壁后注漿技術(shù)在尾礦庫溢洪井隧道修護(hù)中的應(yīng)用

付學(xué)會(huì)，侯克鵬

（昆明理工大學(xué)，昆明650093）

作為一種后注漿技術(shù)，壁后注漿已被廣泛應(yīng)用于地下工程的水害治理和地層加固中。我國煤炭行業(yè)自20世紀(jì)50年代初首次采用井壁注漿堵水以來，已逐步開發(fā)了許多新型注漿材料、注漿工藝、注漿專用設(shè)備和配套機(jī)具，使注漿技術(shù)有了很大的發(fā)展和提高。而水泥漿單液注漿工藝因其材料易購、成本較低、工藝簡(jiǎn)單、污染小以及加固、堵水效果好等優(yōu)勢(shì)，在壁后注漿中應(yīng)用最為廣泛［1］。如在盾構(gòu)隧道施工過程中，壁后同步注漿技術(shù)的目的是盡早填充地層、減少地基沉降量、保證環(huán)境安全、確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性和間隙的密封性。作為襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能；作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層，具有耐久性和一定強(qiáng)度。因此，盾構(gòu)隧道壁后同步注漿是決定盾構(gòu)隧道能否穩(wěn)定的關(guān)鍵性工序之一［2］。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，壁后注漿技術(shù)廣泛用于地表沉降控制、井筒水害治理、巷道修復(fù)與壁后防滲堵水等。在銅街大溝尾礦庫溢洪井隧道工程修復(fù)中，提出了壁后充填注漿技術(shù)，有效地將隧道井壁的涌水、涌泥封堵于壁后，同時(shí)還起到了加固井壁的作用。

1 工程概況

該工程地處于銅街大溝尾礦庫構(gòu)造侵蝕“V”型溝谷中，溝谷走向近N27°W，溝底寬約3.0～13.0 m。溝谷切割較深，谷底標(biāo)高964.59m，兩岸坡度較陡。右岸坡坡度58°～83°，植被較發(fā)育，局部為基巖裸露；左岸坡坡度57°～82°，植被不發(fā)育，為基巖裸露及少量灌木，局部為碎、塊石土。銅街大溝尾礦庫溢洪井位于大溝的右岸，隧道在使用過程中井壁出現(xiàn)涌水、漏泥等情況，本著安全與環(huán)保的原則，避免因壁后空洞導(dǎo)致巷道圍巖失穩(wěn)的突發(fā)性事故，需對(duì)隧道滲漏段進(jìn)行防滲堵漏加固處理。結(jié)合工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用溢洪井隧道壁后充填注漿技術(shù)。

據(jù)收集的工程地質(zhì)測(cè)繪及勘探工程資料得知，2＃、3＃、4＃溢洪井所處地層從上往下依次為植物層、粉質(zhì)黏土；強(qiáng)風(fēng)化層二云斜長片麻巖；中風(fēng)化層二云斜長片麻巖；微風(fēng)化層二云斜長片麻巖。其中植物層、粉質(zhì)黏土為強(qiáng)透水層；強(qiáng)風(fēng)化層二云斜長片麻巖為中等透水層；中風(fēng)化層二云斜長片麻巖為主要含水層，富含裂隙水。經(jīng)過實(shí)地考察論證得知，該工程井壁出現(xiàn)滲漏水、漏泥，呈淋水狀態(tài)的主要原因是由于溢洪井隧道砌體質(zhì)量差，壁后出現(xiàn)空頂空幫現(xiàn)象，澆灌不密實(shí)、空洞、裂隙導(dǎo)致巖層裂隙水與孔隙水相互溝通，以滲流的形式涌入井筒，經(jīng)過討論決定采取溢洪井隧道壁后充填注漿，通過漿液充填和膠結(jié)圍巖的空洞和裂隙，切斷出水段與上部裂隙水的水力聯(lián)系，在巷道的外圍形成完整的注漿帷幕［3］，達(dá)到堵漏防滲加固的目的。

