撫順西露天礦北幫地表斷裂帶注漿加固試驗(yàn)研究

韓曉極，申 力，李慧發(fā)，紀(jì)玉石，郭 霽，焉 博

（1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113112；3.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限公司 西露天礦，遼寧 撫順 113000）

撫順市作為國務(wù)院確定的第2 批32 個(gè)資源枯竭城市之一，是伴隨著煤田開采逐步建設(shè)發(fā)展起來的城市。撫順煤田礦產(chǎn)資源儲量大且分布集中，礦區(qū)布局緊湊、相關(guān)產(chǎn)業(yè)圍繞礦區(qū)分布。早在1901 年煤炭開始采掘時(shí)，在千臺山北麓的千金寨（現(xiàn)西露天礦坑內(nèi)）形成了城市雛形，1924 年因西露天礦生產(chǎn)剝離，千金寨被迫拆遷[1]。由于當(dāng)時(shí)掠奪式開采，限于時(shí)局、生產(chǎn)技術(shù)水平與煤田地質(zhì)情況不清等諸多因素，將遷建的新?lián)犴?、站前、永安臺、東公園等居住區(qū)及相應(yīng)建設(shè)的石油一廠、發(fā)電廠、挖掘機(jī)廠、電瓷廠等大型工業(yè)企業(yè)都建在了煤層之上。城市布局不可避免的延續(xù)了集中分布型空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在城市化進(jìn)程中制約了礦城發(fā)展與前景。

撫順西露天礦工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，同時(shí)受到井工采動的影響，在如此復(fù)雜的工程地質(zhì)和采礦技術(shù)條件下進(jìn)行露天開采，形成采深達(dá)400 m 的高大邊坡，邊坡變形破壞（滑坡）規(guī)律極為復(fù)雜。由于礦山毗鄰城區(qū)的特殊地理位置局限性，相較于其他礦業(yè)城市，面臨的城市安全問題更為突出、典型、易發(fā)和敏感。基于各種原因，目前礦區(qū)面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、礦山地質(zhì)災(zāi)害防治、城市空間結(jié)構(gòu)調(diào)整等諸多資源枯竭城市轉(zhuǎn)型期問題，成為制約工礦企業(yè)與城市規(guī)劃建設(shè)的瓶頸[2-4]。在礦山開采期間，撫順西露天礦北幫地表原石油一廠、發(fā)電廠廠區(qū)為滿足安全生產(chǎn)的要求，企業(yè)聯(lián)合科研院所專業(yè)技術(shù)人員，基于采動影響下地廠區(qū)地表變形破壞規(guī)律以及地質(zhì)條件相互作用關(guān)系研究，采用多種加固技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)與工程處置，以減緩變形擾動，防治地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，取得了一定時(shí)間段減緩變形作用，保障廠區(qū)安全生產(chǎn)的目的效果[5-13]。限于地質(zhì)環(huán)境條件的復(fù)雜性，現(xiàn)階段斷層帶一線地裂縫仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并有可能進(jìn)一步擴(kuò)展。因此，需加強(qiáng)觀測并進(jìn)行必要的防治[14-16]。

基于此，結(jié)合以往地質(zhì)災(zāi)害防治成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在地裂縫災(zāi)害現(xiàn)狀與趨勢預(yù)判的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合治理規(guī)劃，重點(diǎn)關(guān)注西露天礦退煤治理期間城市地裂縫災(zāi)害易發(fā)且危害程度大的區(qū)段防災(zāi)減災(zāi)，區(qū)別對待現(xiàn)階段及趨勢性的多因素影響下地城市構(gòu)造變形區(qū)域地質(zhì)環(huán)境惡化帶來的不確定問題：①斷裂帶（尤其是F1A）及其邊緣區(qū)域部分嚴(yán)重變形破壞的建筑物避險(xiǎn)搬遷；②場地整合利用過程中的加固改造治理，防范災(zāi)害趨勢性變形破壞。針對構(gòu)造變形區(qū)災(zāi)害集中發(fā)育、危害程度大的區(qū)段，在現(xiàn)場實(shí)施條件允許的情況下，進(jìn)行地裂縫災(zāi)害分區(qū)，并針對性地開展注漿加固技術(shù)試驗(yàn)，以期為城市安全地質(zhì)災(zāi)害綜合治理提供參考依據(jù)。

