大同市某變電站下伏采空區(qū)的注漿加固治理

盧 鋒

(山西省地質(zhì)勘查局217地質(zhì)隊(duì)，山西大同037008)

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司擬新建碾子溝110 kV變電站一座，面積約13000 m2。根據(jù)甲方提供的資料，擬建變電站區(qū)域存在采空區(qū)，須對(duì)擬建場(chǎng)地影響范圍內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行專項(xiàng)勘查治理。

工程位于大同市西南約20 km處，大同煤田同忻井田東北部，屬大同市南郊區(qū)所轄;區(qū)域內(nèi)有多條簡(jiǎn)易公路互通，水源充足，便于勘察治理施工。

2 勘察情況

根據(jù)甲方要求，對(duì)擬建區(qū)域進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察，勘察結(jié)果顯示，該區(qū)域共存在3層采空區(qū)，且處于擬建場(chǎng)地正下方。采空區(qū)上部裂隙帶明顯，局部形成冒落帶?？辈煦@進(jìn)時(shí)，局部掉塊、卡鉆，漏漿嚴(yán)重，巖體較破碎，鉆進(jìn)困難。

通過對(duì)所收集的資料，及鉆探確定的3層采空區(qū)進(jìn)行分析，對(duì)各采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確認(rèn)第12號(hào)采空區(qū)為不穩(wěn)定場(chǎng)地，應(yīng)對(duì)本層采空區(qū)采取措施進(jìn)行加固處理。本場(chǎng)地地面標(biāo)高為1409～1410 m，12號(hào)采空區(qū)標(biāo)高1245～1205 m處。其余2層采空區(qū)位于標(biāo)高1150 m以下，且相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)擬建建筑物影響較小，故不進(jìn)行處理。

3 施工方案

根據(jù)勘察結(jié)論及擬建場(chǎng)地下部采空區(qū)穩(wěn)定性、周邊地質(zhì)情況，對(duì)擬建場(chǎng)地及其周邊100 m范圍內(nèi)的12號(hào)采空區(qū)進(jìn)行帷幕注漿加固，共計(jì)230 m長(zhǎng)，200 m寬，約46000 m2。方案設(shè)計(jì)在注漿加固區(qū)四周邊緣設(shè)置帷幕墻，阻斷外部過水區(qū)，隔斷擬建場(chǎng)地下部采空區(qū)與外部采空區(qū)，防止跑漿，帷幕墻注漿孔間隔為10 m，鉆孔順帷幕線走向成單排孔線狀排列。內(nèi)部設(shè)置網(wǎng)狀注漿孔，全區(qū)域注漿，網(wǎng)格為20 m×20 m。帷幕底界確定在1200 m標(biāo)高。漿液擴(kuò)散半徑為8.0 m，段高控制在20～50 m。

本次工程設(shè)計(jì)了注漿鉆孔158個(gè)，工作量33200 m，設(shè)計(jì)注漿量150000 m3。

4 施工技術(shù)措施

由于該區(qū)域地層“三帶”(彎曲帶、裂隙帶、冒落帶)明顯，裂隙、破碎嚴(yán)重，在施工過程中，容易遇到鉆孔施工困難、注漿管無法下放到位，注漿不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，使工程失敗。因此，在工程開始初期，嚴(yán)把施工設(shè)計(jì)關(guān)，制定了周密的施工組織設(shè)計(jì)，施工中嚴(yán)格執(zhí)行，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，層層落實(shí)到位。

4．1 注漿鉆孔施工

鉆孔施工順序按照先施工外部帷幕孔，然后施工內(nèi)部加固孔的原則，按單雙號(hào)次序進(jìn)行。

4．2 套管連接與固定

(3)壓水、止?jié){合格后，采用0.8水灰比的單液水泥漿向管內(nèi)壓漿。

(4)固管注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):從孔口管外返出漿液;或孔口雖未返出漿，但孔口壓力已達(dá)1.0 MPa(漿站應(yīng)加管道消耗壓力)。

