(gè)，孔深在100～150m之間，合計(jì)鉆孔33288m。在施工實(shí)踐中，通過探索試驗(yàn)，總結(jié)出一套行之有效的施工措施，現(xiàn)加以分析研究、總結(jié)形成本工法。二、工法特點(diǎn)1、設(shè)備和工藝簡便靈活。2、施工占用空間小，對交通影響小，對市政環(huán)境影響小。3、工期短、見效快，合用范圍廣。4、加固深度易于控制。三、合用范圍本工法合用于埋層較深的地下溶洞、煤礦采空區(qū)、井下巷道及市區(qū)內(nèi)地下洞室的回填加固施工。四、施工工藝（一）工藝原理本工法運(yùn)用深孔鉆機(jī)成孔，下注漿管，然后澆筑孔口管。先進(jìn)行周圍帷幕孔注漿再進(jìn)行注漿孔注漿，漿液在壓力作用下，進(jìn)入土體，充填土體中的空隙，假如土體中有空穴（如采空區(qū)、巷道等），那么漿液就會(huì)充填固結(jié)起到加固作用。由于漿液的充填在壓力作用下擴(kuò)散前進(jìn)，對周圍的土體同步產(chǎn)生擠密效應(yīng)和擴(kuò)散效應(yīng)，使土體的孔隙比減少。（二）工藝流程1、采空區(qū)鉆孔注漿總體流程（見圖1）2、鉆孔施工工藝流程（見圖2）3、澆鑄孔口管施工工藝流程（見圖3）4、帷幕孔注漿施工工藝流程（見圖4）5、注漿孔注漿施工工藝流程（見圖5）6、質(zhì)量檢查施工工藝流程（見圖6）（三）施工要點(diǎn)1、施工準(zhǔn)備：搞好“三通一平，建立注漿站，清理施工現(xiàn)場。鉆孔注漿設(shè)備及施工人員，注漿材料進(jìn)場。2、鉆孔：首先按設(shè)計(jì)圖紙上的孔位坐標(biāo)，用GTS711全站儀逐孔測量放線，木樁紅布標(biāo)識，規(guī)定誤差不不小于1m。采用1000型釬孔錘鉆機(jī)和300型鉆機(jī)鉆進(jìn)。開孔采用130鉆頭，當(dāng)穿過松散土層，進(jìn)入好圍巖2～3m后下φ127套管，換110鉆頭鉆進(jìn)。3、孔深到達(dá)設(shè)計(jì)深度后提鉆桿，下注漿管，注漿管外露長度在0.5～1m左右。4、澆筑孔口管：澆筑孔口管的水泥應(yīng)摻速凝劑，以縮短鉆孔和注漿工序時(shí)間。孔口管的注漿高度要到達(dá)4～6m。5、帷幕孔注漿：首先，根據(jù)帷幕孔成孔過程中的巖芯破碎程度、孔內(nèi)循環(huán)液的漏失量及鉆進(jìn)過程的掉鉆、卡鉆等現(xiàn)象，判斷孔內(nèi)采空區(qū)空洞、孔隙的大小，以選擇確定灌注漿液（即水泥粉煤灰砂漿）的類型，并對帷幕孔進(jìn)行單孔灌漿設(shè)計(jì)（包括材料、配合比、灌漿工藝、灌漿量等）。當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)空隙較小時(shí)，可用水灰比為1：1.8的水泥粉煤灰漿。其中Ⅳ（1）區(qū)水泥占固相的77%，粉煤灰占固相的23%；Ⅳ（2）區(qū)水泥占固相的20%，粉煤灰占固相的80%，制漿材料中增添水泥重量1-2%的速凝劑。當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)空隙較大時(shí)，可用水泥粉煤灰砂漿實(shí)行灌注，其砂漿流度應(yīng)在130～200mm之間，砂漿強(qiáng)度等級設(shè)定為M15。對于灌漿量較大的帷幕孔，采用低壓稠漿小泵量多間歇的措施灌注，以工藝控制灌漿量，到達(dá)最佳的灌漿效果，防止?jié){液過量流失到非注漿部位或地段。6、注漿孔注漿：注漿孔灌漿前，根據(jù)注漿孔成孔過程中提供的工程地質(zhì)信息（巖芯破碎程度、循環(huán)液漏失量、掉鉆等現(xiàn)象）進(jìn)行單孔灌漿設(shè)計(jì)（包括漿液配合比、灌漿量等），采用水泥粉煤灰漿液一次灌漿結(jié)束的施工方案。對于單孔灌漿量較大的注漿孔，可采用稠漿多間歇的注漿方案，并適時(shí)在孔內(nèi)投入骨料（如砂子等）。水泥粉煤灰漿可用BW-250/50型泥漿泵，通過注漿管路注入采空區(qū)。7、質(zhì)量檢查：在灌漿施工結(jié)束6個(gè)月后，進(jìn)行灌漿質(zhì)量的檢測工作。檢測位置由監(jiān)理工程師現(xiàn)場根據(jù)灌漿施工實(shí)際詳細(xì)確定。檢查孔按灌漿孔總數(shù)的3-5%來控制，并經(jīng)監(jiān)理工程師同意后選擇一孔用波速測井法進(jìn)行鉆探檢測，規(guī)定波速不小于160m/s。