1 北幫地表斷裂構(gòu)造及地裂縫發(fā)育特征

1.1 地表斷裂構(gòu)造分布

露天礦坑內(nèi)工程揭露的對于北幫及地表穩(wěn)定影響較大及規(guī)模較大斷層有2 條，其中F1斷層自西向東在北幫上部沿走向共揭露1 600 m，它是控制北幫上部邊坡穩(wěn)定性的主要地質(zhì)構(gòu)造因素。

1）F1A斷層。走向80°～85°，傾向北西，傾角70°～75°。礦坑內(nèi)水平探巷揭露該斷層破碎帶寬度為80 m，上盤巖石為基底片麻巖系，下盤為白堊系玄武巖、砂巖及砂頁巖等。破碎帶主要由夾角礫斷層泥構(gòu)成，并夾有巨大片麻巖包裹體，說明了其活動的多期性和活動性質(zhì)變化。破壞帶寬度西寬東窄，至原發(fā)電廠廠區(qū)寬約30 m。據(jù)區(qū)域總體構(gòu)造形跡判斷，F(xiàn)1A斷層呈右旋平移。F1A斷層在北幫于W1600左右位于地面境界附近，向東以與礦坑走向10°～15°夾角遠(yuǎn)離礦坑，北幫地表的石油一廠、發(fā)電廠廠區(qū)均坐落在該斷層帶上。由于該斷層的存在，地表廠區(qū)變形嚴(yán)重。

2）F1斷層。走向80°，傾向北，傾角47°～52°，上盤為白堊系龍鳳坎組地層，下盤為第三系煤系地層。斷層破碎帶寬20～30 m，發(fā)育有斷層泥、斷層角礫層等。F1斷層于W1800，+9 平盤出露，至E850 出坑，斜切北幫達(dá)1 650 m。受該斷層控制，W1800 至E1000范圍內(nèi)的北幫上部邊坡出現(xiàn)了不同程度的邊坡變形與破壞問題。

3）F41斷層。為渾河斷裂的次級斷裂，呈近東西向70°展布。該組斷裂貫穿太古界片麻雜巖。斷層性質(zhì)為逆斷層，寬30～40 m，走向70°，傾向北，傾角50°～70°。受勝利礦、西露天礦等采煤活動的影響，沿F41斷裂在評價(jià)區(qū)段及東側(cè)局部形成了地裂縫地質(zhì)災(zāi)害。

1.2 地裂縫發(fā)育特征

地裂縫災(zāi)害發(fā)育于廠區(qū)及城區(qū)地表，國家及企業(yè)投資數(shù)億開展大規(guī)模治理，起到一定的緩解作用，但作為重大地質(zhì)災(zāi)害體，其地表構(gòu)造變形區(qū)至今仍影響地面工業(yè)、民用建筑的安全。

地裂縫是指在一定地質(zhì)自然環(huán)境下，由于自然或者人為因素，地表巖土體開裂，在地面形成一定長度和寬度的裂縫的一種地質(zhì)現(xiàn)象。地裂縫平面位置示意圖如圖1，典型地質(zhì)剖面如圖2。

圖1 地裂縫平面位置示意圖Fig.1 Ground fissure plane sketch map

圖2 典型地質(zhì)剖面Fig.2 Typical geological section

在西露天礦開挖強(qiáng)烈影響區(qū)，坡表地裂縫的分布較為廣泛，如近礦坑的F1斷層以南的地表及坡表處，它們通常是伴隨著滑坡、邊坡變形等災(zāi)害而發(fā)生的，主要影響因素為地下開采或露天開采，邊坡或地表巖土體受到影響發(fā)生移動和變形造成的，這部分地裂縫主要位于F1斷層帶附近。而在遠(yuǎn)離采坑的地段，地裂縫的發(fā)育、分布則與巖體中較大斷層的存在有關(guān)，因開挖引起巖土體移動和變形的斷層效應(yīng)十分明顯。這種地裂縫在原撫順石油一廠及發(fā)電廠廠區(qū)，F(xiàn)1A斷層通過的地段屢見不鮮，而且建筑物、構(gòu)筑物所遭到的損壞相當(dāng)嚴(yán)重。這部分地裂縫目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并有可能進(jìn)一步擴(kuò)展。