此時(shí)壓入一定數(shù)量的清水(壓入的水量應(yīng)不大于從孔口至孔底注漿管內(nèi)容積)，候凝4 h后，向孔內(nèi)灌水至孔口，觀測(cè)套管內(nèi)水位下降速度，如果固管后水位下降速度不大于固管前水位下降速度，則固管合格，否則，應(yīng)重新注漿固管，直至合格。固管合格后，方可進(jìn)入注漿段鉆進(jìn)。

4．3 止?jié){與壓水試驗(yàn)

4．3．1 止?jié){與止水

下止?jié){塞是注漿工藝中的關(guān)鍵一環(huán)，止?jié){塞下的好壞直接與注漿成敗、注漿質(zhì)量高低、工作效率有關(guān)。

(1)止?jié){塞的下法為下行式。

(4)下放止?jié){塞前首先檢查止?jié){塞管路是否暢通，絲扣絲桿是否完好，以防脫落，按順序安裝膠球、墊片、壓水軸承等。

(5)止?jié){塞加壓程度的判定:由孔口鉆桿下入的高度控制，壓力大小適中，使膠球膨脹，加壓后孔口下落鉆桿的高度控制在膠球長(zhǎng)度的20% ～30%，直到提拉有力為止。

(6)止?jié){塞的下放:慢速均勻，上緊每根鉆桿，如有卡阻人力緩慢正向轉(zhuǎn)動(dòng)下放，如有困難提出孔外，查找原因，掃孔，檢查止?jié){塞有無破損，然后再下到預(yù)定深度，人力正轉(zhuǎn)，使之與孔壁擠緊。

(7)止?jié){塞下入的位置應(yīng)遵循下述2項(xiàng)原則:選擇井壁光整，巖石堅(jiān)硬完整孔段;下入的位置與上一注漿段重疊長(zhǎng)度≮5 m。

(8)檢查止?jié){塞是否下好的方法是:首先觀測(cè)止?jié){塞下好后套管內(nèi)水位，再向套管內(nèi)灌水至套管孔口，停止灌水，觀測(cè)套管內(nèi)水位下降速度，若下降速度≯0.1 m/min，則認(rèn)為止水效果良好。

壓水試驗(yàn)開始后，套管孔口水外溢，否則應(yīng)重新下止?jié){塞(選擇理想位置或加壓)。

(9)止?jié){塞下好后，檢查注漿管路是否暢通，連結(jié)是否牢固，告知漿站記錄員壓水試驗(yàn)的孔段(孔段連續(xù))，以便漿站記錄員確定壓水、注漿壓力，注漿使用漿液種類、濃度。

(10)孔口要有專人看護(hù)。

4．3．2 壓水試驗(yàn)

(1)正常情況下，開泵后水泵壓力表會(huì)有指示，反應(yīng)出壓水試驗(yàn)中的壓力數(shù)值，此時(shí)應(yīng)作2個(gè)壓力點(diǎn)，一個(gè)為最大泵量時(shí)的壓力值，一個(gè)為最大泵量壓力值的1/2，各做30 min。

(2)當(dāng)壓水開始后，水泵壓力表無反應(yīng)為零，做30 min。

(3)當(dāng)壓水開始后，水泵壓力表壓力很大，吸水量很小，壓水試驗(yàn)做30 min。

(4)當(dāng)壓水開始后，無須開泵便向孔內(nèi)倒吸時(shí)，壓水試驗(yàn)便可不作，因?yàn)闊o法做出壓力，此時(shí)記錄下此種現(xiàn)象即可。

(5)將測(cè)得的壓力準(zhǔn)確記入《壓水記錄表》并及時(shí)計(jì)算出單位吸水量和滲透系數(shù)，以便確定是否需要注漿、注漿壓力、注漿使用漿液濃度。

4．4 注漿

4．4．1 注漿材料與注漿方式

32．5普通硅酸鹽水泥;本地粘土;水玻璃模數(shù)2.5～3.4，Be=40～45°;粒徑0.5 ～1.0 cm 石子;過篩普通河沙，直徑≤5 mm;全部采用下行式注漿。

