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)第二工程有限公司于占雙羅瑩滿學(xué)坤一、前言隨著科學(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(lái)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確保工程質(zhì)量和安全的重要手段。我公司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，累計(jì)鉆孔33288m。在施工實(shí)踐中，通過(guò)探索實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出一套行之有效的施工辦法，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(jiǎn)便靈活。2、施工占用空間小，對(duì)交通影響小，對(duì)市政環(huán)境影響小。3、工期短、見(jiàn)效快，合用范疇廣。4、加固深度易于控制。三、合用范疇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)行周邊帷幕孔注漿再進(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，如果土體中有空穴（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)散邁進(jìn)，對(duì)周邊的土體同時(shí)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(jiàn)圖1）2、鉆孔施工工藝流程（見(jiàn)圖2）3、澆鑄孔口管施工工藝流程（見(jiàn)圖3）4、帷幕孔注漿施工工藝流程（見(jiàn)圖4）5、注漿孔注漿施工工藝流程（見(jiàn)圖5）6、質(zhì)量檢查施工工藝流程（見(jiàn)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(chǎng)。鉆孔注漿設(shè)備及施工人員，注漿材料進(jìn)場(chǎng)。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(cè)量放線，木樁紅布標(biāo)記，規(guī)定誤差不大于1m。采用1000型釬孔錘鉆機(jī)和300型鉆機(jī)鉆進(jìn)。開(kāi)孔采用130鉆頭，當(dāng)穿過(guò)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、孔深達(dá)成設(shè)計(jì)深度后提鉆桿，下注漿管，注漿管外露長(zhǎng)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?？卓诠艿淖{高度要達(dá)成4～6m。5、帷幕孔注漿：首先，根據(jù)帷幕孔成孔過(guò)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(guò)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，以選擇擬定灌注漿液（即水泥粉煤灰砂漿）的類型，并對(duì)帷幕孔進(jìn)行單孔灌漿設(shè)計(jì)（涉及材料、配合比、灌漿工藝、灌漿量等）。本地下采空區(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。本地下采空區(qū)空隙較大時(shí)，可用水泥粉煤灰砂漿實(shí)施灌注，其砂漿流度應(yīng)在130～200mm之間，砂漿強(qiáng)度等級(jí)設(shè)定為M15。對(duì)于灌漿量較大的帷幕孔，采用低壓稠漿小泵量多間歇的辦法灌注，以工藝控制灌漿量，達(dá)成最佳的灌漿效果，避免漿液過(guò)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(guò)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)（涉及漿液配合比、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(duì)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(guò)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(cè)工作。檢測(cè)位置由監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)灌漿施工實(shí)際具體擬定。檢查孔按灌漿孔總數(shù)的3-5%來(lái)控制，并經(jīng)監(jiān)理工程師同意后選擇一孔用波速測(cè)井法進(jìn)行鉆探檢測(cè)，規(guī)定波速不不大于160m/s。五、核心技術(shù)1、為了有效地控制漿液凝固時(shí)間，速凝劑和其它添加劑先加在一級(jí)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)育而引發(fā)的注漿孔周邊的冒漿現(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同，故在本合同段注漿站修建二級(jí)攪拌池二個(gè)，確保不同配比漿液的同時(shí)造漿灌注，加緊施工進(jìn)度。4、受注段過(guò)長(zhǎng)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，同時(shí)鉆孔變徑點(diǎn)應(yīng)減少。5、單孔初灌前，必須進(jìn)行注水實(shí)驗(yàn)，首先起到洗孔作用，以確保多個(gè)空洞裂隙貫穿；另首先判斷單孔可灌性，擬定初始漿液配合比。6、每個(gè)鉆孔完畢后，經(jīng)注水實(shí)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)，擬定漿液配合比、灌漿量；擬定分序次的灌注辦法和灌注壓力。7、普通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)采用后一種辦法時(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)灌注達(dá)成規(guī)定后，拔起1m再灌，依這類推。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(pán)封口。8、帷幕注漿時(shí)，如空洞或冒落帶的空隙較大，適宜灌一部分石屑，但不能超出空洞高度的三分之二，然后灌石屑“混凝土”（指不振搗混凝土）或水灰比不不大于1：1.8的稠漿。9、對(duì)隧道洞身以上采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)灌漿時(shí)，為確保冒落物在受注膠結(jié)后的整體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)定（5-8Mpa），同時(shí)確保隧道開(kāi)挖時(shí)洞頂不漏漿漏水，確保隧道圍巖類別不因采空區(qū)處治效果不好而大幅度下降，確保充填率90%以上，灌漿壓力必須在3-4Mpa以上。10、確保漿液（或不振搗混凝土）不因自重而離析的方法。①本地層塌陷，無(wú)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，確保灌注管路全過(guò)程無(wú)空氣時(shí)，再注入正常漿液，中間因灌注泵與流動(dòng)配合不當(dāng)?shù)纫蛩爻霈F(xiàn)空氣進(jìn)入時(shí)，要用孔口的排氣閥及時(shí)解決。②本地下空洞較大時(shí)，要先灌某些石屑，同時(shí)把灌漿管頭封死，采用花管灌注，故意識(shí)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)差別非常大，幾乎沒(méi)有任何比較性，因此，要根據(jù)地下水溫狀態(tài)調(diào)節(jié)水泥用量，合理增加速凝劑和其它添加劑，預(yù)計(jì)地下漿液凝固時(shí)間，確保結(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(jiàn)表1）表1機(jī)具設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)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(chē)8T臺(tái)6七、勞動(dòng)組織（見(jiàn)表2）表2勞力安排序號(hào)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(zhǎng)40人6力工80人7汽車(chē)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(chē)司機(jī)4人11注漿泵機(jī)長(zhǎng)4人12力工20人八、質(zhì)保方法組織方法：建立健全項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、質(zhì)量檢查工程師參加的項(xiàng)目質(zhì)量管理體系，制訂具體的質(zhì)量管理責(zé)任制，明確各級(jí)責(zé)任。認(rèn)真執(zhí)行三檢制，堅(jiān)持三不放過(guò)，把質(zhì)量隱患消亡在萌芽狀態(tài)。技術(shù)方法：嚴(yán)格技術(shù)檢測(cè)制度，杜絕消亡不合格設(shè)備及原材料進(jìn)場(chǎng)。建立工地實(shí)驗(yàn)室，配齊實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器，完備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段。強(qiáng)制工程質(zhì)量自檢。九、安全方法對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部位必須安裝防護(hù)罩，高空作業(yè)人員必須配備安全帶，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(shù)立“安全第一、防止為主”的思想。危險(xiǎn)設(shè)備及場(chǎng)地設(shè)立圍欄，并掛明顯警示牌。對(duì)易燃易爆物品設(shè)專人管理，并配備足夠的消防設(shè)備。十、效益分析本工法施工工藝行之有效，便于操作