帷幕注浆技术范文（精选7篇）
帷幕注浆技术 第1篇
一、地下水外泄的危害
1. 地下水外泄会破坏原有的地下水平衡系统, 使地下水资源造成损失。隧道施工过程中可能遇到出水量较大的地段, 这些地段多是由于处在裂隙正在发育的岩层或者地质断层带, 地下水的过量排出会造成地下水位下降, 影响当地的生态平衡, 并对当地居民的生产生活造成不利影响。因此, 在高压富水段进行隧道施工时, 一般采取“以防为主, 放排结合”的原则。
2. 地下水流一般具有一定的流速, 放任地下水排出可能会冲蚀隧道内的软弱夹层, 不利于隧道的稳定。隧道的修建破坏了原有的地下水平衡系统, 一般会使地下水的流速加快。地下水在流动过程中会夹杂岩层中的泥沙等填充物, 填充物的流失会造成岩体之间黏结能力的下降, 不利于隧道的稳定。
3. 地下水在隧道排水系统流出过程中, 会携带大量的泥沙。随着时间的积累, 泥沙会使隧道排水系统堵塞, 导致隧道内部的压力增大, 降低隧道稳定性。
二、帷幕注浆技术的优点
1. 采用帷幕注浆技术填充隧道岩层之间的裂隙, 可以封堵水分的进出通道, 阻止地下水的外泄。注浆凝结硬化后与周围岩层形成一层具有一定强度的保护圈, 增强了隧道的抗渗能力, 减小了地下水在隧道内的渗出, 减轻了隧道所承受的水压力。
2. 采用帷幕注浆技术, 在隧道内部形成的密实岩层保护圈可以使隧道抵御地层压力的能力得到很大的提高, 减轻了隧道内部的荷载, 使隧道更加安全稳定。
三、隧道注浆施工工艺研究
隧道注浆施工工艺包括三个方面, 即选择合适的注浆材料、注浆参数的合理匹配以及科学的注浆施工方法。
1. 选择合适的注浆材料。注浆材料的选择直接关系到隧道防渗堵水能力的强弱, 选择合理的注浆材料是进行注浆施工的基础, 注浆参数和施工方法都依赖于注浆材料的选择。
(1) 注浆材料在一定压力下能够渗透到具有一定裂缝宽度的岩石中, 即注浆材料具有良好的渗透能力。
(2) 浆液凝结硬化后具有一定的强度并且对周围的岩石具有良好的黏结能力。
(3) 浆液应具有一定的流动性, 以便于施工中浆液的灌注, 并能增大浆液扩散半径。
(4) 为避免浆液在使用过程中产生沉淀, 进而影响浆液的使用效果, 浆液应具有良好的稳定性。
鉴于该隧道的工况比较复杂, 针对实际情况, 在注浆过程中采用了水泥单浆液、水泥水玻璃混合浆液以及TGRM浆液3种不同的注浆材料。
在对隧道进行注浆施工时, 应根据隧道内部涌水量的大小进行浆液的选择确定。对该工程而言, 在涌水量大或断层破裂带地区, 选择水泥浆液或水泥水玻璃浆液。在涌水量较小或微裂隙地区应选用TGRM浆液。在注浆过程中选择何种浆液应根据工程的所处的地质水文条件来确定, 不应一概而论。
2.注浆参数的选取。
(1) 注浆半径。注浆半径的选取主要根据隧道固结体外部静水压力的大小来确定。该隧道工程根据设计计算出注浆半径为开挖轮廓线外6 m。
(2) 注浆压力。注浆压力的大小取决于浆液的扩散半径、浆液的性质、裂隙的大小和粗糙程度以及涌水压力等因素。注浆压力的大小直接影响到注浆效果, 注浆压力越高, 浆液就会将岩石裂隙填充的越为饱满, 浆液和岩石形成的结合体不透水性好, 强度高。通过增大注浆压力, 会增大浆液的扩散半径, 减少注浆孔的数量。但是注浆压力过高, 会使岩石裂隙扩大, 注浆工作面产生冒浆现象。因此注浆压力的选择必须谨慎, 一般而言, 注浆压力比静水压力高0.2～0.4 MP即可。
3. 注浆的施工方法。
(1) 注浆孔的合理布置。注浆孔的布置会对注浆效果产生显著的影响, 布孔时应根据岩层裂隙状态、浆液的扩散半径、地下水文状况、注浆孔密度以及注浆设备的能力反复对比后进行确定。长短注浆孔的布置应呈辐射形, 辐射倾斜角随注浆段的长度不同而不同。在进行注浆孔的具体布置时, 应根据渗水量大小、涌水方向等地质情况进行合理调整。在裂缝小而密的工程段, 注浆孔数应适当增多;反之可以相应减少。
(2) 注浆方式。注浆孔的注浆方式分为全段注浆和分段注浆。分段注浆的顺序有下行式和上行式两种。施工时注浆方式应根据裂隙的大小、钻孔的出水情况以及设备的能力来确定。
岩溶矿床帷幕注浆截流新技术研究 第2篇
1 岩溶矿床的原有截流技术研究
1.1 注浆充分度不够
进行帷幕注浆技术的提升, 必须将岩溶矿床进行地质水文环境的分析探究, 将内部的环境中不利的因素进行排查。但是原有注浆技术忽略了这一点, 没有进行预先的探查, 且在进行帷幕注浆过程中, 对于钻孔注浆、浆液调配的事项没有很好地重视起来, 在进行间接性的建设施工过程中, 没有真正将创新性的技术进行运用, 使水源在通过的时候, 容易出现混合的现象, 不利于使矿床真正对水的侵袭进行有效的躲避。
1.2 环境保护力度较差
原有帷幕注浆技术没有将施工的环境进行有效的重视, 甚至没有对水质的清浊分离事项进行实施, 导致水源的污染程度不断提升, 在进行矿床的整体建设中, 就会出现较为复杂的连锁反应, 在进行施工过程中, 由于对一些较有利于发展的矿物质水的建设忽略掉, 就使得其中有创新前景的水资源被忽略。
2 帷幕注浆截流施工的注意事项研究
2.1 正确流程的演绎
进行对矿床的帷幕注浆的实施, 真正将截流事项完善地运用起来, 就要将内部的建设施工流程进行有效的重视。其施工流程是以下几点:
首先是对注浆孔位置的选择, 一定要选取水文特征较优良的地方进行施工, 在钻孔建设过程中, 一般选择较深的地方, 用回转式地质钻机进行施工, 在进行施工过程中, 把握对机械设备的运用标准进行实施;进行浆液的调配过程中, 应该将水、水泥、添加剂的量进行有效的百分比的调配, 进行搅拌过程中, 要注意将均匀的调配搅拌事项进行有效地掌握, 真正将浆液的浓稠度控制到最好的水平;在进行注浆过程中, 应该掌握较为优良的灌注方法, 浆液在钻孔中的位置与高度进行有效的控制, 运用新型的机械设备在进行渗透灌注过程中, 应该将内部的缝隙进行全面的融合, 真正将内部与外部的建设环境进行有效控制;注浆完毕之后应该对其周边的水源环境与矿床的环境进行联合检测, 发现与水渗透的现象, 应该及时进行处理, 截流新技术的重点就在于检测全面性的展示上, 在进行检测与验证的时候, 应该把握较为精准的建设要求, 将内部的水文特征进行有效的探测, 将数据进行自我研究, 然后根据这些数据才能真正将内部的环境进行有效地控制。