地裂縫另一種表現(xiàn)形式為斷層帶沉陷，指F1A斷層帶發(fā)生沉陷，即當(dāng)裂縫發(fā)展到地表后，基巖上盤連同上面相應(yīng)的第四系覆蓋層作為一個(gè)統(tǒng)一的整體作差異沉降，這種差異沉降導(dǎo)致地表沿?cái)鄬友由旆较虺霈F(xiàn)沉陷帶。主要分布在原撫順石油一廠、發(fā)電廠廠區(qū)以及市區(qū)F1A斷層帶一線。此外作為區(qū)內(nèi)較為常見的空化現(xiàn)象長期影響廠區(qū)地表穩(wěn)定。一般而言，由采礦工程活動引發(fā)的空化現(xiàn)象是該區(qū)地質(zhì)體存在的弱面（不連續(xù)面）機(jī)械運(yùn)動的一種形式，發(fā)生空化的巖體，其內(nèi)部裂隙或空隙增大、增多，同時(shí)受地下水的綜合作用，產(chǎn)生潛蝕滲透變形，在斷裂集中地段發(fā)生地面沉陷。

2 試驗(yàn)區(qū)以往地面變形綜合治理工程概況

西露天礦為保障礦山生產(chǎn)安全與城市的和諧發(fā)展與共存，本著“以人為本，預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，采取綜合整治措施，地質(zhì)災(zāi)害危害得到有效遏制，礦區(qū)與城區(qū)相繼建立了較為系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，目前滑坡與變形區(qū)域基本穩(wěn)定。

發(fā)育于原石油一廠、發(fā)電廠廠區(qū)及城區(qū)站前地表區(qū)段的地裂縫災(zāi)害，作為重大地質(zhì)災(zāi)害體，按照《撫順市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)居民（6 141 戶）避險(xiǎn)搬遷安置實(shí)施方案》和《撫順市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)居民（6 141 戶）避險(xiǎn)搬遷安置實(shí)施細(xì)則》和有關(guān)會議要求，撫順市于2016 年6 月—2017 年有力有序推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害區(qū)居民（6 141 戶）避險(xiǎn)搬遷安置工作。此外，受廠區(qū)地裂縫影響嚴(yán)重，原石油一廠、發(fā)電廠均實(shí)施了避險(xiǎn)搬遷措施，以上避險(xiǎn)搬遷安置工作的實(shí)施，極大緩解了撫順西露天礦地質(zhì)災(zāi)害影響區(qū)城市安全面臨的壓力，同時(shí)也為進(jìn)一步保障礦城安全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

資料顯示，原石油一廠、發(fā)電廠廠區(qū)為滿足安全生產(chǎn)的要求，企業(yè)聯(lián)合科研院所專業(yè)技術(shù)人員，基于采動影響下地廠區(qū)地表變形破壞規(guī)律以及地質(zhì)條件相互作用關(guān)系研究，采用多種加固技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)與工程處置，以減緩變形擾動，防治地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。綜合治理時(shí)期分為2 個(gè)階段：①20世紀(jì)90 年代；②2000—2008 年間。如1994—1996年西汽鍋、廠辦樓、消防樓、工會樓、蠟庫等重要建筑物建造地下混合樁連續(xù)墻；1995—1997 年，針對F1A斷層及北側(cè)的次級斷裂構(gòu)造帶、地下空化裂隙采用速凝早強(qiáng)型、高強(qiáng)型的注漿加固；2000—2006 年，對F1A斷裂帶區(qū)域、蠟庫車間等區(qū)域進(jìn)行了注漿治理。撫順發(fā)電廠于2000 年3 月、2001 年5 月和10月、2005 年10 月、2006 年9 月和10 月、2007 年10月、2008 年5 月和10 月先后7 次分別對F1A斷層破碎帶、2#號機(jī)主廠房地基、1#和2#號3 500 m2冷卻塔地基進(jìn)行了注漿治理。主要的地基加固手段包括：由灌注樁、旋噴樁、鋼管樁、定噴樁、基巖注漿、地梁聯(lián)合形成的地下混合樁連續(xù)墻和地下空化裂隙的松散層、基巖層注漿等方法，從監(jiān)測數(shù)據(jù)等反饋信息觀察，地基加固措施取得了一定時(shí)間段減緩變形，保障廠區(qū)安全生產(chǎn)的目的效果。