五、關(guān)鍵技術(shù)1、為了有效地控制漿液凝固時(shí)間，速凝劑和其他添加劑先加在一級攪拌池的粉煤灰漿攪拌池中，以克服加入混合池中后，產(chǎn)生漿液提前凝固的失控現(xiàn)象。2、發(fā)生因澆筑孔口管止?jié){不好或孔附近裂隙（縫）發(fā)育而引起的注漿孔周圍的冒漿現(xiàn)象，宜先采用低壓小流量間歇灌注，不奏效時(shí)，應(yīng)重新澆筑孔口管，以獲得單孔灌漿質(zhì)量的最佳效果。3、考慮到Ⅳ（1）、Ⅳ（2）區(qū)灌漿漿液的配合比不一樣樣，故在本協(xié)議段注漿站修建二級攪拌池二個(gè)，保證不一樣配比漿液的同步造漿灌注，加緊施工進(jìn)度。4、受注段過長時(shí)，應(yīng)減少封孔高度至裂隙帶上部，不可按原則高度封孔，同步鉆孔變徑點(diǎn)應(yīng)減少。5、單孔初灌前，必須進(jìn)行注水試驗(yàn)，首先起到洗孔作用，以保證多種空洞裂隙貫穿；另首先判斷單孔可灌性，確定初始漿液配合比。6、每個(gè)鉆孔完畢后，經(jīng)注水試驗(yàn)和洗孔，再進(jìn)行單孔灌注設(shè)計(jì)，根據(jù)單孔鑒定空洞帶塌陷冒落帶、裂隙帶的高度及狀態(tài)，確定漿液配合比、灌漿量；確定分序次的灌注措施和灌注壓力。7、一般灌漿孔多采用孔口封閉灌漿法，帷幕孔和膠結(jié)孔（隧道以上）采用自下而上灌漿法，單孔灌兩層采用自上而下灌注法，當(dāng)采用后一種措施時(shí)，注漿管下至受注層（冒落帶），注漿管下部1m用花管，管頭封死。當(dāng)灌注到達(dá)規(guī)定后，拔起1m再灌，依此類推。深層封孔裝置采用橡膠球形閥，冒落帶灌完后采使用方法蘭盤封口。8、帷幕注漿時(shí)，如空洞或冒落帶的空隙較大，合適灌一部分石屑，但不能超過空洞高度的三分之二，然后灌石屑“混凝土”（指不振搗混凝土）或水灰比不小于1：1.8的稠漿。9、對隧道洞身以上采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)灌漿時(shí)，為保證冒落物在受注膠結(jié)后的整體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)定（5-8Mpa），同步保證隧道開挖時(shí)洞頂不漏漿漏水，保證隧道圍巖類別不因采空區(qū)處治效果不好而大幅度下降，保證充填率90%以上，灌漿壓力必須在3-4Mpa以上。10、保證漿液（或不振搗混凝土）不因自重而離析的措施。①當(dāng)?shù)貙铀?，無明顯孔洞時(shí)，以注漿為主。在搞好封孔裝置的前提下，先灌水，后注稀漿，保證灌注管路全過程無空氣時(shí)，再注入正常漿液，中間因灌注泵與流動(dòng)配合不妥等原因出現(xiàn)空氣進(jìn)入時(shí)，要用孔口的排氣閥及時(shí)處理。②當(dāng)?shù)叵驴斩摧^大時(shí)，要先灌某些石屑，同步把灌漿管頭封死，采用花管灌注，故意識地減少流動(dòng)速度，使之與灌漿泵的輸出量相匹配。11、在深層還原環(huán)境下，漿液和“混凝土”的凝固結(jié)石狀態(tài)與地面氧化環(huán)境下的狀態(tài)差異非常大，幾乎沒有任何比較性，因此，要根據(jù)地下水溫狀態(tài)調(diào)整水泥用量，合理增長速凝劑和其他添加劑，估計(jì)地下漿液凝固時(shí)間，保證結(jié)石率和結(jié)石強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，為進(jìn)行質(zhì)量控制打好基礎(chǔ)。六、機(jī)具設(shè)備（見表1）表1機(jī)具設(shè)備序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1空壓機(jī)20m3臺(tái)42鉆機(jī)300型臺(tái)103鉆機(jī)150-Ⅱ型臺(tái)54鉆機(jī)1000型臺(tái)55鉆機(jī)TL98-1型臺(tái)26鉆機(jī)BW-250/50臺(tái)47發(fā)電機(jī)200KV臺(tái)28東風(fēng)自卸車8T臺(tái)6七、勞動(dòng)組織（見表2）表2勞力安排序號工種人數(shù)工作內(nèi)容1安全員1人鉆孔值班2空壓機(jī)1人3質(zhì)檢員2人4電工1人5鉆機(jī)機(jī)長40人6力工80人7汽車司機(jī)4人8安全員1人注漿值班9質(zhì)檢員1人10汽車司機(jī)4人11注漿泵機(jī)長4人12力工20人八、質(zhì)保措施組織措施：建立健全項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、質(zhì)量檢查工程師參與的項(xiàng)目質(zhì)量管理體系，制定詳細(xì)的質(zhì)量管理責(zé)任制，明確各級責(zé)任。