4．4．2 漿液類型及使用條件

本次注漿目的是加固地基，要求注漿后形成的固結(jié)體具有一定的強(qiáng)度，對(duì)漿液的性能要求較高。因此，根據(jù)漿液的不同類型，及其性能、適用范圍、固結(jié)強(qiáng)度，選擇了單液水泥漿、水泥－粘土漿、骨料砂漿為基本漿液，根據(jù)施工的不同需要，決定使用漿液類型(見表1)。

表1 漿液類型及使用條件

4．4．2．1 單液水泥漿

單液水泥漿是以水泥為主料，添加一定比例的附加劑，用水調(diào)制而成的一種漿液，主要用于固管(正常注漿)和空洞注砂石后的注漿段(特殊注漿)。單液水泥漿主要由水泥、水、食鹽和三乙醇胺配制而成。

固管漿液配比為0.8∶1，強(qiáng)度＞10 MPa;特殊注漿漿液比例現(xiàn)場(chǎng)決定，強(qiáng)度＞10 MPa。

4．4．2．2 水泥 － 粘土漿

水泥－粘土漿是近年來綜合注漿技術(shù)經(jīng)常采用的一種新型廉價(jià)注漿材料，主要由水泥和粘土構(gòu)成，用于防滲帷幕注漿和裂隙充填注漿，其具有流動(dòng)性好、穩(wěn)定性好、可注性好、防滲性好、韌性大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種堵水和加固效果良好的材料。

水泥－粘土漿液配合比為:水泥∶粘土∶水=1∶1∶1.6，強(qiáng)度＞4 MPa;根據(jù)實(shí)際需要，可在漿液中加入一定比例的附加劑或調(diào)整配合比來改善漿液性能。

4．4．2．3 骨料砂漿

骨料砂漿是將河沙、石子按一定比例配制，再加入水泥漿而成的漿料，主要用于采空區(qū)、較大溶洞及斷層與斷層交叉處的導(dǎo)水主通道中的注漿。

骨料砂漿的配合比為:石子∶河沙=1∶0.8(體積比)。骨料砂漿的使用依據(jù):一是鉆探中發(fā)生有“掉鉆”現(xiàn)象;二是壓水時(shí)水泵不起壓，有倒吸水現(xiàn)象;三是吸漿量很大，久注不起壓。

4．4．3 注漿方法

本工程采用單液水泥漿進(jìn)行正常固管注漿;水泥－粘土漿進(jìn)行帷幕防滲、裂隙充填注漿;骨料砂漿加水泥漿進(jìn)行采空區(qū)及溶洞充填注漿。遇裂隙、破碎地層可采用單液水泥漿或水泥－粘土漿并控制漿液初凝時(shí)間和擴(kuò)散范圍進(jìn)行注漿。

4．4．3．1 正常注漿

選擇合適的漿液類型，進(jìn)行漿液制備，按照確定的注漿段進(jìn)行注漿。正常注漿時(shí)，隨著注漿量的增加，孔口壓力表壓力值從無到有，由小變大，逐漸升高，并最后達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，吸漿量也同時(shí)會(huì)逐漸減少，最終達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，再繼續(xù)注入30 min后，無異?，F(xiàn)象，停止注漿。

4．4．3．2 特殊注漿

本工程特殊注漿是針對(duì)特殊孔段的注漿。即采空區(qū)、大裂隙、大溶洞。特殊孔段注漿方法主要是骨料砂漿注漿。即加入適當(dāng)骨料，再進(jìn)行水泥砂漿注漿。

骨料砂漿的注漿方法是:先下骨料再注入單液水泥漿，根據(jù)下入骨料多少和空洞大小決定采取何種方式和材料，以及何種配比。因?yàn)楦鞣N漿液的配比不同，其初凝時(shí)間跨度很大，從幾十秒到幾小時(shí)不等，需現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)決定。

