采空区钻孔注浆施工工法

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，地下空间运用的形态，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：地下空间的运用将日益扩展，注浆工艺的研究已成为确保工程质量和安全的重要手段。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，通过探索实验，总结出一套行之有效的施工办法，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，合用范畴广。4、加固深度易于控制。三、合用范畴本工法合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）工艺原理本工法运用深孔钻机成孔，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迈进，对周边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，规定误差不大于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、孔深达成设计深度后提钻杆，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成4～6m。5、帷幕孔注浆：首先，根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，以选择拟定灌注浆液（即水泥粉煤灰砂浆）的类型，并对帷幕孔进行单孔灌浆设计（涉及材料、配合比、灌浆工艺、灌浆量等）。本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。本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办法灌注，以工艺控制灌浆量，达成最佳的灌浆效果，避免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，根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（涉及浆液配合比、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拟定。检查孔按灌浆孔总数的3-5%来控制，并经监理工程师同意后选择一孔用波速测井法进行钻探检测，规定波速不不大于160m/s。五、核心技术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）发育而引发的注浆孔周边的冒浆现象，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同，故在本合同段注浆站修建二级搅拌池二个，确保不同配比浆液的同时造浆灌注，加紧施工进度。4、受注段过长时，应减少封孔高度至裂隙带上部，不可按原则高度封孔，同时钻孔变径点应减少。5、单孔初灌前，必须进行注水实验，首先起到洗孔作用，以确保多个空洞裂隙贯穿；另首先判断单孔可灌性，拟定初始浆液配合比。6、每个钻孔完毕后，经注水实验和洗孔，再进行单孔灌注设计，根据单孔鉴定空洞带塌陷冒落带、裂隙带的高度及状态，拟定浆液配合比、灌浆量；拟定分序次的灌注办法和灌注压力。7、普通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，当采用后一种办法时，注浆管下至受注层（冒落带），注浆管下部1m用花管，管头封死。当灌注达成规定后，拔起1m再灌，依这类推。深层封孔装置采用橡胶球形阀，冒落带灌完后采使用方法兰盘封口。8、帷幕注浆时，如空洞或冒落带的空隙较大，适宜灌一部分石屑，但不能超出空洞高度的三分之二，然后灌石屑“混凝土”（指不振捣混凝土）或水灰比不不大于1：1.8的稠浆。9、对隧道洞身以上采空区进行胶结灌浆时，为确保冒落物在受注胶结后的整体强度满足设计规定（5-8Mpa），同时确保隧道开挖时洞顶不漏浆漏水，确保隧道围岩类别不因采空区处治效果不好而大幅度下降，确保充填率90%以上，灌浆压力必须在3-4Mpa以上。10、确保浆液（或不振捣混凝土）不因自重而离析的方法。①本地层塌陷，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，确保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因素出现空气进入时，要用孔口的排气阀及时解决。②本地下空洞较大时，要先灌某些石屑，同时把灌浆管头封死，采用花管灌注，故意识地减少流动速度，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别非常大，几乎没有任何比较性，因此，要根据地下水温状态调节水泥用量，合理增加速凝剂和其它添加剂，预计地下浆液凝固时间，确保结石率和结石强度满足设计规定，为进行质量控制打好基础。六、机具设备（见表1）表1机具设备序号设备名称规格型号单位数量1空压机20m3台42钻机300型台103钻机150-Ⅱ型台54钻机1000型台55钻机TL98-1型台26钻机BW-250/50台47发电机200KV台28东风自卸车8T台6七、劳动组织（见表2）表2劳力安排序号工种人数工作内容1安全员1人钻孔值班2空压机1人3质检员2人4电工1人5钻机机长40人6力工80人7汽车司机4人8安全员1人注浆值班9质检员1人10汽车司机4人11注浆泵机长4人12力工20人八、质保方法组织方法：建立健全项目经理、技术负责人、质量检查工程师参加的项目质量管理体系，制订具体的质量管理责任制，明确各级责任。认真执行三检制，坚持三不放过，把质量隐患消亡在萌芽状态。技术方法：严格技术检测制度，杜绝消亡不合格设备及原材料进场。建立工地实验室，配齐实验设备及仪器，完备现场检测手段。强制工程质量自检。九、安全方法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。安全员及特种岗位人员必须持证上岗。加强安全教育，使每个职工都牢固树立“安全第一、防止为主”的思想。危险设备及场地设立围栏，并挂明显警示牌。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