3 斷裂帶注漿加固試驗(yàn)

3.1 地裂縫災(zāi)害現(xiàn)狀及地層巖性

3.1.1 地裂縫災(zāi)害現(xiàn)狀與分區(qū)

資料顯示，廠區(qū)斷裂帶（尤其是F1A）20 世紀(jì)90年代中期雨季，曾出現(xiàn)8 個(gè)直徑大于1 m、深近10 m 的橢圓形大坑，造成斷裂帶及其周邊地基變形沉陷。多年的監(jiān)測資料表明，廠區(qū)斷裂帶（尤其是F1A）均有顯著的下沉變形，發(fā)生過地裂縫、斷裂構(gòu)造帶沉陷嚴(yán)重變形，使影響范圍內(nèi)的建筑物遭到破壞。

根據(jù)前期不同階段工程及研究實(shí)踐，斷裂帶（尤其是F1A）及其邊緣區(qū)域可分為強(qiáng)烈變形區(qū)、變形區(qū)及變形影響區(qū)3 個(gè)地段，從而通過物探工程與鉆探工程，查明斷裂帶地裂縫發(fā)育區(qū)各試驗(yàn)段區(qū)域斷裂帶及其影響區(qū)域空化情況，進(jìn)行相應(yīng)注漿加固試驗(yàn)。通過注漿加固試驗(yàn)，明確各試驗(yàn)段注漿參數(shù)，并通過注漿后檢測工程，對比前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)并明確注漿效果，以期在城區(qū)場地整合利用過程中的得以推廣應(yīng)用。

1）強(qiáng)烈變形區(qū)（1 號區(qū)）。試驗(yàn)段位于原石油一廠工會教育處東側(cè)橫跨F1A斷層，占地約1 845.82 m2。該區(qū)地裂縫發(fā)育、地表沉陷變形明顯，可見陡坎等微地貌現(xiàn)象。

2）變形區(qū)（2 號區(qū)）。試驗(yàn)段位于發(fā)電廠西側(cè)橫跨F1A斷層，占地約1 644.31 m2。該區(qū)地裂縫較發(fā)育、存在地表沉陷變形現(xiàn)象。

3）變形影響區(qū)（3 號區(qū)）。試驗(yàn)段位于原石油一廠廠區(qū)北東部橫跨F41斷層，占地約1 104.34 m2。該區(qū)地裂縫零星發(fā)育，建筑物有裂縫現(xiàn)象。

由高密度電法勘查剖面可知，區(qū)內(nèi)第四系厚度一般在10～15 m，分布不均勻，巖性為素填土、砂卵石層，富水性較好，區(qū)內(nèi)地下水主要賦存在第四系與底部基巖接觸帶處。區(qū)內(nèi)地層大體相同，表層覆蓋為第四系土層及砂卵石層，下部為基巖巖石的強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化依次逐層分布?？辈槠拭娉霈F(xiàn)了多處低阻異常，從異常形態(tài)、大小及與其周圍圍巖關(guān)系看，推測為巖石破碎帶引起，此類地段結(jié)構(gòu)松散、裂隙發(fā)育、透水性較好，所以電阻率數(shù)值顯示較低。通過高密度電法勘查剖面在區(qū)內(nèi)的低阻異常圈定的F1A斷裂帶，大致走向西南-東北，寬度約35～45 m，傾向北西，傾角約75°～85°；圈定F41斷裂帶，大致走向西南-東北，寬度約10～20 m，傾向北西，傾角約75°～85°。其中3 號區(qū)有F41經(jīng)過，1 號、2 號區(qū)域有F1A經(jīng)過。