2.2 钻孔、注浆技术的提升
在进行新型技术的运用过程中, 一定要将矿床内部的大环境进行有效的检查, 把握较为优良建设标准, 我们将新型的技术在运用过程中, 应该把握较为优良的环境进行施工, 真正将系统内部的检验检测与钻孔完善标准进行有效地结合。而运用截流新技术进行施工, 主要还是对注浆中的浆液渗透事项进行完善的控制, 对浆液凝固之后进行堵水的技术进行了提升, 使矿床在进行各个空隙的注浆渗透过程中能够不断进行提升。
2.3 造浆注意事项
运用新技术继续拧造浆, 就要对浆液质量进行有效地关注, 在进行提升使用过程中, 应该把握住较为优良的调配、搅拌的技术方法, 真正将内部的系统建设与外部环境的协调统一建设进行有效的联系, 真正将浆液的浓度与建设标准想统一起来, 使建设能够更加顺畅地进行下去。在造浆过程中, 运用集中造浆系统进行良好地施工, 运用风动卸料式的散装水泥车进行运输, 将钢结构的水泥罐进行充分地利用, 或用螺旋输送机进行运输, 防止水泥的浓稠度发生较大的变化。
2.4 对于矿床额内部资源发掘提升
由于矿床内部有大量的矿物质, 在进行截流注浆过程中, 对于内部的储量通过高端的技术进行测量, 在进行整体性的水文特征检测过程中, 根据在内部发现的较为准确的数据进行分析, 能够真正将内部环境的矿物质储量进行有效的判断, 并且在进行有效地控制延伸过程中, 把握较好的建设标准实施, 能够在截流过程中, 使水源与矿床地质进行有效地隔离过程中, 能够真正将内部的矿物质进行有效的发掘, 使岩溶的正常发育过程中, 能够得到较好的掘矿效果。
3 帷幕注浆截流新技术的环保事项研究
3.1 清浊水源的分离技术延伸
在水仓内部进行有效的沉淀, 再经过水泵通过水管引导到地面上进行处理。利用这样的技术对规定的地域内部的水文特征、工程的地质情况进行有效的考察, 真正将其中的水源进行有效的过滤, 使水源内部的较为清澈的部分被施工人员所利用, 在进行施工过程中, 能够真正将内部的用水标准进行了有效地首先, 使更多的水源能够通过截流渗透过程中北充分地吸收利用, 使其能够为施工建设做出贡献。
3.2 能源环境的优化
在进行新型技术的运用施展过程中, 把握较好的矿物质水源的提炼建设, 使整体性的水源中的微量矿物质进行有效地提炼, 把握较好的建设标准, 使水源中的可用元素进行有效的捕捉, 真正将内部的矿物质进行有效地抽离, 运用分离矿物质的技术, 使矿床帷幕注浆过程中, 能够真正将水源进行充分的发挥利用。
4 结论
进行矿床内部帷幕注浆的相应建设, 将截流事项进行充分的发展延伸, 使注浆过程与钻孔过程都能够在全面的监控过程中进行实施, 在进行抵制水文特征的建设发展实施过程中, 应该掌握较好的建设标准, 使创新性的截流技术能够真正在较好的环境中发挥出更加优良的效果。
摘要：对于岩溶矿床施工中的帷幕注浆截流新型技术进行研究, 就要从其具体的原理进行详细的分析探讨, 在进行施工过程中, 将岩溶矿床中的间隙进行有效的补充, 使其能够真正将水流进行拦截, 在进行施工过程中, 把握对注浆技术的创新应用共犯, 使其能够不断进行技术上的提升。
关键词：帷幕注浆,岩溶矿床,创新技术
参考文献
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帷幕注浆技术 第3篇
目前国内在斜井顶板水治理方法中, 普遍采用地面帷幕注浆堵水技术或井筒内向上进行帷幕注浆堵水技术, 但由于俄霍布拉克煤矿 (以下简称俄矿) 南主斜井, 顶板岩性、导水通道特征较特殊, 并且岩层倾角和南斜井倾角在空间呈对称关系, 曾经采用过地面帷幕注浆堵水技术, 达不到预想的效果, 而且目前在国内利用隔水层治理斜井顶板水的帷幕注浆截流技术研究较少。因此, 根据斜井顶板岩性特征和导水通道分布情况, 采取合理的治理顶板砂岩水技术意义很大, 具有创造性和实用性。文章主要介绍俄矿南主斜井顶板砂岩水治理技术及其应用和效果。
1 南主斜井概况
该矿南主斜井位于矿区工业广场南部。地面主要为砂砾戈壁和多水流自然冲沟, 无建筑物, 但地表沿井田南北有一条高压电线路;该巷道穿过第四系含水层至下4煤层之间的岩 (煤) 垂直厚度为411 m (南主斜井井口至+1460水平落平点垂直距离) , 从下而上的岩 (煤) 层分别为下4、下3-2、下3-1、下2、下1煤, 和第四系冲击、表土层 (黄土层) 等, 其中粉砂岩和中粗粒砂岩局部风化、竖向裂隙和水平节理较发育, 遇水易离层脱落、易松软, 呈粉泥状并不隔水, 透水性强;而细砂岩和泥岩是该巷道的主要隔水层, 不透水、岩性完整, 隔水性强。该巷道掘进到589 m见一条落差110 m的大型扭转断层。具体岩 (煤) 层情况如图1所示。
南主斜井主要充水因素为第四系含水层水。第四系含水层水来源为矿井北部天山雪水, 而第四系水经过顶板砂岩裂隙带或地质构造渗入巷道内;该巷道掘进到87 m时进入第四系含水层并巷道底板见水, 掘进到169.5 m, 即掘进到第四系冲积层与基岩接触部位时发生了突水, 当时涌水量最大达到295 m3/h, 目前涌水量132 m3/h。
该巷道井口标高为+1 871.175m, 方位角为135°14′39″、坡度16°, 总斜长为1487.7 m, 井筒为拱形, 施工方法为炮掘, 支护类别为锚喷支护, 净断面为23.765 m2 (宽4.9 m×中高4.85 m) 。
2 注浆截流顶板砂岩裂隙水方案的确定及实施
2.1 采用该技术的原因及目的
由于南主斜井围岩局部岩性风化严重, 竖向裂隙发育并裂隙分布分散, 顶板砂岩水顺着风化带和裂隙带进入井筒内, 造成以上一系列问题, 要解决顶板砂岩裂隙水, 俄矿曾投入巨大的财力和人力, 采用地面从井筒两侧向下和在井筒内在顶板向上同时进行帷幕注浆封堵顶板砂岩水的方案, 效果都不太理想。经过仔细分析和研究, 决定将以截流、导水作为出发点, 采用帷幕注浆截流顶板砂岩裂隙水技术。该技术的原理是:在井筒裂隙发育并在淋水较大的地段以拱形布置注浆孔, 将井筒围岩裂隙水顺着井筒下山方向挤到隔水层, 然后在隔水层以拱形布置放水孔, 将水导出来, 达到治理顶板砂岩水的目的。