2 注漿施工

2.1 注漿方案

沿溢洪井隧道注漿段均勻布孔，在同一斷面（2m×2m）鉆孔埋設(shè)注漿花管，注漿孔與斷面斜交打入，以增加漿液擴(kuò)散范圍和避免井壁破壞。眼排距2.5～3m，每排5個(gè)眼或7個(gè)眼，根據(jù)工程實(shí)際滲漏情況，選擇不同的布孔方式（見圖1）。按設(shè)計(jì)要求鉆孔，采用風(fēng)鎬打眼，孔徑30mm，孔深1.5m。孔口打好后應(yīng)及時(shí)埋管，注漿管采用Ф25mm的無縫鋼管加工而成，一頭為外絲扣，一頭為馬牙扣，并打成花孔，注漿小孔1mm。埋設(shè)注漿管前，在馬牙扣上纏上麻繩，用大錘打入鉆孔內(nèi)，然后用水泥水玻璃塑膠泥將注漿管和井壁之間的孔隙糊堵嚴(yán)密，粘結(jié)牢固。

圖1 溢洪井隧道壁后注漿孔示意圖Fig.1 Wall grouting behind hole in overflowing flood wells tunnel

2.2 注漿參數(shù)及材料選擇

壁后注漿的實(shí)質(zhì)是利用泵壓將漿液充填到壁后較大空隙內(nèi)，使破碎矸石膠結(jié)成一個(gè)整體，漿液充填微小裂隙，阻止井壁的風(fēng)化和吸水軟化，有效地將地下水含水層的涌水封堵于壁后；且漿液滲透到裂隙中使整體重新膠結(jié)在一起，起到了加固圍巖的作用［4］。注漿材料主要采用水泥漿液，根據(jù)實(shí)際情況摻一定的水玻璃，用量為水泥用量的3%［5］；水灰比控制在0.5︰1至0.8︰1，注漿壓力控制在2.5 MPa以內(nèi)，以使?jié){液充分?jǐn)U散開來，在壁后形成一個(gè)密閉圈，達(dá)到堵漏防滲的目的。

3 注漿工藝

3.1 工藝流程

注漿施工工藝流程見圖2。

3.2 施工方法

圖2 注漿施工工藝流程Fig.2 Grouting construction process flow diagram

按設(shè)計(jì)要求布置注漿孔，如圖1所示，把注漿接頭與注漿管露頭外絲扣相接即可開始注漿，如圖3。

注漿設(shè)備選擇KBY－60／70液壓注漿泵，如圖4所示；注漿順序縱向采用間隔注漿、同一斷面由拱底向拱頂?shù)捻樞蜃{、先注側(cè)壁孔、后注頂部孔的原則。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比為0.5︰1至0.8︰1，注入時(shí)先稀后濃，每孔要連續(xù)注漿，注漿時(shí)當(dāng)出現(xiàn)壓力不升、進(jìn)漿量不減時(shí)，應(yīng)逐漸加大漿液濃差；反之，應(yīng)降低。要對(duì)吸漿量和壓力進(jìn)行及時(shí)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常立即處理。注漿壓力大小取決于注漿孔靜水壓力、裂隙發(fā)育程度及井壁的實(shí)際承壓能力，然而工程最大靜水壓力只作為注漿設(shè)備選擇的依據(jù)，注漿設(shè)計(jì)不確定注漿初壓、常壓、終壓及其保持時(shí)間，以滿足漿液能夠順利注入的最低注漿壓力為實(shí)際注漿壓力［1］。該工程在通過實(shí)際壓水試驗(yàn)及本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，注漿壓力選擇控制在2.5MPa，同時(shí)注漿在拱頂中心角180°以內(nèi)應(yīng)確保注漿質(zhì)量。

圖3 注漿施工圖Fig.3 Grouting construction

3.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

壁后注漿技術(shù)的目的是使井筒周圍一定范圍內(nèi)形成效果較好的隔水帷幕，阻擋含水層水及裂隙水進(jìn)入井筒，為此注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為單個(gè)注漿孔內(nèi)壓力緩緩上升達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓時(shí)注漿孔不進(jìn)漿，而且停止注漿一段時(shí)間后，打開孔口閥門不出水，若出水應(yīng)繼續(xù)注漿，必要時(shí)加大注漿壓力以達(dá)到上述要求。

溢洪井隧道井內(nèi)注漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：隧道內(nèi)注漿段含水層已無出水點(diǎn)，井壁無滲水現(xiàn)象。

3.4 注意事項(xiàng)

