雙重管高壓旋噴注漿工藝在第四系地層豎井施工中的應用*

楊秋明　肖益蓋　孫國權

(1.蕪湖和成礦業(yè)發(fā)展有限公司，2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室)

?

雙重管高壓旋噴注漿工藝在第四系地層豎井施工中的應用*

楊秋明1肖益蓋2,3孫國權2,3

(1.蕪湖和成礦業(yè)發(fā)展有限公司，2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室)

摘要某鐵礦副井所處位置第四系厚約20.8 m，主要由深黃色黏土、砂礫層、灰色高嶺土夾碎石組成。為了保障井筒掘砌施工安全，采取雙重管高壓旋噴注漿工藝進行預處理，通過布置2排高壓噴射孔的方式進行注漿，為延緩水泥漿液沉降時間，在硅酸鹽水泥中添加3%水泥重量的200目膨潤土和3%膨潤土重量的碳酸鈉。通過高壓噴射注漿對第四系地層進行固結和防滲處理，井筒掘進施工過程中未發(fā)生滲水和坍塌現(xiàn)象，順利通過第四系地層。

關鍵詞第四系雙重管高壓旋噴注漿防滲墻

某鐵礦副井所處位置水文地質條件復雜，工程地質條件中等，給井筒開拓造成極大的難度。根據(jù)檢查孔揭露，第四系松散層厚20.8 m，巖性主要為上部深黃色黏土，中部砂礫層，下部灰色高嶺土夾碎石，其中黏土1層，厚5.20 m，占25%；細砂層2層，厚6.40 m，占30.77%；高嶺土夾碎石2層，厚9.20 m，占44.23%。砂礫石層與下伏龍門院組強含水層有一定水力聯(lián)系，相互補給，井筒掘進時滲水影響施工，且容易出現(xiàn)垮塌。為了保障井筒的掘進安全，采用雙重管高壓旋噴注漿工藝對豎井第四系地層進行預處理。

1高壓旋噴注漿施工工藝

礦山第四系覆蓋層豎井施工采用雙重管高壓旋噴注漿工藝，工藝流程見圖1。

根據(jù)工程地質條件及礦山施工技術要求，高壓旋噴樁徑應達到0.8 m，主要工藝參數(shù)見表1。

2高壓旋噴注漿施工方法

2.1注漿孔施工

布置2排高壓噴射孔，排距為0.5 m，孔距為0.6 m。內排孔距井筒中心4.35 m，共46個孔；外排孔距井筒中心4.85 m，共51個孔。高壓噴射作業(yè)分2道工序施工，高壓噴射孔及施工作業(yè)工序見圖2。

圖1　雙重管高壓旋噴注漿施工工藝流程

壓氣壓力/MPa漿液壓力/MPa流量/(L/min)噴嘴孔徑/mm注漿管外徑/mm提升速度/(cm/min)旋轉速度/(r/min)0.72280～1202～342或451820

2.2漿液制備

高壓噴射注漿材料選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量按土體的20%設計,200 kg/m，損失系數(shù)取0.1，預計水泥總用量為320.1 t。為延緩水泥漿液沉淀時間，在硅酸鹽水泥中添加膨潤土和碳酸鈉。膨潤土加入量為3%水泥的重量，細度要求為200目，碳酸鈉加入量為3%膨潤土的重量[1]。

注漿漿液一律按試驗選擇的最優(yōu)配合比配制(表2)，誤差嚴格控制在5%之內；制漿材料采用質量法稱量，注漿漿液水灰比一般要求控制在(0.8∶1)～(1∶1)，漿液密度不小于1.5 g/cm3；使用高速攪拌機，攪拌時間不少于30 s；對于水泥漿液制備至用完的時間，當環(huán)境氣溫<10 ℃時，不超過5 h；當環(huán)境氣溫10 ℃時，不超過3 h[2]。

圖2　某豎井第四系地層高壓旋噴注漿孔平面布置

表2　單位體積漿液配合比

3高壓噴射注漿施工過程

3.1開噴前準備工作

鉆孔經(jīng)驗收合格后，高壓噴射施工前，要做好以下準備工作：

(1)噴射管長度根據(jù)注漿孔的深度計算，并檢查注漿管路的暢通情況、密封性能等是否良好。

(2)為了觀察水、漿的噴射情況，在進行每孔注漿前，應對噴射管總成進行地面試噴，檢查是否符合設計要求。

(3)檢查噴射管下入注漿孔的深度，下入孔底的噴射管長度與實際鉆孔深度的差值必須不大于0.1 m，如未達到設計深度，按照設計要求重新掃孔。

3.2高壓旋噴作業(yè)