2.2 注浆孔及放水孔位置的确定
经过对以上井筒围岩特性仔细调查和分析可知, 在井筒围岩内中粗粒砂岩和粉砂岩段淋水大, 而泥岩和细砂岩段岩性较完整并无淋水现象, 说明泥岩和细砂岩的抗渗性良好, 能起到隔水作用, 而中粗粒砂岩层和粉砂岩层为透水层。因此, 将注浆孔在井筒上端裂隙发育并淋水较大的中粗粒砂岩层和粉砂岩层以拱形布置。
2.3 影响浆液扩散半径的各因素分析
本次帷幕注浆工程采用了水泥水玻璃单液浆, 其质量比1∶2∶2, 并将注浆孔视为完整孔。在岩体内注浆过程中对浆液扩散半径有直接影响的, 除了岩体裂隙发育程度 (本次注浆过程中假设岩体裂隙是注浆浆液的主要流动通道, 针对裂隙较发育且分布较均匀的岩体) 、岩体渗透系数和浆液配比情况之外, 还有直接受到注浆压力、注浆时间和注浆孔的布置方式等因素。根据地质补勘报告抽水试验可知, 以上中粗粒砂岩和粉砂岩层属于侏罗统塔里奇克组 (J1t) 砂岩裂隙承压含水层, 因此, 采用裘布依公式可计算出其渗透系数k为0.009 6 m/d。
2.3.1 注浆液扩散半径的确定
(1) 岩层孔隙率的计算。根据岩层总孔隙率公式可推断中粗粒砂岩和粉砂岩层孔隙率。
式中:n为岩层的总孔隙率, %;eg为岩层的表现密度或干块体密度, g/cm3;e为岩层的真密度, g/cm3。
根据该矿地质勘探报告可知:中粗粒砂岩层eg=2.69、e=2.77, 而粉砂岩层eg=2.45、e=2.53。将以上数据代入公式后, 可得中粗粒砂岩层n=2.89%, 粉砂岩n=3.16%。
(2) 注浆压力和时间对浆液扩散半径的影响。先经过现场模拟试验, 采用浆液扩散半径计算公式。
式中:R为浆液扩散半径, m;Q为单位时间内的注浆量, m3;h为一次注入的岩层厚度, m;n为岩层的总孔隙率, %。
在注浆量和注浆时间已知的情况下, 可推断注浆压力与浆液扩散半径的关系, 从而确定本次注浆过程中浆液的扩散半径和注浆压力。
模型规格为长5 m×宽4.5 m×高3 m。通过模型计算不同注浆压力对浆液扩散范围的影响;注浆锚杆规格为φ20×1 800 mm;锚杆钻孔直径为28 mm, 止浆塞长度为100 mm。根据以往注浆经验, 先将注浆泵压力分别调整为0.5、1.0、2.0 MPa和4.0、6.0、8.0 MPa, 将注浆时间分别调整为100、200、300、400、500、600 s。
经过对模型进行计算, 可得出不同注浆压力下浆液的流动扩散情况, 如图2所示。
从以上2个曲线图可知: (1) 浆液在垂直于钻孔方向的扩散范围明显大于平行于钻孔方向的扩散范围; (2) 当注浆时间t≤100 s时, 随着注浆时间的增加, 浆液扩散范围迅速增大;当注浆时间t>100 s后, 浆液流动速率明显减小, 浆液扩散范围随注浆时间延长而缓慢增大; (3) 当注浆压力P<1 MPa时, 浆液在围岩中的流动和渗透效果很不理想, 浆液扩散范围较小;随着注浆压力的提高, 浆液流动速率及扩散范围均明显增大, 但是当注浆压力P>4 MPa后, 注浆压力对浆液流动速率及扩散范围影响则很小。因此, 可确定本次注浆压力应为1~2 MPa。在此条件下注浆, 既有利于浆液在围岩中的流动和渗透, 又能防止漏浆, 保证本次注浆工程达到预期效果。
2.3.2 注浆孔间排距的确定
从图2不难看出, 当注浆时间为600 s、注浆压力为8 MPa时, 注浆扩散半径仍低于2 m, 因此, 注浆孔间排距在1~2 m之间。根据以上分析得出的注浆孔的浆液扩散半径等值线如图3所示。
从上图3中可以看出, 注浆孔间排距为2 m, 注浆压力为2 MPa时, 浆液分别从2个钻孔内各自以椭球形向周围岩体中渗透扩散, 随着注浆时间的延长, 浆液在2钻孔之间相互贯透, 并逐渐填满2个钻孔之间的空隙。因此, 本次注浆工程中注浆孔间排距为2 m, 注浆压力为2 MPa比较合理。这样既能保证浆液在2钻孔之间有一定程度的互相贯透, 又能使得浆液有较大的整体扩散范围。
2.3.3 方案的实施
本次注浆长度共144.8 m, 共布置724个注浆孔、85个放水孔, 设计孔深均为1.8 m, 注浆孔直径28 mm, 放水孔直径32 mm, 间排距均为2 m, 总工程量1 456 m, 注浆孔布置断面及剖面示意图如图4所示。从图4可知, 施工先顺着井筒下山方向以拱形打钻注浆形成一个整体帷幕, 将水挤到隔水层, 然后在隔水层井筒顶帮打钻放水, 将水皮管子接到水沟。
3 技术实施效果及其效益
该技术实施后, 井筒顶板无任何滴水, 效果良好, 而且工期短, 资金投入少 (其中材料费用26.55万元, 劳务费约36万元) , 不仅降低了清理工劳动强度、确保皮带系统安全运行, 还在煤炭销售、皮带清理、水仓清挖方面节约了资金923.45万元。今后的经济效益和安全效益随着南大井使用时间的延长会逐渐显现。
4 结论
本次采用的帷幕注浆截流顶板砂岩裂隙水技术, 不仅为矿井创造巨大的经济效益, 而且给井筒皮带系统的正常运行提供了安全保障。采取该技术意义大并具有创造性和实用性。该技术的成功为今后斜井顶板砂岩水治理工作提供了有力的科学依据, 并验证了该方案的可靠性和可行性。
摘要：俄霍布拉克煤矿南主斜井即将投入使用, 南主斜井顶板淋水和底板渗水较大, 目前总水量132 m3/h。由于南主斜井坡度较大、皮带转速较快, 遇顶板淋水将会导致煤炭下滑、堆积、洒炭等现象, 并增加煤炭水分, 降低商品煤质量。同时, 底板水将巷道底板浮炭、淤泥均冲入到下滑板, 部分直接进入水仓, 缩短二水平水仓使用时间, 增加清挖水仓难度且易导致管子和皮带架子生锈, 从而缩短其使用寿命。为解决以上问题, 俄矿采用帷幕注浆截流顶板砂岩水技术, 不仅为矿井安全生产提供了保障, 而且为矿井创造了巨大的经济效益。
巷道过富水层超前帷幕注浆技术实践 第4篇
关键词：超前钻孔,帷幕注浆,围岩加固,注浆压力,注浆扩散半径,软岩治理
1 概述
