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采空区钻孔注浆施工工法

03/08

采空区钻孔注浆施工工法

中铁十九局集团第二工程有限公司 于占双 罗 莹 满学坤

一、前言

随着科学技术的发展和人类文明的进步,地下空间利用的形态,已千姿百态,越来越多的地下工程和地基基础工程实践证明:地下空间的利用将日益扩展,注浆工艺的研究已成为保证工程质量和安全的重要手段。2001年我公司承建的祁临高速公路十二标段采空区处治工程,有注浆孔274个,孔深在100~150m 之间,累计钻孔33288m 。在施工实践中,通过探索试验,总结出一套行之有效的施工方法,现加以分析研究、总结形成本工法。

二、工法特点

1、设备和工艺简便灵活。

2、施工占用空间小,对交通影响小,对市政环境影响小。 3、工期短、见效快,适用范围广。 4、加固深度易于控制。

三、适用范围

本工法适用于埋层较深的地下溶洞、煤矿采空区、井下巷道及市区内地下洞室的回填加固施工。

四、施工工艺

(一)工艺原理

本工法利用深孔钻机成孔,下注浆管,然后浇筑孔口管。先进行周边帷幕孔注浆再进行注浆孔注浆,浆液在压力作用下,进入土体,充填土体中的空隙,如果土体中有空穴(如采空区、巷道等),那么浆液就会充填固结起到加固作用。由于浆液的充填在压力作用下扩散前进,对周围的土体同时产生挤密效应和扩散效应,使土体的孔隙比减少。

(二)工艺流程

1、采空区钻孔注浆总体流程(见图1 ) 2、钻孔施工工艺流程 (见图2) 3、浇铸孔口管施工工艺流程(见图3) 4、帷幕孔注浆施工工艺流程(见图4) 5、注浆孔注浆施工工艺流程(见图5) 6、质量检查施工工艺流程 (见图6) (三)施工要点

1、施工准备:搞好“三通一平,建立注浆站,清理施工现场。钻孔注浆设备及施工人员,注浆

材料进场。

2、钻孔:首先按设计图纸上的孔位坐标,用GTS711全站仪逐孔测量放线,木桩红布标记,要求误差小于1m 。采用1000型钎孔锤钻机和300型钻机钻进。开孔采用130钻头,当穿过松散土层,进入好围岩2~3m 后下φ127套管,换110钻头钻进。

3、孔深达到设计深度后提钻杆,下注浆管,注浆管外露长度在0.5~1m 左右。

4、浇筑孔口管:浇筑孔口管的水泥应掺速凝剂,以缩短钻孔和注浆工序时间。孔口管的注浆高度要达到4~6m 。

5、帷幕孔注浆:首先,依据帷幕孔成孔过程中的岩芯破碎程度、孔内循环液的漏失量及钻进过程的掉钻、卡钻等现象,判断孔内采空区空洞、孔隙的大小,以选择确定灌注浆液(即水泥粉煤灰砂浆)的类型,并对帷幕孔进行单孔灌浆设计(包括材料、配合比、灌浆工艺、灌浆量等)。当地下采空区空隙较小时,可用水灰比为1:1.8的水泥粉煤灰浆。其中Ⅳ(1)区水泥占固相的77%,粉煤灰占固相的23%;Ⅳ(2)区水泥占固相的20%,粉煤灰占固相的80%,制浆材料中增添水泥重量1-2%的速凝剂。当地下采空区空隙较大时,可用水泥粉煤灰砂浆实施灌注,其砂浆流度应在130~200mm 之间,砂浆强度等级设定为M15。对于灌浆量较大的帷幕孔,采用低压稠浆小泵量多间歇的方法灌注,以工艺控制灌浆量,达到最佳的灌浆效果,防止浆液过量流失到非注浆部位或地段。

6、注浆孔注浆:注浆孔灌浆前,依据注浆孔成孔过程中提供的工程地质信息(岩芯破碎程度、循环液漏失量、掉钻等现象)进行单孔灌浆设计(包括浆液配合比、灌浆量等),采用水泥粉煤灰浆液一次灌浆结束的施工方案。对于单孔灌浆量较大的注浆孔,可采用稠浆多间歇的注浆方案,并适时在孔内投入骨料(如砂子等)。水泥粉煤灰浆可用BW-250/50型泥浆泵,通过注浆管路注入采空区。

7、质量检查:在灌浆施工结束6个月后,进行灌浆质量的检测工作。检测位置由监理工程师现场根据灌浆施工实际具体确定。检查孔按灌浆孔总数的3-5%来控制,并经监理工程师批准后选择一孔用波速测井法进行钻探检测,要求波速大于160m/s。

五、关键技术

1、为了有效地控制浆液凝固时间,速凝剂和其它添加剂先加在一级搅拌池的粉煤灰浆搅拌池中,以克服加入混合池中后,产生浆液提前凝固的失控现象。

2、发生因浇筑孔口管止浆不好或孔附近裂隙(缝)发育而引起的注浆孔周围的冒浆现象,宜先采用低压小流量间歇灌注,不奏效时,应重新浇筑孔口管,以获得单孔灌浆质量的最佳效果。

