壁后注浆技术在尾矿库溢洪井隧道修护中的应用

2011-02-03付学会侯克鹏

有色金属（矿山部分） 2011年6期

付学会，侯克鹏

（昆明理工大学，昆明650093）

作为一种后注浆技术，壁后注浆已被广泛应用于地下工程的水害治理和地层加固中。我国煤炭行业自20世纪50年代初首次采用井壁注浆堵水以来，已逐步开发了许多新型注浆材料、注浆工艺、注浆专用设备和配套机具，使注浆技术有了很大的发展和提高。而水泥浆单液注浆工艺因其材料易购、成本较低、工艺简单、污染小以及加固、堵水效果好等优势，在壁后注浆中应用最为广泛［1］。如在盾构隧道施工过程中，壁后同步注浆技术的目的是尽早填充地层、减少地基沉降量、保证环境安全、确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密封性。作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能；作为隧道衬砌结构加强层，具有耐久性和一定强度。因此，盾构隧道壁后同步注浆是决定盾构隧道能否稳定的关键性工序之一［2］。在复杂地质条件下，壁后注浆技术广泛用于地表沉降控制、井筒水害治理、巷道修复与壁后防渗堵水等。在铜街大沟尾矿库溢洪井隧道工程修复中，提出了壁后充填注浆技术，有效地将隧道井壁的涌水、涌泥封堵于壁后，同时还起到了加固井壁的作用。

1 工程概况

该工程地处于铜街大沟尾矿库构造侵蚀“V”型沟谷中，沟谷走向近N27°W，沟底宽约3.0～13.0 m。沟谷切割较深，谷底标高964.59m，两岸坡度较陡。右岸坡坡度58°～83°，植被较发育，局部为基岩裸露；左岸坡坡度57°～82°，植被不发育，为基岩裸露及少量灌木，局部为碎、块石土。铜街大沟尾矿库溢洪井位于大沟的右岸，隧道在使用过程中井壁出现涌水、漏泥等情况，本着安全与环保的原则，避免因壁后空洞导致巷道围岩失稳的突发性事故，需对隧道渗漏段进行防渗堵漏加固处理。结合工程实际情况，设计采用溢洪井隧道壁后充填注浆技术。

据收集的工程地质测绘及勘探工程资料得知，2＃、3＃、4＃溢洪井所处地层从上往下依次为植物层、粉质黏土；强风化层二云斜长片麻岩；中风化层二云斜长片麻岩；微风化层二云斜长片麻岩。其中植物层、粉质黏土为强透水层；强风化层二云斜长片麻岩为中等透水层；中风化层二云斜长片麻岩为主要含水层，富含裂隙水。经过实地考察论证得知，该工程井壁出现渗漏水、漏泥，呈淋水状态的主要原因是由于溢洪井隧道砌体质量差，壁后出现空顶空帮现象，浇灌不密实、空洞、裂隙导致岩层裂隙水与孔隙水相互沟通，以渗流的形式涌入井筒，经过讨论决定采取溢洪井隧道壁后充填注浆，通过浆液充填和胶结围岩的空洞和裂隙，切断出水段与上部裂隙水的水力联系，在巷道的外围形成完整的注浆帷幕［3］，达到堵漏防渗加固的目的。

2 注浆施工

2.1 注浆方案

沿溢洪井隧道注浆段均匀布孔，在同一断面（2m×2m）钻孔埋设注浆花管，注浆孔与断面斜交打入，以增加浆液扩散范围和避免井壁破坏。眼排距2.5～3m，每排5个眼或7个眼，根据工程实际渗漏情况，选择不同的布孔方式（见图1）。按设计要求钻孔，采用风镐打眼，孔径30mm，孔深1.5m。孔口打好后应及时埋管，注浆管采用Ф25mm的无缝钢管加工而成，一头为外丝扣，一头为马牙扣，并打成花孔，注浆小孔1mm。埋设注浆管前，在马牙扣上缠上麻绳，用大锤打入钻孔内，然后用水泥水玻璃塑胶泥将注浆管和井壁之间的孔隙糊堵严密，粘结牢固。