3.1.2 地層巖性

鉆探勘查顯示，區(qū)內(nèi)包括新生界第四系全新統(tǒng)沖洪積層、太古界變質(zhì)巖地層2 個(gè)工程地質(zhì)分層。

1）新生界第四系（土體）工程地質(zhì)類型。第四系地層厚4.05～19.25 m，自上而下由雜填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)砂巖、圓礫組成：①雜填土：由碎磚、碎石、煤矸石、黏性土等組成，稍濕，層厚0.60～7.50 m；②粉質(zhì)黏土層：該層區(qū)內(nèi)分布不連續(xù)，厚度變化較大，僅在3 號場地的ZK3-1 和ZK3-2 鉆孔揭露，呈黃褐色，層狀，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，稍濕-濕，軟塑-可塑，層厚12.30～16.90 m；③粗砂：該層區(qū)內(nèi)分布不連續(xù)，厚度變化大，在1 號和2 號場地的鉆孔中均有揭露，呈黃褐色，層狀，成分由長石、石英質(zhì)礦物組成，稍密-中密，飽和，層厚0.80～20.60 m；④圓礫：該層區(qū)內(nèi)厚度變化大，黃褐色，礫石母巖成分較復(fù)雜，礫石呈亞圓形，磨圓度一般～較好，分選性較差，一般粒徑2～15 mm，最大粒徑為25 mm，充填物為中粗砂，飽和，中密狀態(tài)，層厚0.40～6.15 m，該層在區(qū)域內(nèi)分布廣泛。

2）古界（Ar）變質(zhì)巖（巖體）工程地質(zhì)類型。黑云二長花崗片麻巖，該層位是場地的基巖層，巖石灰黑色-灰綠色，中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，揭露厚21.15～47.50 m，強(qiáng)風(fēng)化巖層承載力特征值208～940 kPa。主要礦物成分為：①斜長石：灰白色，半自形中細(xì)粒，板狀-粒狀，玻璃光澤，含量30%～40%；②鉀長石：肉紅色，半自形中細(xì)粒，板狀-粒狀，玻璃光澤，含量5%～15%；③石英：灰白色-乳白色，半透明，它形中細(xì)粒，玻璃光澤，含量25%～35%；④黑云母：灰褐色-灰綠色，板狀-片狀，細(xì)粒，珍珠光澤，含量30%。

3.2 斷裂帶勘查成果

斷裂帶勘查是在前期勘測研究工作基礎(chǔ)上開展的，利用物探、鉆孔等勘探手段進(jìn)行的，主要是查證工作區(qū)內(nèi)斷裂帶2008 年至今，包含原加固治理段（1區(qū)）、原局部治理段（2 區(qū)、3 區(qū)）等地段多因素影響下的地基現(xiàn)狀基本情況。

在物探勘測的基礎(chǔ)上沿F1A斷裂帶異常區(qū)段施工了8 個(gè)鉆孔，驗(yàn)證鉆探均發(fā)現(xiàn)構(gòu)造破碎帶。鉆孔中所見巖石具有多次破碎的特征，早期裂隙被石英、方解石脈充填膠結(jié)后，再次破碎，形成構(gòu)造角礫巖或綠泥石化片巖。①F1A斷裂經(jīng)原石油一廠辦公樓沿近北東方向延伸，在試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)鉆孔揭露寬度約7.5～12 m，產(chǎn)狀330°～340°∠70°～88°；②F41斷層破碎帶發(fā)育情況：斷層走向近東西，產(chǎn)狀348°～355°∠65°～75°，斷層北傾，斷層性質(zhì)為壓性逆斷層；③F41斷層破碎帶由斷層角礫及斷層泥組成，鉆孔中黑云二長花崗質(zhì)片麻巖綠泥石化發(fā)育，巖心破碎，多呈擠壓破碎狀，可見斷層擦痕，角礫原巖為花崗片麻巖，硅質(zhì)膠結(jié)，充填物膠結(jié)程度較好，經(jīng)物探結(jié)果推斷，破碎帶寬10～20 m，鉆孔揭露寬度15.8～17.4 m。斷裂帶情況勘測統(tǒng)計(jì)表見表1。