3、考虑到Ⅳ(1)、Ⅳ(2)区灌浆浆液的配合比不一样,故在本合同段注浆站修建二级搅拌池二个,保证不同配比浆液的同时造浆灌注,加快施工进度。

4、受注段过长时,应降低封孔高度至裂隙带上部,不可按标准高度封孔,同时钻孔变径点应降低。

5、单孔初灌前,必须进行注水试验,一方面起到洗孔作用,以保证各种空洞裂隙贯通;另一方面判断单孔可灌性,确定初始浆液配合比。

6、每个钻孔完成后,经注水试验和洗孔,再进行单孔灌注设计,根据单孔判定空洞带塌陷冒落带、裂隙带的高度及状态,确定浆液配合比、灌浆量;确定分序次的灌注方法和灌注压力。

7、一般灌浆孔多采用孔口封闭灌浆法,帷幕孔和胶结孔(隧道以上)采用自下而上灌浆法,单孔灌两层采用自上而下灌注法,当采用后一种方法时,注浆管下至受注层(冒落带),注浆管下部1m 用花管,管头封死。当灌注达到要求后,拔起1m 再灌,依此类推。深层封孔装置采用橡胶球形阀,冒落带灌完后采用法兰盘封口。

8、帷幕注浆时,如空洞或冒落带的空隙较大,适当灌一部分石屑,但不能超过空洞高度的三分之二,然后灌石屑“混凝土”(指不振捣混凝土)或水灰比大于1:1.8的稠浆。

9、对隧道洞身以上采空区进行胶结灌浆时,为保证冒落物在受注胶结后的整体强度满足设计要求(5-8Mpa ),同时保证隧道开挖时洞顶不漏浆漏水,保证隧道围岩类别不因采空区处治效果不好而大幅度下降,保证充填率90%以上,灌浆压力必须在3-4Mpa 以上。

10、保证浆液(或不振捣混凝土)不因自重而离析的措施。

①当地层塌陷,无明显孔洞时,以注浆为主。在搞好封孔装置的前提下,先灌水,后注稀浆,保证灌注管路全过程无空气时,再注入正常浆液,中间因灌注泵与流动配合不当等原因出现空气进入时,要用孔口的排气阀及时处理。

②当地下空洞较大时,要先灌一些石屑,同时把灌浆管头封死,采用花管灌注,有意识地降低流动速度,使之与灌浆泵的输出量相匹配。

11、在深层还原环境下,浆液和“混凝土”的凝固结石状态与地面氧化环境下的状态差异非常大,几乎没有任何比较性,因此,要根据地下水温状态调整水泥用量,合理增加速凝剂和其它添加剂,估计地下浆液凝固时间,保证结石率和结石强度满足设计要求,为进行质量控制打好基础。

六、机具设备(见表1)

表1 机具设备

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 空压机 钻机 钻机钻机钻机钻机

规格型号 20m

3

单位 台 台 台 台 台 台 台 台

数量 4 10 5 5 2 4 2 6

300型 150-Ⅱ型 1000型 TL98-1型 BW-250/50 200KV 8T

7 8

发电机 东风自卸车

七、劳动组织(见表2)

表2 劳力安排

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

工 种 安全员 空压机 质检员 电 工 钻机机长 力 工 汽车司机 安全员 质检员 汽车司机 注浆泵机长 力 工

人 数 1 人 1 人 2 人 1 人 40 人 80 人 4 人 1 人 1 人 4 人 4 人 20 人

注浆值班 钻孔值班 工作内容

八、质保措施

1、 组织措施:建立健全项目经理、技术负责人、质量检验工程师参加的项目质量管理体系,制定详细的质量管理责任制,明确各级责任。认真执行三检制,坚持三不放过,把质量隐患消灭在萌芽状态。

2、 技术措施:严格技术检测制度,杜绝消灭不合格设备及原材料进场。建立工地试验室,配

齐试验设备及仪器,完备现场检测手段。强制工程质量自检。

九、安全措施

1、 对机械传动部位必须安装防护罩,高空作业人员必须配备安全带,施工人员必须配戴安全帽。

2、 安全员及特种岗位人员必须持证上岗。

3、 加强安全教育,使每个职工都牢固树立“安全第一、预防为主”的思想。 4、 危险设备及场地设立围栏,并挂明显警示牌。 5、 对易燃易爆物品设专人管理,并配备足够的消防设备。

十、效益分析

本工法施工工艺行之有效,便于操作,帷幕范围大,加固效果好,工程造价低,人员在地面施工,安全系数大,钻机占的空间小,对环境的破坏少,有利于环保,具有可观的经济效益和社会效益。

十一、工程实例

山西省祁临高速公路工程十二标段采空区处治工程。自2001年1月至2001年6月历时半年完工。完成钻孔注浆274孔,累计钻进33288m ,提前15天完工。由于该工程施工进度快,质量好,多次受到监理和业主的好评。


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