1）跑漿：注漿過程中發(fā)生跑漿、竄漿時(shí)，可采取縮短凝固時(shí)間，或在跑漿的裂隙中用木楔、麻線等物塞嵌或配合水泥—水玻璃塑膠泥封堵。必要時(shí)采用間歇方式注漿封堵圍巖跑漿裂隙。停泵20～30 min，使水泥漿有一個(gè)停止流動(dòng)、固化的時(shí)間，然后再次開泵注漿，如此反復(fù)進(jìn)行，必要時(shí)加入粗砂、石渣、棉紗、水玻璃等充填大裂隙。

2）嚴(yán)格按水灰比進(jìn)行漿液配制，參照相關(guān)試驗(yàn)研究，壁后注漿漿液應(yīng)具備如下工程特性［6］：（1）具有良好的充填性，可控；（2）良好的和易性和流動(dòng)性，離析少；（3）稠度，不易被地下水稀釋；（4）穩(wěn)定性好，不分層，滿足長距離輸送要求；（5）早期強(qiáng)度；（6）體積收縮率和滲透系數(shù)要??；（7）無公害，價(jià)格便宜。漿液的凝固時(shí)間要根據(jù)注漿孔的涌水量、井壁裂縫的大小、壁后的連通情況來確定。當(dāng)注漿孔的涌水量大，凝固時(shí)間要長些，反之則縮短。凝固時(shí)間要通過水泥漿與水玻璃之間配比控制。注漿時(shí)要注意觀察井壁、注漿泵及管路，若發(fā)生異常情況及時(shí)處理。漿液濃度現(xiàn)場(chǎng)配制。注漿泵在注漿前先進(jìn)行空荷運(yùn)轉(zhuǎn)，并按設(shè)計(jì)進(jìn)行打壓試驗(yàn)。

3）控制注漿壓力，注漿開始前先壓力沖孔，了解地層特性。準(zhǔn)確判斷井壁涌水來源和水流通道是解決溢洪井隧道井壁滲漏問題的根本保證，經(jīng)分析該溢洪井隧道井壁滲漏是由于巖層裂隙水與孔隙水相互溝通，以滲透的形式涌入井筒，為此采用壁后充填注漿的方式沿?cái)嗝嫘纬梢粋€(gè)密閉圈，將地下含水層的涌水、涌泥封堵于壁后。注漿開始時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析井壁滲漏情況，當(dāng)井壁大面積滲漏，且無明顯集中出水點(diǎn)時(shí)，應(yīng)布置泄壓孔泄壓，迫使?jié){液向泄壓孔方向擴(kuò)散，以增大漿液擴(kuò)散范圍和避免井壁被破壞。

4）漿液的擴(kuò)散方式與周圍土質(zhì)、施工工藝、漿液性質(zhì)、注漿壓力、地下水等多種因素有關(guān)［7］，可通過調(diào)整漿液濃度、添加速凝劑、間斷式注漿等措施有效控制漿液的擴(kuò)散半徑。

5）每次注漿應(yīng)確認(rèn)注漿噴嘴處連接牢固，當(dāng)停止注漿時(shí)方可拆除孔口管的連接裝置，避免噴漿傷人；注漿結(jié)束后應(yīng)立即用清水沖洗機(jī)器及注漿管，防止?jié){液殘留凝固堵塞。

4 注漿效果

本工程工期歷時(shí)31d，完成了銅街大溝尾礦庫2＃、3＃、4＃溢洪井隧道滲漏段壁后充填注漿堵漏防滲工作，總計(jì)完成2＃、3＃、4＃溢洪井注漿段長度33 m，井內(nèi)注漿孔80個(gè)，水泥用量138t。注漿結(jié)束后井壁壁面干燥，不潮濕、不滴水，解決了注漿前井壁淋水、滲水、涌泥等問題，注漿達(dá)到了較好的預(yù)期效果。

5 結(jié)語

本次注漿成功的實(shí)踐證明，壁后注漿技術(shù)是治理巷道井壁滲水、涌泥、涌水等的有效措施?？梢杂行У馗尉诹苡克ㄟ^充填膠結(jié)作用，進(jìn)一步提高井壁抗壓強(qiáng)度，有利于降低巷道失修率，延長使用年限，提高了整個(gè)尾礦庫的抗災(zāi)能力，同時(shí)具備安全高效、低成本的特點(diǎn)。

［1］ 羅大賢，楊正東.低壓限量壁后注漿技術(shù)［J］.煤礦設(shè)計(jì)，2001（2）：29－30.

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