由表1 可以看出：1 號區(qū)～2 號區(qū)F1A空化段厚度及空化比最大值出現(xiàn)在ZK1-2 鉆孔，為12.79 m及31.66%，最小值出現(xiàn)在ZK1-1、ZK2-2 鉆孔，為9.69 m 及18.92%，平均值12.03 m 及28.44%；3 號區(qū)F41空化段厚度及空化比分別為9.15 m 及23.05%；1 號區(qū)～2 號區(qū)F1A空化段厚度及空化比略大于3 號區(qū)F41?？傮w來說，第四系底部與下付斷裂帶基巖交界面圓礫層位鉆進(jìn)過程中漏水或掉塊嚴(yán)重；18.50～25.6 m 處破碎帶及其一定范圍內(nèi)，巖體較破碎、空化相對嚴(yán)重。

表1 斷裂帶情況勘測統(tǒng)計(jì)表Table 1 Survey statistics of fault conditions

1 號區(qū)、2 號區(qū)F1A破碎帶內(nèi)平均透水率及滲透系數(shù)分別為4.44 L/（m·MPa·min）、4.48×10-2m/d；3號試驗(yàn)區(qū)F41破碎帶內(nèi)透水率及滲透系數(shù)分別為0.96 L/（m·MPa·min）、9.20×10-3m/d。反映出各區(qū)段內(nèi)地層（基巖）空化程度存在一定差異性。

3.3 斷裂帶注漿加固技術(shù)試驗(yàn)

由于各試驗(yàn)段區(qū)域地層巖性、斷裂構(gòu)造及其破損情況等條件不同，注漿試驗(yàn)工程為達(dá)到各段工程注漿特性及注漿技術(shù)參數(shù)，便于確定和修正注漿方案，使設(shè)計(jì)、施工更符合實(shí)際情況，布置更為合理，需先進(jìn)行一定規(guī)模和深度的現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，以試驗(yàn)成果作為注漿設(shè)計(jì)和施工的主要依據(jù)。因此，注漿加固試驗(yàn)主要依據(jù)物探探查及鉆探結(jié)果，針對不同區(qū)域具體地質(zhì)條件及地基空化程度，采用松散層與基巖裂隙注漿相結(jié)合的方法進(jìn)行。

3.3.1 注漿試驗(yàn)方案

1）注漿孔布置。①注漿有效擴(kuò)散半徑：根據(jù)以往注漿工程實(shí)踐，定為5 m；②注漿孔間距：根據(jù)注漿有效擴(kuò)散半徑，注漿孔間距為8.7 m，呈等邊三角形布置。

2）注漿材料和配合比。①加固試驗(yàn)主要以充填和加固為主，注漿材料采用425#普通硅酸鹽水泥和水玻璃，實(shí)行單液注漿，水玻璃作為速凝劑；②水泥漿水灰比為1∶0.5～1∶1，各段初期漿液以稀漿為宜，水灰比為1∶0.5，后期漿液濃度逐漸提高，最后穩(wěn)定在水灰比1∶1；③水玻璃選用模數(shù)2.4～2.8，濃度30～45 波美度，水玻璃用量一般占水泥用量的1%～5%，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.6～1∶0.4。

3）注漿施工工藝。采用袖閥管法施工，袖閥管法施工示意圖如圖3。袖閥管下入以后，下入注漿器，漿液通過注漿管沖開閥套進(jìn)入需注漿加固的土體中；當(dāng)注漿壓力達(dá)到技術(shù)要求時(shí)，停止注漿后退1段，進(jìn)行下一階段注漿；在需要時(shí)，可在套管的適當(dāng)位置重新下入注漿塞，進(jìn)行重注。

圖3 袖閥管法施工示意圖Fig.3 Sleeve valve pipe construction diagrams

3.3.2 試驗(yàn)施工

3 號試驗(yàn)區(qū)在前期勘查中發(fā)現(xiàn)該區(qū)地表變形相對較小、空化區(qū)域相對較小，該區(qū)域均采用“袖閥管法”分段施工；1 號試驗(yàn)區(qū)和2 號試驗(yàn)區(qū)地表變形相對較大且空化段發(fā)育的區(qū)域采用“袖閥管法”與“全孔注漿法（不進(jìn)行分段直接注漿至深度）”相結(jié)合的施工方法。