準備就緒后，從下至上進行高壓噴射注漿，泥漿冒出地面時，靜噴5～8 min，觀察返漿正常后，按規(guī)定速度18 cm/min提升雙重注漿管，連續(xù)噴射，直到噴射至設計帷幕頂板高程為止。嚴格按工藝參數(shù)注漿，返漿中水泥含量保持在進漿量的20%左右。高壓噴射注漿空壓機風壓保持0.7 MPa,壓力泵泵壓維持在(22±2) MPa，同軸施工；保持壓風和漿液連續(xù)輸送，過濾水泥漿液，嚴格控制過濾質量。在線監(jiān)測水泥漿液的密度，漿液水灰比為1∶1時，密度為1.5 g/cm3；漿液水灰比為0.8∶1時，密度為1.59 g/cm3。漿液密度波動太大，超出上述指標時，必須調整至正常范圍，才能繼續(xù)噴射。處理事故或換管重新噴射時，將噴射裝置下放至原位置以下0.5 m重復噴射，確保搭接長度不小于0.5 m[3]。在砂卵礫石層中適當減慢提升速度或定噴。如實記錄高壓噴射注漿過程中的技術參數(shù)、漿液材料的用量、施工中的異常情況及處理措施，并對施工中的工藝參數(shù)定時檢查。

3.3插筋與充填處理

高壓旋噴注漿完畢后，及時在高壓噴射孔內按梅花形下入3根φ18 mm×20.8 m鋼筋，并采用水灰比0.5∶1的濃水泥漿進行填實。φ18 mm鋼筋用量：97孔×3根/孔×(20.8+0.2 m)/根×0.002 t/m=12.222 t。

4技術保障措施

(1)在高壓旋噴注漿施工時，旋噴壓力或孔口回漿濃度突然降低或升高，回漿量出現(xiàn)異常，必須立即查明原因并及時處理。

(2)因特殊情況造成停噴，在恢復作業(yè)前，將噴頭下放30 cm，進行重疊搭接噴射處理后，才能繼續(xù)向上提升和噴射注漿，對中斷深度和時間進行記錄。停噴時間超過3 h以上的，需要清洗噴射泵及漿液輸送管道，才能繼續(xù)施工。

(3)孔內嚴重漏漿時，應根據(jù)地層情況采取措施：減緩噴射管提升速度直到停止提升；調整注漿壓力和流量，進行原位注漿；在漿液中加入適量速凝劑。

(4)發(fā)生串漿時，應對被串孔進行封堵。噴射注漿結束后，對被串孔掃孔、旋噴灌漿或繼續(xù)鉆進。

(5)旋噴注漿孔鉆孔施工過程中必須詳細記錄地層變化情況，準確記錄好基巖的分界線，避免與基巖帷幕搭接不好而造成返工，影響工期與防滲質量。

(6)高壓噴射施工時，在接觸段附近延長靜噴時間并往復噴射一次，增強旋噴注漿凝結體與基巖之間的連續(xù)性，保證防滲墻體質量。

5結論

豎井掘進前采用雙重管高壓旋噴注漿工藝對第四系地層進行預處理，帷幕有效截流滲水，掘進時工作面基本無滲水，并對第四系地層砂礫石層進行了可靠地固結，井筒通過砂礫石層時沒有發(fā)生坍塌現(xiàn)象，保證了第四系地層段豎井的順利掘進，該工藝具有較好的推廣價值。

參考文獻

[1]殷莉,何長青,雷運華,等.雅礱江桐子林水電站圍堰高噴防滲墻設計及施工[J].黑龍江水利科技，2012(12)：118-120.

[2]吳雄.高壓旋噴注漿在既有線路塹地段加固工程中的應用[J].廣東建材，2010，26(3)：58-59.

[3]中國有色金屬工業(yè)總公司.YBJ 43—1992高壓旋噴注漿技術規(guī)范[S].西安:西安交通大學出版社，1993.

(收稿日期2015-12-21)

*十二五國家科技支撐計劃項目(編號：2012BAB14B01)。

楊秋明(1960—)，男，副總經(jīng)理，工程師，238271 安徽省蕪湖市鳩江區(qū)沈巷鎮(zhèn)。