矿井水害的防治一直是煤矿安全生产过程中的重中之重, 注浆堵水技术是防治矿井水害的有效手段之一。所谓注浆堵水, 就是指把注浆材料 (即水泥、水玻璃、化学浆以及黏土、砂、砾石等) 制成浆液, 采用高压设备将浆液压入地下设计的预定位置, 使其沿岩石裂隙、松散层孔隙等通道进行扩散, 待固结、硬化后堵水截流, 加固松软的岩层, 堵塞导水通道, 起到减小或杜绝突水概率、降低或阻隔突水点涌水量的作用。而超前帷幕注浆堵水加固技术, 就是通过对巷道前方施工超前钻孔进行预注浆, 既封堵了突水含水层的导水通道, 又使巷道前方一定范围内的围岩得到充分加固。这是煤矿巷道必须要穿过复杂水文地质条件下的富水含水层及工程地质条件差的岩层时, 需要采取的一种预防矿井水害的措施。
2 问题的提出
钱营孜煤矿西三采区上部车场位于西三采区浅部、32煤层露头附近, 存在一定的弱氧化现象。地层层位位于32煤层底板下60~120 m, 下部发育有落差350 m F25逆断层, 整体巷道由K3砂岩底板穿过, 进入其顶板。
根据巷道超前钻探的资料, 探查孔多孔发生出水时, 最大单孔涌水量可达110 m3/h。部分钻孔经注浆后, 仍存在大量出水, 且巷道迎头及顶底板也均出现不同程度的淋渗水, 总涌水量2~4 m3/h。这表明本区砂岩含水层富水性较强, 尤其是K3砂岩。同时, 巷道围岩主要为含铝质的泥岩, 特别松软、破碎, 易水解、泥化, 围岩压力大, 巷道易底鼓、涨帮, 导致巷道掘进施工 (尤其是下山施工, 迎头少量的出水后, 岩石水解、泥化后, 严重影响出货、打眼、放炮等) 支护难度增大。
为封堵本区砂岩含水层向巷道突水的导水通道、提高围岩强度, 确保西三采区开拓巷道的安全掘进, 特对巷道前方穿过的富水层进行超前帷幕注浆堵水加固治理。
3 地质及水文情况
通过对巷道实揭和地面及井下钻孔资料综合分析, 可知西三采区上部车场及上山主要穿过32煤层底板下三层砂岩含水层。其中K3砂岩含水层距煤层底板约60 m, 平均厚度5 m, 是主要的充水含水层, 单孔最大涌水量达100 m3/h以上, 其他二层砂岩含水层距煤层底板约分别为5 m、40 m, 平均厚度约分别为5 m、3 m, 局部富水, 部分钻孔出水, 单孔最大涌水量达35 m3/h左右。各砂岩含水层与巷道的关系如图1所示。
4 注浆方案及技术工艺
4.1 注浆孔的布置
根据巷道的围岩岩性特征、含水层的赋存特点以及注浆渗透的范围, 并结合巷道的布置与掘进, 初步确定超前帷幕注浆堵水加固段为90 m, 掘进70 m, 留20 m安全岩柱, 每段共设计3组超前注浆钻孔[1]。每组6个 (巷道顶板及两帮共5个, 底板1个) , 各组钻孔终孔落孔位置在施工巷道中心点外围20 m, 终孔孔底呈“圆形”分布, 如图2所示。每组钻孔分别超前30 m、60 m、90 m (即两组钻孔孔底间距为30 m) 。超前帷幕注浆加固结束后, 再加工2个帷幕注浆验证孔 (根据帷幕注浆孔出水情况及注浆量等因素来确定) 并注浆。
4.2 注浆技术要求
(1) 钻孔结构。帷幕注浆孔采用二级结构, 首先采用孔径108 mm钻头开孔15.5 m深, 孔口管15.5 m下D108×6无缝管, 注浆经耐压试验合格后换直径75 mm钻钻进至终孔。
(2) 钻孔施工顺序。按照第一、二、三组顺序施工, 最后根据帷幕注浆情况设计2个注浆验证孔。
(3) 钻孔注浆顺序。先注浆帷幕导向孔合格后, 再按照第一、二、三组施工顺序注浆, 每组孔可对称施工和注浆。
(4) 注浆扩散半径。注浆扩散半径按10 m考虑。由于注浆孔终孔位置位于施工巷道中心点外围20 m, 因此, 巷道外围30 m内的围岩均得到充填和加固。
4.3 注浆施工设计
(1) 注浆材料及浆液配比。孔口管注浆施工采用单液水泥浆为主, 水泥-水玻璃双液浆为辅的注浆施工方法[3]。水泥选用PO42.5普通硅酸盐水泥, 水玻璃选用40~45 Be′。单液水泥浆水灰质量比为1∶1。孔口管加固注浆过程中若出现明显渗漏浆, 可根据现场情况由单液水泥浆调整为水泥、水玻璃双液浆的方式进行, 双液浆配比采用水泥浆与水玻璃1∶ (0.2~0.6) 的体积比。
(2) 注浆工艺流程。水泥+水→一次搅拌→二次搅拌→单液水泥浆 (或水泥-水玻璃双液浆) →注浆泵→地面注浆管路 (即地面注浆系统) →井筒注浆管路→巷道注浆管路→工作面注浆管路→混合器→控制阀→孔口管→进入岩石裂隙。
(3) 注浆材料及浆液配比。浆液浓度是浆液质量的关键, 每次注浆前要做压水实验, 一般情况下开始浆液比较稀, 根据注浆压力情况, 逐渐加大浓度, 直至浆液压力上升。本次注浆施工采用单液水泥浆为主, 水泥-水玻璃双液浆为辅的注浆施工方法。水泥选用PO42.5普通硅酸盐水泥, 失效结块的水泥禁用。水玻璃选用40~45Be′, M=2.5~3.0的为宜。单液水泥浆水灰质量比选用2∶1、1.75∶1、1.5∶1、1.25∶1、1∶1共5个级配。为保证注浆效果, 增大注入量, 注浆施工时要求先压清水, 视孔内吸水量情况确定浆液初始浆液浓度, 然后根据压力变化及进浆量情况进行浆液配比调换, 一般按先稀后浓再稀的原则调配浆液。单液水泥浆现场配制如表1所示。
若施工注浆孔出水量较大, 或注浆范围内有明显出水点及缝隙漏浆严重, 可根据现场情况由单液水泥浆调整为水泥、水玻璃双液浆的方式进行, 必要时也可采取间歇注浆的施工方法。最后用双液浆封孔。双液浆配比采用水泥浆与水玻璃1∶0.2~0.6的体积比。
(4) 注浆终孔压力。帷幕注浆压力:取静水压力为3.0 MPa。考虑到本次工程的具体特征、岩层赋存情况, 为保证注浆效果, 经计算并结合以往注浆经验, 取静水压力的2.0倍, 即6.0 MPa。
(5) 注浆结束标准。①采用水泥浆液注浆, 当注浆压力达到终压或注入量小于30 L/min时, 继续以较稀的浆液注入, 持续时间在20~30 min为合格;在30 min以上为优质。②采用水泥、水玻璃浆液注浆, 当注浆压力达到终压及注入量小于50 L/min时, 继续以同样的压力注入, 持续时间在10~15 min为合格;在15 min以上为优质。
5 帷幕注浆设计的关键点
为有效地对巷道前方的导水通道、围岩进行封堵和加固, 在注浆设计方案中, 重点考虑以下几点:①建立地面注浆站, 增加注浆流量;②增加注浆压力, 提高注浆扩散半径;③堵截含水层导水通道;④加固围岩强度。
6 注浆效果分析
