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