3 號試驗(yàn)區(qū)各注漿點(diǎn)除F41構(gòu)造及構(gòu)造帶附近吃漿量較大外，其他點(diǎn)注漿量相對較小，在注漿過程中由于巖體裂隙（空洞）差異性較大，因而注漿壓力及注漿量有較大的差異，在巖體裂隙空洞（不包括第四系）較小時(shí)，注漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，巖體裂隙（空洞）較發(fā)育區(qū)段時(shí)注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa 至深度，平均注漿量5.64 m3/點(diǎn)。

而2 號試驗(yàn)區(qū)和1 號試驗(yàn)區(qū)均位于F1A斷裂構(gòu)造帶，地表變形大及空化帶遠(yuǎn)大于3 號試驗(yàn)區(qū)，且該區(qū)空化（洞）連通性好，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)不適宜采用“袖閥管法”施工。因此，針對現(xiàn)場實(shí)際，在保障施工質(zhì)量及工期的條件下，2 號試驗(yàn)區(qū)采用了“袖閥管法”與“全孔注漿法（不進(jìn)行分段直接注漿至深度）”相結(jié)合的施工方法，考慮該區(qū)注漿時(shí)間長，注漿量大，當(dāng)注漿壓力由0.1 MPa 升至0.5 MPa 視為注漿結(jié)束，注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa 至深度，平均注漿量11.843 m3/點(diǎn)；1 號試驗(yàn)區(qū)變形程度大、空化程度高，采用第四系地層與基巖分段注漿，即將由鉆機(jī)揭露上部的松散層（15 m）下φ127 mm 花管至深度進(jìn)行全孔注漿，待2 d 后，采用φ108 mm 鉆具鉆進(jìn)至深度（35 m）在進(jìn)行全孔注漿，上部的松散層注漿壓力控制在小于0.2 MPa，下部注漿壓力控制在0.5 MPa，注漿時(shí)段控制仍然采用由0 MPa 升至0.5 MPa 視為注漿結(jié)束的方法，1 號試驗(yàn)區(qū)平均注漿量13.464 m3/點(diǎn)。

3.3.3 試驗(yàn)效果

為考察注漿前后的效果，采用高密度電法進(jìn)行了注漿區(qū)域?qū)Ρ冉庾g工作的嘗試（高密度電法剖面成果圖略）。剖面近由東南至西北布設(shè)，點(diǎn)距5 m，測量最大深度61.5 m，控制長度300 m；電阻率剖面曲線變化較大，色帶分布不均勻，電阻率不是層狀變化，從電阻率數(shù)值來看，剖面上部約12～14 m 電阻率數(shù)值相對較高，推測為第四系土層或砂卵石層引起，下部電阻率數(shù)值相較高，推測為巖石的強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化依次逐層分布引起。在剖面的約80～155 m、250～265 m 地段，有2 處明顯的低阻異常，電阻率數(shù)值區(qū)間在17～22 Ω·m，推測異常為破碎帶引起，其異常位置與F1A、F41斷裂帶位置基本吻合。從注漿后驗(yàn)證剖面來看，破碎帶區(qū)域（即預(yù)注漿區(qū)域）電阻率數(shù)值相對未注漿之前較高，推測注漿后原有孔隙被泥漿填充，孔隙度變小，透水性變差，電阻率數(shù)值隨之增大，注漿效果較為理想。

同時(shí)，為保障治理工程的效果，在注漿前后分別對同一注漿孔進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，通過對注漿前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對比，檢驗(yàn)實(shí)施注漿治理試驗(yàn)及施工方案的可行性及有效性。壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查結(jié)果：任意選取1 號注漿區(qū)域16#注漿孔、2 號注漿區(qū)域13#注漿孔、3 號注漿區(qū)域12#注漿孔，在注漿前進(jìn)行了分段壓水試驗(yàn)，注漿結(jié)束10 d 后，又重新透孔，進(jìn)行注漿后分段壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)按SL25—92《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行，注漿孔壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查結(jié)果見表2～表5。

表2 1 號注漿區(qū)域16#注漿孔鉆孔壓水試驗(yàn)成果表Table 2 Table of water pressure test results of borehole 16#in No.1 grouting area

表3 1 號注漿區(qū)域JK1-3 鉆孔壓水試驗(yàn)成果表Table 3 Water pressure test results of JK1-3 hole in No.1 grouting area