目前, 钱营孜煤矿西风井西三采区上部车场及采区轨道、回风上山 (上段) 共完成六次超前帷幕注浆堵水加固工程。根据帷幕注浆前后巷道施工对比, 注浆前巷道围岩极破碎, 易水解、泥化, 存在巷道顶底板较大淋渗水、锚杆和锚索出水现象, 导致巷道支护难度大, 进尺缓慢, 同时还存在很大的安全隐患。施工后, 巷道涨帮、底鼓等变形现象非常严重, 需要二次架棚支护、卧底、复喷, 并采用注浆锚杆、锚索在后路巷道注浆进行三次加固支护, 造成大量的人力、物力、财力、时间的浪费, 影响了工程进度。注浆堵水加固后, 采用钻孔验证, 仅2个验证孔出水量大于1 m3/h, 经过复注, 满足了防治水的规定要求[4]。通过对采区上部车场及上山巷道的掘进实际的地质资料进行分析, 可知仅局部巷道出现滴淋水现象, 且围岩得到了很好地加固, 仅采用正常的锚网喷技术, 就能满足巷道支护安全要求, 同时掘进进尺速度大大加快, 安全得到了保障。这证明了超前帷幕注浆加固方案选择合理, 注浆效果明显。
7 结论与建议
该注浆方案在治理效果、时间、费用方面均达到了先进水平, 有着很大的经济效益和社会效益, 具有一定的应用和推广价值。目前, 该超前帷幕注浆治理方案在该矿继续应用, 同时该公司恒源煤矿也正在借鉴。帷幕注浆关键技术是首先查清含水层层位、导水通道、出水水压等水文条件, 再通过加大注浆压力、提高扩散半径、增加注浆量等, 从而达到注浆加固堵水的效果。
参考文献
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[2]张永成.注浆技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2012.
[3]矿井煤层底板含水层注浆改造技术[J].矿业研究与开发, 2005, 25 (6) :86-88.
帷幕注浆技术 第5篇
1.1 矿井基本情况
竹山塘煤矿隶属湖南黑金时代长沙矿业有限公司,所辖煤炭坝矿区是全国闻名的大水矿区,水文地址条件极其复杂,岩溶发育呈垂直分带,可分为溶洞发育带、溶洞裂隙发育带、溶孔发育带、岩溶不发育带四个带,矿区疏干面积现已达365km2,最大涌水量达13200m3/h。竹山塘煤矿东翼位于整个煤炭坝矿区最东端,为矿区地下水主要补给排泄区,有洋泉湖地下水径流带、大成桥地下水径流带、贺石桥地下水径流带共同补给,水量充沛,最大涌水量达8800m3/h。井田位于煤炭坝复式向斜南端北翼,构造以断层为主,分别受竹山塘-贺家湾复式向斜(东西走向,以-170m东七石门及34运输巷为界向西倾伏最深达-500m,向东倾伏最深达-250m)、竹山塘正断层(320°<65～75°,H=30～260m)、板塘冲三号正断层(230°<55°,H=10～30m)、F29正断层(150°<75°,H=20～30m)影响,岩溶裂隙较发育。
1.2 采区涌水量情况
东翼-170m水平开拓时,最大涌水量达3200m3/h,-235m水平开拓后,最大涌水量达6600m3/h,平均涌水量约5400m3/h;30采区由于地下水的联系,涌水量降至100m3/h以下;西翼采区由于相邻矿井五亩冲煤矿和西峰仑煤矿均已开拓至-230m以下,属于疏干区,仅有不足50m3/h的循环水。
1.3 帷幕墙选址
根据煤炭坝矿区钻孔岩溶溶洞率统计表(表1)分析可知,越往深部岩溶发育程度越低,其分界点在-200～-300m之间,根据相邻矿井巷道涌水量分析得知,岩溶发育分界点在-230m附近。
该区煤层底板为茅口灰岩,中厚-厚层状,上部为灰-深色,含灰质页岩,裂隙溶洞发育,总厚度平均约为300m,与地下伏底层整合接触。根据资料分析,竹山塘煤矿-170m东七石门34运输巷170m流水巷为复式向斜隆起部分,是整个矿区东西两翼的过水瓶颈,东翼开拓后,西翼涌水量明显减小,西翼往下开拓亦未发现明显的水力联系,且经大巷揭露并未发现大型导水断层,只有小的溶洞裂隙渗水,说明东翼具有相对独立的水文地质单元,这为竹山塘煤矿东翼帷幕注浆堵水方案的可行性提供了理论依据,也确定了帷幕墙的选址为-170m东七石门34运输巷。
2 注浆堵水实施方案
2.1 施工方案
在-170东七石门至34运输巷之间利用钻机向下钻孔,再往钻孔内注水泥(水泥-水玻璃)浆液,使之凝固后形成一个帷幕墙,阻挡东翼-170m水平以下的涌水进入西翼。钻孔及注浆顺序按照由南向北进行,包括钻孔扫孔浆液配比注浆封孔检验等工序。
2.2 注浆孔的布置
按浆液扩散半径为7.5m计算,取帷幕墙厚度为4m,长400m,按“先勘查、后注浆”的原理,设计勘查兼注浆孔10(Kt-1～Kt-10)个,孔深60,注浆孔36 (Zj-1～Zj-36)个,孔深40m,采用排水观测检验,故不设计检验孔,实际施工时,由于钻进过程中钻孔遇溶洞、裂隙、破碎带,深度达不到设计要求,在设计钻孔附近补浅孔12个(补1～补12),深孔4个(补13～补16),钻孔布置见图1和图2。
2.3 钻探设备的选型及钻孔施工方法
钻探设备选用QZK-100型潜孔钻和ZTJ-350型潜孔钻,钻孔时,由技术人员现场标定地点与倾角,钻孔完工后由专人进行验收记录。
2.4 注浆设备的选型及注浆量配比
注浆设备采用2TGZ-60/210X型注浆泵
吸浆量:60L/min(水泥5.760t/h)
36L/min(水泥3.456t/h)
19min(水泥1.824t/h)
16L/min(水泥1.536t/h)
1m3水泥浆=1.6t水泥+0.8t水
当吸浆量为60L/min,水灰比为1:1
当吸浆量为36L/min,水灰比为1:1.5
当吸浆量为19L/min,水灰比为1:2
当吸浆量为16L/min,水灰比为1:2
水灰比根据吸浆量的大小一般取1:2
2.5 注浆材料及配比要求
注浆材料采用425普通硅酸盐水泥及水玻璃,水玻璃模数为2.4～3.4。浆液浓度一般先稀后浓,结束时又略稀。
双浆注浆时,水泥浆中水与灰的重量比为0.5:1。水泥浆与水玻璃的比例为1:0.05～1:0.1。
2.6 注浆方式及止浆方法
注浆采用孔口混合式注浆,即通过两根高压胶管将浆液与水玻璃分别注入进浆管,利用注浆机压力使水泥浆液或者水泥-水玻璃浆液通过岩层裂隙扩散,将岩层的过水通道堵塞,从而达到堵水的目的。
止浆采用埋设注浆管,管口设止浆塞进行止浆。
2.7 注浆参数的选择
2.7.1 注浆压力