下骨料時(shí)必須提出止?jié){塞，孔口接一漏斗再下入注漿管，注漿管下至離孔底1 m左右;注漿管應(yīng)與鉆機(jī)立軸合齒，以備下骨料堵塞時(shí)便于轉(zhuǎn)動(dòng)注漿管;骨料用少量清水(或稀漿)沖下;每隔5 min開動(dòng)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次，轉(zhuǎn)動(dòng)注漿管，借鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的作用撥動(dòng)停留在鉆孔半路的砂子、石子，每隔10 min提動(dòng)一次注漿管，測(cè)定骨料堆積高度;如上升高度＞1 m，應(yīng)停止注骨料，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，加大注漿量，再次提動(dòng)鉆桿測(cè)高，決定是否繼續(xù)投入骨料。當(dāng)注入骨料高度超過空洞或?qū)ǖ理敯甯叨?.5～1.0 m時(shí)開動(dòng)鉆機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，直至砂面不再下降確認(rèn)骨料頂面高度確實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，停止下骨料，重新下止?jié){塞，再次按正常方法注漿，直到達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4．4．4 質(zhì)量控制

4．4．4．1 原材料的質(zhì)量控制

主要原材料為水泥和粘土。進(jìn)廠前查驗(yàn)合格證，嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品。專人負(fù)責(zé)定期抽查批次合格證。

4．4．4．2 注漿漿液的質(zhì)量控制

嚴(yán)格按配比進(jìn)行漿液的配制，標(biāo)定加料量不得隨意更改。每班每孔段都要有漿液測(cè)試記錄，試塊制作由技術(shù)人員下達(dá)指令，漿站記錄員負(fù)責(zé)制作、登記、養(yǎng)護(hù)。各種注漿記錄真實(shí)、完整、齊全、規(guī)范。

4．5 發(fā)現(xiàn)的問題及采取的措施

4．5．1 發(fā)現(xiàn)的問題

(1)單液水泥漿在注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)單位吸漿量偏大，壓力偏小，存在漿液不凝固現(xiàn)象，注漿量較大，超出預(yù)計(jì)值30%左右。

(2)骨料砂漿注漿時(shí)，骨料下放出現(xiàn)堵孔情況，按照設(shè)計(jì)的方法處理效果不明顯。

4．5．2 采取的措施

(1)帷幕單液注漿調(diào)整了漿液的水灰比。正常注漿由原來的0.8調(diào)整為0.7，初始注漿調(diào)整為1.33。采用先稀后濃，逐步變濃的方法進(jìn)行注漿，注漿結(jié)束時(shí)，采用濃漿結(jié)束法。

(2)采用間歇注漿，并調(diào)整注漿液的濃度和比例，增加1%的附加劑，以縮短其凝膠時(shí)間，減少漿液流失，提高注漿效果。

(3)將骨料砂漿的配合比調(diào)整為1∶1，增加了河沙的比例，保證了骨料砂漿的流動(dòng)性。同時(shí)，對(duì)骨料粒徑進(jìn)行了嚴(yán)格篩選，保持在孔內(nèi)環(huán)狀直徑的1/4左右。

(4)改進(jìn)了操作工藝，保持上料均勻，沖水量適當(dāng);注漿管底部的透漿孔由4個(gè)增加到6個(gè)，直徑為20 mm，保證了漿液能把骨料迅速擴(kuò)散到空洞四周。

5 結(jié)語

在整個(gè)施工過程中，由于正確的選擇了采空區(qū)的治理方法，嚴(yán)格的執(zhí)行了施工組織方案，對(duì)發(fā)現(xiàn)的特殊問題及時(shí)采取了對(duì)應(yīng)措施，取得了良好的效果，保證了施工的順利進(jìn)行，使施工工程得到了圓滿完成。通過本次治理工程的實(shí)施，探討了采空區(qū)注漿加固治理工程設(shè)計(jì)和施工理念，總結(jié)了施工過程中各種問題的解決方法和成功經(jīng)驗(yàn)，拓展了類似工程的設(shè)計(jì)思路，也為今后的施工打下了基礎(chǔ)。

［1］ 長(zhǎng)江水利委員會(huì)三峽勘測(cè)研究院．水利水電工程勘探與巖土工程施工技術(shù)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2002．

［2］ DZ/T 0227－2010，地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程［S］．

［3］ JGJ－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］ 時(shí)戰(zhàn)峰，王振福．黃陵礦業(yè)公司運(yùn)煤專線沉陷治理方案設(shè)計(jì)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(30):66 －70．

［5］ 崔志盛，趙凱，龔建伍．公路隧道下伏采空區(qū)施工影響數(shù)值模擬分析［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(7):76 －79．