表4 2 號注漿區(qū)域13#注漿孔鉆孔壓水試驗(yàn)成果表Table 4 Table of water pressure test results of borehole 13#in No.2 grouting area

通過試驗(yàn)孔的壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看：

1）1 號注漿區(qū)域?qū)儆谖髀短斓V采動條件下的斷裂構(gòu)造變形區(qū)，其壓水試驗(yàn)孔注漿后的透水率20～25 m、35～40 m 段要小于注漿前的透水率，降低幅度在16.0%～47.5%之間；而30～35 m 段透水率要高于注漿前。同時(shí)，滲透系數(shù)有降低，降低幅度在4.19%～28.6%之間。JK1-3 孔壓水試驗(yàn)所得滲透系數(shù)降幅更為明顯，資料顯示該區(qū)第四系滲透系數(shù)平均值在0.196～48.000 m/d 之間，以注漿后的0.056 7 m/d 核算，降幅在71.07%以上，效果顯著。

2）2 號注漿區(qū)域?qū)儆谖髀短斓V采動條件下的斷裂構(gòu)造變形區(qū)，其壓水試驗(yàn)孔注漿后的透水率要遠(yuǎn)小于注漿前的透水率，降低幅度50%左右。同時(shí)，滲透系數(shù)也降低明顯，降低幅度在13.5%～38.6%之間。

3）3 號注漿區(qū)域?qū)儆谖髀短斓V采動條件下的斷裂構(gòu)造變形影響區(qū)，地表變形量值及破壞程度較1號、2 號注漿區(qū)域要小，其壓水試驗(yàn)孔注漿前后的透水率與滲透系數(shù)均小于1 號、2 號注漿區(qū)域，空化與空化率要小于前2 個(gè)區(qū)段。壓水試驗(yàn)表明注漿后的透水率較注漿前，降低幅度1.04%～14.11%左右；同時(shí)，滲透系數(shù)也有所降低，降低幅度在2.17%～22.67%之間；二者降低幅度較1 號、2 號區(qū)域明顯偏低。說明注漿治理方案可行，通過注漿治理，在原變形破壞較大的注漿區(qū)域內(nèi)的孔隙得到很好填充固結(jié)，注漿起到了填充固結(jié)的作用，達(dá)到預(yù)期效果。

鉆孔取樣可直觀地反映注漿效果，通過觀察取出的巖心清楚地發(fā)現(xiàn)水泥漿液在地基內(nèi)的分布和結(jié)實(shí)情況。取心孔孔位選擇在注漿孔周圍，距注漿孔0.5 m，取心后進(jìn)行巖心編錄和拍照。通過取心發(fā)現(xiàn)：①空化區(qū)（尤其是F1A斷裂帶空洞部位）：水泥漿充填效果明顯，相應(yīng)層位取心的巖心呈柱狀，水泥固結(jié)體，顏色為淺灰色，巖心柱體完整，強(qiáng)度大；②強(qiáng)風(fēng)化巖層：巖石裂隙中有水泥充填；③原巖：為含礫粗砂，成分以粗砂為主，含圓礫、卵石，被注入的水泥充填膠結(jié)，形成水泥充填膠結(jié)的含礫粗砂，灰褐色，水泥分布不均，其中5.1～6.6 m 處含量多。通過注漿治理后的巖心分析可見，對第四系地層和斷層破碎帶進(jìn)行注漿是行之有效的減少地層內(nèi)部空隙，增加地層強(qiáng)度的方法，注漿加固起到預(yù)期的效果。

4 結(jié) 語

通過注漿加固技術(shù)試驗(yàn)，對加固區(qū)域地基空化區(qū)段進(jìn)行了針對性的充填固化，鉆探取心驗(yàn)證表明斷裂帶構(gòu)造變形區(qū)空化隱患治理的必要性及其加固技術(shù)的有效性，與相應(yīng)的地基治理措施如換填法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、振沖注漿法綜合對比，選取的“袖閥管法”與“全孔注漿法（不進(jìn)行分段直接注漿至深度）”相結(jié)合的施工方法合理可行，適用于撫順西露天礦北幫地表斷裂帶地裂縫變形破壞地段加固工程。