是推动浆液克服各种流动阻力,使浆液扩散,充填密实的动力,是注浆的重要参数。在基岩裂隙中,宜采用2～2.5倍静水压力,在软岩和破碎带中,初期宜采用1.5～1.6倍,中期采用2.0～2.5倍,后期为3.0～3.5倍的静水压力。本工程注浆压力初期采用0.2～1.0MPa,后期采用2.5～3.0MPa。
2.7.2 注浆流量
注浆过程中,由于浆液的充填作用,裂隙逐渐被充塞,流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果,流量越小越好,但太小容易被地下水稀释,影响结石体的强度和结石率,所以,在基岩裂隙中流量以30～50L/min为宜,稳定时间大于或等于15min较合适。
2.7.3 注入量
施工中浆液注入量可按下式计算:
Q=AπR2HNB/M
式中:A浆液消耗系数,一般取1.3～1.5;
R以中腰线交点为中心的浆液有效扩散半径,7.5m;
H注浆段高,40～60m;
N平均裂隙率,一般取0.01～0.05;
B浆液充填系数,一般取0.9～0.95;
M浆液结石率,取0.85。
计算可知,浅孔注入量为9.4～49.5L,深孔注入量为14.1～74.2L。
研究表明:注入量还和注浆压力有密切关系,不同条件下,要有合理的注浆压力来保证浆液注入量。
2.7.4 浆液浓度
相同条件下,浆液越浓,粘度越大,扩散距离越小,浆液的结石率也随浓度而增加。浆液浓度的选择与调整直接关系到注浆的进度和工程质量,软岩和破碎带因吸水率很小,应以稀浆为主,起始浓度水灰比一般为1.5～2.0,因浆液稀,要想保证一定注入量,不能按延续时间做为调整浓度的依据,而应当改为以注入量多少来调整水灰比。
3 帷幕注浆堵水效果分析与评价
帷幕注浆堵水工程自2012年1 1月开工,至2013年4月完工,历时5个月,钻孔进尺2606m,注入水泥2502t,水玻璃219.5t。2013年4月,竹山塘煤矿对东翼所有排水泵房进行撤退,撤退后,派专人24h观察东翼水位变化,撤退后一个月,帷幕墙以西的30采区涌水量变化不大,最大仅500m3/h,至8月中旬,东翼水位上升至-170m水平,30采区涌水量略有增大,约800m3/h,11月底,30采区涌水量增大至1200m3/h,东翼-170m水平流水出来,涌水量约为2500m3/h,涌水量趋于稳定,较关闭之前(平均涌水量5400m3/h)减少1700m3/h,降低扬程65m,配合正压排水及峰谷排水方式,年产生经济效益两千多万元。
通过本次竹山塘煤矿帷幕注浆堵水技术现场应用取得的良好效果,可以看出该项技术不仅经济效益显著,而且有利于防水保井,该项目实施后,可以节约大量电能,减轻矿井用电负荷,减小用电负荷过大带来的停电跳闸等事故,并由于地下水的升高,可以减少地表塌陷,具有很好的社会效益。还为相关类似工程的建设和施工提供了有价值的参考经验,具有很好的现场应用价值。
参考文献
[1]孟庆彬,乔卫国,林登阁.地面注浆堵水技术及应用研究[J].煤矿支护.2009.
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[3]李磊,高祥,王俊.帷幕注浆堵水技术在蔡园煤矿的应用[B].能源技术与管理.2011.
帷幕注浆技术 第6篇
石板山隧道全长7 505 m,设计为单洞双线隧道,是石太客运专线控制性工程之一。隧道地质复杂多变,存在岩溶和岩溶水、断层、岩爆、高地应力及膨胀性围岩等不良地质。隧道在DIK51+170～DIK51+410段位于群英水库的下游,距离水库大坝75 m左右,该段隧道最小埋深为19 m,受群英水库的影响,设计采用全断面帷幕注浆施工方案,以控制地表水流失。
2 水文地质情况
DIK51+170～DIK51+410段围岩岩性主要为弱风化黑云花岗片麻岩,节理发育,主要为剪性构造结构面和黑云母富集带,岩体呈块状结构,渗水量大,局部有股状涌水。石板山隧道围岩赋存裂隙水和孔隙水,裂隙水与地表水贯通,受水库影响地下水活动强烈,预测隧道正常涌水量为2 845 m3/(d·m),最大涌水量为8 150 m3/(d·m)。
3 帷幕注浆施工参数确定
3.1注浆方式及加固范围
结合地质情况,注浆方式选用分段后退式无管注浆,即:将钻孔钻至设计深度,后退5 m,利用止浆塞止浆开始注浆,本段注浆结束后,再后退5 m继续注浆,如此反复直至结束。
根据设计图纸,注浆加固隧道开挖轮廓线外5 m以内的围岩。钻孔和注浆顺序:由外向内,同一圈孔间隔施工。孔位布置详见图1。
3.2注浆压力确定
注浆压力是浆液在裂隙中扩散、充填、压实的动力,与岩石裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间的长短有关,在此工程中设计注浆终压为注浆处静水压力加上1 MPa～2 MPa,
即:
P=P0+(1 MPa～2 MPa)。
其中,P为设计注浆压力,施工时1号～4号孔注浆压力取大值,其余孔取小值,MPa;P0为注浆处静水压力,MPa,通过计算该注浆段注浆压力为1.5 MPa～2.5 MPa。
3.3单孔注浆量计算
浆液注入量可根据扩散半径及岩层裂隙率参考下列公式计算确定。
其中,Q为浆液注入量,m3;A为注浆范围岩层体积,A=πr2 L;nα(1+β)为填充率,一般破碎岩层选择1%～2%,断层破碎带选择5%;r为浆液扩散半径,m,r=2.0 m;L为注浆段长度,m,根据每个孔设计长度选取。
3.4注浆材料凝结时间确定
注浆材料采用水泥+水玻璃浆液(即CS浆液)和超细TGRM浆液,水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥,水玻璃模数m=2.4～3.4,浓度为35(配制后)。经现场试验确定各种材料在不同水灰比下的凝结时间,见表1。
4全断面帷幕注浆方案实施
4.1超前探孔
注浆段施工始终坚持“先探孔、预注浆、再开挖”的原则,注浆前先采用MKD-5S型地质钻机进行超前探孔,探孔深度为30 m,探孔数量3个,探孔位置分布于两拱腰处和中心孔。通过探孔确定围岩性质、涌水量大小、裂隙走向和有无突水、突泥点,为注浆工作提供依据。
4.2止浆墙施工