認(rèn)真執(zhí)行三檢制，堅(jiān)持三不放過，把質(zhì)量隱患消滅在萌芽狀態(tài)。技術(shù)措施：嚴(yán)格技術(shù)檢測制度，杜絕消滅不合格設(shè)備及原材料進(jìn)場。建立工地試驗(yàn)室，配齊試驗(yàn)設(shè)備及儀器，完備現(xiàn)場檢測手段。強(qiáng)制工程質(zhì)量自檢。九、安全措施對機(jī)械傳動(dòng)部位必須安裝防護(hù)罩，高空作業(yè)人員必須配置安全帶，施工人員必須配戴安全帽。安全員及特種崗位人員必須持證上崗。加強(qiáng)安全教育，使每個(gè)職工都牢固樹立“安全第一、防止為主”的思想。危險(xiǎn)設(shè)備及場地設(shè)置圍欄，并掛明顯警示牌。對易燃易爆物品設(shè)專人管理，并配置足夠的消防設(shè)備。十、效益分析本工法施工工藝行之有效，便于操作，帷幕范圍大，加固效果好，工程造價(jià)低，人員在地面施工，安全系數(shù)大，鉆機(jī)占的空間小，對環(huán)境的破壞少，有助于環(huán)境保護(hù)，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。十一、工程實(shí)例山西省祁臨高速公路工程十二標(biāo)段采空區(qū)處治工程。自1月至6月歷時(shí)六個(gè)月竣工。完畢鉆孔注漿274孔，合計(jì)鉆進(jìn)33288m，提前15天竣工。由于該工程施工進(jìn)度快，質(zhì)量好，多次受到監(jiān)理和業(yè)主的好評。施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備測定點(diǎn)位測定點(diǎn)位拌制水泥漿鉆機(jī)定位質(zhì)量檢查注漿孔注漿澆筑孔口管注漿孔鉆孔帷幕孔注漿澆筑孔口管帷幕孔鉆孔 拌制水泥漿鉆機(jī)定位質(zhì)量檢查注漿孔注漿澆筑孔口管注漿孔鉆孔帷幕孔注漿澆筑孔口管帷幕孔鉆孔圖1采空區(qū)鉆孔注漿總體流程下注漿管固定套管下φ127套管下注漿管固定套管下φ127套管施工鉆進(jìn)施工準(zhǔn)備全站儀定孔位座標(biāo)熟悉鉆孔柱狀圖熟悉鉆孔柱狀圖鉆孔定位熟悉鉆孔柱狀圖熟悉鉆孔柱狀圖鉆孔定位地質(zhì)編錄地質(zhì)編錄變徑鉆進(jìn)變徑鉆進(jìn)取巖芯鉆孔測斜取巖芯鉆孔測斜驗(yàn)收驗(yàn)收 合格澆筑孔口管澆筑孔口管提交原始資料提交原始資料圖2鉆孔施工工藝流程移去下管設(shè)備管口保護(hù)澆筑托盤及注漿管攪拌水泥漿托盤至變徑處下注漿管準(zhǔn)備工作移去下管設(shè)備管口保護(hù)澆筑托盤及注漿管攪拌水泥漿托盤至變徑處下注漿管準(zhǔn)備工作圖3澆筑孔口管施工工藝流程闡明：注漿管下入孔內(nèi)的深度原則應(yīng)選托盤托在估計(jì)變徑處，且孔外出露長度應(yīng)為0.5～1m左右。澆筑孔口管所用水泥漿的配比以及灌入量按設(shè)計(jì)執(zhí)行。驗(yàn)收原則：①外露孔口管長度應(yīng)為0.5～1m左右；②無漏漿現(xiàn)象；③止?jié){高度達(dá)4～6m高度值；④注漿過程中應(yīng)無孔壁冒漿現(xiàn)象。驗(yàn)收合格后應(yīng)在管口安裝堵頭，以防外物堵塞注漿管。注漿管安裝砂漿泵安裝沖洗孔壁注漿管安裝砂漿泵安裝沖洗孔壁漿材配料漿材配料 漿液攪拌漿液攪拌漿液泵送漿液泵送 記錄、記錄注漿記錄、記錄注漿記錄、記錄間歇注漿記錄、記錄間歇注漿記錄、記錄注漿結(jié)束記錄、記錄注漿結(jié)束 拔管拔管圖4帷幕孔注漿施工工藝流程沖洗孔壁、壓水試驗(yàn)沖洗孔壁、壓水試驗(yàn)配料、計(jì)量配料、計(jì)量一次粉煤灰攪拌（5分鐘）一次粉煤灰攪拌（5分鐘）一次水泥攪拌（5分鐘）漿液抽檢計(jì)量二次攪拌制漿漿液抽檢計(jì)量二次攪拌制漿（攪拌10分鐘）