首轮注浆前在掌子面设置30 cm厚喷射混凝土止浆墙,此后各循环利用已注浆未开挖的岩体代替止浆墙(预留段长5 m)。混凝土止浆墙施作方法:掌子面挂双层8钢筋网片,网格间距25 cm×25 cm,喷C25混凝土厚度30 cm。施工要求:掌子面喷混凝土平整,密实,无空鼓现象。
4.3安设孔口管
1)钻孔前现场技术人员根据设计要求采用莱卡1101全站仪及罗盘仪二次校正钻孔孔位及角度。要求成孔规则、无严重塌孔,角度偏差小于0.5%孔深。2)钻机采用110钻头低压力、慢转速开孔,钻进1 m后加压加速钻至3 m深,退出钻杆。3)孔口管采用108 mm无缝钢管,将孔口管上缠绕麻丝,用钻机将孔口管强力推入孔内并用锚固剂固定牢固,孔口管露出掌子面15 cm,便于拔管。
4.4钻孔注浆
1)成孔:孔口管安装完成后,采用KQG120型履带式液压钻机继续钻孔,直至设计深度。2)下管:注浆管3 m一节,采用丝扣连接,将注浆管前端用丝扣与止浆塞连接牢固,采用钻机将止浆塞均匀推至注浆预定位置(一般情况止浆塞距离孔底5 m),通过钻机推力使止浆塞膨胀达到止浆效果进行注浆。3)制浆:a.水泥浆(TGRM浆液):在搅拌机开动的情况下,按设计配合比加入定量清水和水泥搅拌均匀即可。浆液通过过滤网进入储浆桶中,进行二次搅拌供注浆使用。b.水泥—水玻璃浆液:采用两个储浆桶,一储浆桶存放水泥浆和定量磷酸氢二钠搅拌均匀浆液,另一储浆桶存放定量浓度的水玻璃,通过注浆机混合。4)注浆:下管后,先压水2 min～5 min检测注浆管路是否通畅。管路畅通注浆开始,将吸浆龙头分别放入各自的浆液池中,进行注浆。当压力达到终压时,停止注浆。注浆结束先打开泄浆管阀门,再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净。此段注浆完成后,拆掉一节注浆管再后退5 m,继续注浆直至完成。5)记录:根据注浆过程中的实际情况,现场技术员要记录注浆量、注浆压力、注浆持续时间、注浆过程中出现的问题及处理措施等重要注浆参数及处理方法,给下步施工提供依据。
4.5注浆结束标准
1)单孔结束标准。注浆过程中压力逐渐上升,注浆量逐渐减少,当注浆压力达到设计终压,并持续保持10 min以上;或总注浆量大于注浆量的80%以上即可结束本孔注浆。2)全段结束标准。根据注浆量进行判断,实际的注浆量应达到设计量的80%以上或隧道涌水量不大于0.5 L/(min·m),即结束该段注浆。
4.6注浆过程中异常情况处理措施
1)注浆过程中,如注浆压力突然上升,立即停止注浆泵工作,打开泄浆阀泄压,找明原因后再决定该孔是否继续注浆。2)注浆过程中,如发生串浆、漏浆现象,可封闭该串浆孔继续注浆,但若发生频繁时,应加大钻孔与在注浆孔的间隔或钻一孔注一孔,减少串浆现象。3)注浆过程中,若地层吸浆量很大时,注浆压力长时间不上升,可通过调整浆液配比,缩短浆液凝胶时间,以达到注浆目的。
5结语
目前隧道DIK51+170～DIK51+410段已施工完成,通过施工实践,证明了分段后退式帷幕注浆施工工艺在便于成孔、裂隙水发育的地层中加固周边围岩、防止地表水流失的可行性,提高了施工速度,创造了效益,值得同类工程借鉴。
摘要：通过石太客运专线石板山隧道某段全断面帷幕注浆施工实践,对帷幕注浆各施工参数进行了分析计算,阐述了分段后退式帷幕注浆施工工艺,提出了注浆过程中异常情况的处理措施,通过施工实践证明了该施工工艺的可行性。
关键词：水库浅埋段隧道,帷幕注浆,施工技术
参考文献
[1]胡明.隧道岩溶富水区帷幕注浆设计[J].山西交通科技,2004(2):17-18.
[2]赵健.隧道岩溶水地质灾害治理[J].中国地质灾害与防治学报,2003(3):70-71.
帷幕注浆技术 第7篇
关键词：隧道,岩体破碎,地下水发育,帷幕注浆
1 工程概况
甬台温客运专线铁路的修建, 对于加快沿海地区经济发展, 完善东南铁路网布局, 具有深远意义。黄毛山隧道为全线控制工程之一, 单洞双线, 全长为4 906 m。该隧道DK151+995~DK152+050为Ⅳ级围岩地段, 基岩节理裂隙发育, 岩石破碎。在DK152+000~DK152+050段地势低洼有一定的导水性和储水性, 且右侧有一水库, 使地下水发育且围岩自稳性极差, 洞室开挖易形成突水、塌方, 对施工造成危害。在这种情况下, 尽快通过破碎带、水库段施工, 加快施工进度, 是隧道顺利贯通的关键。通过超前对该区段的工程地质和水文地质的评估和预测, 按照“以堵为主, 限量排放”的原则, 决定采用帷幕注浆堵水加固围岩, 以保证施工安全。
2 帷幕注浆施工技术
2.1 帷幕注浆工艺
帷幕注浆是通过在工作面钻注浆孔, 再向孔内压注水泥 (或水泥-水玻璃等) 浆液。浆液将一定范围内围岩裂隙中的水挤出, 保证围岩裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实, 与岩体固结成一体, 形成止水帷幕[1]。
2.2 施工工艺及主要技术参数
帷幕注浆施工工艺流程见图1。
主要技术参数[2]有如下几点。
1) 每一循环注浆长度为27 m, 开挖24 m, 保留3 m止浆岩盘。
2) 采用YXU-75型钻机, 孔口管采用φ108 mm、壁厚5 mm的热轧无缝钢管。
3) 注浆帷幕固结体主要承受外部静水压力, 其厚度按厚壁筒公式, 并按第四强度理论计算。
式中:E为帷幕计算厚度, m;R为隧道掘进半径, m;σ为泥灰岩固结体允许抗压强度, MPa;p为最大静水压力值, MPa。
根据本隧道该区段地质情况, 经计算及工程类比确定浆液扩散半径为隧道开挖轮廓线外3 m。注浆孔布置见图2。
4) 注浆材料采用超细水泥-水玻璃浆双浆液。浆液配合比考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径, 由试验室通过试验得到:一般情况下水泥浆的水灰比采用0.8∶1.0~1.5∶1.0。水玻璃浆密度1.20~1.38 kg/m3;水玻璃浓度, 通常用波美度, 代号为 (°Be) 表示。它与常用的浓度表示方法 (密度d) 之间存在如下关系, 见式 (2) 。
一般使用的水玻璃浓度在30~45°Be。浓度越高, 凝胶时间越长。
水泥浆与水玻璃的体积比为1∶1~1∶1.03, 施工中根据岩层情况和胶凝时间要求, 结合注浆效果及时调整。
5) 注浆泵采用锦西注浆泵厂生产的2TGZ-60/210型双液调速注浆泵。
6) 注浆压力由孔口压力、浆柱压力、管路损失压力构成。一般情况下, 计算式见式 (3) 。
式中:p为注浆终压, MPa;p0为涌水压力, MPa。
它的大小与岩石的强度、渗透性、钻孔的深度、位置、注浆序次、注浆材料等性质有关, 可通过现场注浆试验确定。本工程根据现场试验确定的注浆终压采用为该处静水压力加上1.0~2.0 MPa, 注浆初期压力一般应低于设计注浆终压力, 随钻孔深度增加而增加[3]。
7) 浆液凝胶的确定一般应采用CS浆液作压注试验。当进浆量很大、泵压长时间不升高时, 胶凝时间选1~2 min;当进浆量中等、泵压稳定上升时, 胶凝时间选3~4 min;进浆量较小、泵压升高很快时, 胶凝时间选5~6 min。双液浆的凝胶时间不同于凝结时间。凝胶时间较短, 是指由流动状态变为不流动状态的过程。凝结是水泥浆体开始失去塑性的时间。
8) 工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。于是注浆总量计算式见式 (4) 。
式中:R为单孔注浆量, m3;R为浆液扩散半径, m;L为注浆孔长, m;n为地层的裂隙, 取2%~4%;α为浆液在岩石裂隙中的充填系数, 视岩石情况取0.3~0.9;η为浆液消耗率, 取1.1。
2.3 施工方法和要点
1) 超前钻探。这是隧道地质超前预测预报的一种方法, 目的是探明掌子面前方的工程地质和水文地质情况, 为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。其主要工作内容是探测岩石的完整程度、涌水压力和涌水量, 用钻机在洞内工作面上向隧道前方钻探30 m左右的超前探孔, 利用探孔进行探测和注水试验[3]。
2) 止浆墙施工。首轮注浆前在掌子面设置50 cm厚的C30模筑混凝土止浆墙, 此后各循环利用已注浆未开挖的岩体代替止浆墙 (预留长度3 m) , 掌子面用喷射混凝土封闭, 厚度为25~30 cm。
3) 开孔。每一循环共设5环79个注浆孔, 注浆孔开孔直径≥108 mm, 终孔直径≥90 mm;注浆孔孔底间距按3~4 m控制 (见图3) 。按设计在掌子面上用红油漆标出注浆孔位置;将钻具对准注浆孔孔口位置, 调整钻机至钻孔方向和设计钻孔方向一致 (即偏角和立角与设计相同) ;固定钻机;钻机采用低压力、慢速开孔, 钻至2~3 m深度, 退出钻机。
4) 孔口管结构及埋设。孔口管采用锚杆固定和锚固剂固定法安装。在孔口管距法兰盘端部20~50 cm处缠绕棉纱两道, 孔内放入环氧树脂锚固剂, 将孔口管顶入孔内, 或将孔口管顶入孔内, 用锚杆固定。
5) 钻孔注浆。孔口管安装完成后, 继续钻孔, 成孔后安装导管、止浆塞, 再进行注浆。注浆方式采用分段前进式注浆, 先钻孔后注浆, 钻一段注一段, 直至设计深度。注浆段完成注浆, 经检查孔检测合格后, 进入下一段注浆段, 如此往复。注浆钻孔布置图见图3。
注浆前根据选定的参数配制浆液, 水泥浆配好后需用1 mm筛过滤一遍。当注浆压力达到设计值时, 维持2~3 min, 进浆量达到设计数量则停止注浆, 关闭球阀, 卸下注浆混合器及注浆系统。
注浆时, 孔口位置要准确定位, 与设计位置的允许偏差为±5 cm、偏角应符合设计要求。每钻进一段, 检查一段, 及时纠偏, 以确保孔底位置偏差<30 cm[4]。
钻孔和注浆顺序应由外向内, 同一圈孔间隔施工;注浆时如遇窜浆或跑浆, 采用间隔一孔或几孔注浆方式;周边帷幕注浆方式应根据围岩性质和涌水量大小确定采用前进式或后退式注浆;应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实行间歇注浆或制止串浆冒浆等而有意中断, 应先将钻孔清理至原深度后再复注。
6) 超细水泥-水玻璃浆液的配制工艺与普通水泥-水玻璃浆没有多大差别。由于超细水泥粒径小, 与水玻璃的反应更充分, 因而在相同配比下结合体的强度会更高, 凝胶时间也有变化。在实际应用中可视具体情况对配合比加以调整, 或者掺入外加剂来满足凝胶时间的要求[5]。
2.4 注浆效果检查及结束标准
1) 注浆效果检查。所有注浆孔注满后, 根据注浆状况, 确定检查孔位置。对检查孔钻取岩芯, 对注浆效果进行检查。检查孔钻深为开挖段长度以内并预留3 m段, 钻孔渗水量应<0.2 L/ (min·m) 。对浆液扩散较为薄弱、钻孔渗水量>0.L/ (min·m) 或一处漏水量>10 L/min的部位, 需加孔补注浆, 直到达到要求指标为止。
2) 注浆结束标准。
(1) 单孔的注浆结束标准。注浆过程中压力逐渐上升, 注浆量逐渐减少, 当注浆压力达到设计终压, 并持续保持10 min以上;注浆结束时的进浆量<20 L/min或总注浆量大于注浆量的80%以上;检查孔涌水量<0.2 L/min;检查孔钻取岩芯, 浆液充填饱满。即可结束本孔注浆。
(2) 全段注浆结束标准。设计的注浆孔全部注浆完成后, 应检查所有注浆孔, 并均已符合单孔结束条件, 无漏注现象;浆液有效注入范围满足设计要求;预测岩体经注浆后可在开挖后保证洞壁稳定。
3 结语
通过实施帷幕注浆施工, 黄毛山隧道安全顺利通过岩层破碎带及水库段, 发挥显著的堵水、固结作用, 完全达到了帷幕注浆的目的, 为黄毛山隧道安全生产、顺利贯通打下了坚实基础。采用帷幕注浆在保证隧道结构和隧道施工安全的同时还可以保护生态环境, 防止地下水的过度流失而对附近地表生态环境产生不利影响。
参考文献
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[2]铁道第二勘察设计院.铁路工程设计技术手册·隧道[M].修订版.北京:中国铁道出版社, 1999.
[3]何川.土木工程学会地下铁道专业委员会第十五次学术交流会论文集[C].成都:西南交通大学出版社, 2003.
[4]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.