图1 溢洪井隧道壁后注浆孔示意图Fig.1 Wall grouting behind hole in overflowing flood wells tunnel

2.2 注浆参数及材料选择

壁后注浆的实质是利用泵压将浆液充填到壁后较大空隙内，使破碎矸石胶结成一个整体，浆液充填微小裂隙，阻止井壁的风化和吸水软化，有效地将地下水含水层的涌水封堵于壁后；且浆液渗透到裂隙中使整体重新胶结在一起，起到了加固围岩的作用［4］。注浆材料主要采用水泥浆液，根据实际情况掺一定的水玻璃，用量为水泥用量的3%［5］；水灰比控制在0.5︰1至0.8︰1，注浆压力控制在2.5 MPa以内，以使浆液充分扩散开来，在壁后形成一个密闭圈，达到堵漏防渗的目的。

3 注浆工艺

3.1 工艺流程

注浆施工工艺流程见图2。

3.2 施工方法

图2 注浆施工工艺流程Fig.2 Grouting construction process flow diagram

按设计要求布置注浆孔，如图1所示，把注浆接头与注浆管露头外丝扣相接即可开始注浆，如图3。

注浆设备选择KBY－60／70液压注浆泵，如图4所示；注浆顺序纵向采用间隔注浆、同一断面由拱底向拱顶的顺序注浆、先注侧壁孔、后注顶部孔的原则。水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为0.5︰1至0.8︰1，注入时先稀后浓，每孔要连续注浆，注浆时当出现压力不升、进浆量不减时，应逐渐加大浆液浓差；反之，应降低。要对吸浆量和压力进行及时观测，发现异常立即处理。注浆压力大小取决于注浆孔静水压力、裂隙发育程度及井壁的实际承压能力，然而工程最大静水压力只作为注浆设备选择的依据，注浆设计不确定注浆初压、常压、终压及其保持时间，以满足浆液能够顺利注入的最低注浆压力为实际注浆压力［1］。该工程在通过实际压水试验及本着经济合理的原则，注浆压力选择控制在2.5MPa，同时注浆在拱顶中心角180°以内应确保注浆质量。

图3 注浆施工图Fig.3 Grouting construction

3.3 注浆结束标准

壁后注浆技术的目的是使井筒周围一定范围内形成效果较好的隔水帷幕，阻挡含水层水及裂隙水进入井筒，为此注浆结束标准为单个注浆孔内压力缓缓上升达到设计注浆终压时注浆孔不进浆，而且停止注浆一段时间后，打开孔口阀门不出水，若出水应继续注浆，必要时加大注浆压力以达到上述要求。

溢洪井隧道井内注浆段结束标准：隧道内注浆段含水层已无出水点，井壁无渗水现象。

3.4 注意事项

1）跑浆：注浆过程中发生跑浆、窜浆时，可采取缩短凝固时间，或在跑浆的裂隙中用木楔、麻线等物塞嵌或配合水泥—水玻璃塑胶泥封堵。必要时采用间歇方式注浆封堵围岩跑浆裂隙。停泵20～30 min，使水泥浆有一个停止流动、固化的时间，然后再次开泵注浆，如此反复进行，必要时加入粗砂、石渣、棉纱、水玻璃等充填大裂隙。

2）严格按水灰比进行浆液配制，参照相关试验研究，壁后注浆浆液应具备如下工程特性［6］：（1）具有良好的充填性，可控；（2）良好的和易性和流动性，离析少；（3）稠度，不易被地下水稀释；（4）稳定性好，不分层，满足长距离输送要求；（5）早期强度；（6）体积收缩率和渗透系数要小；（7）无公害，价格便宜。浆液的凝固时间要根据注浆孔的涌水量、井壁裂缝的大小、壁后的连通情况来确定。当注浆孔的涌水量大，凝固时间要长些，反之则缩短。凝固时间要通过水泥浆与水玻璃之间配比控制。注浆时要注意观察井壁、注浆泵及管路，若发生异常情况及时处理。浆液浓度现场配制。注浆泵在注浆前先进行空荷运转，并按设计进行打压试验。

3）控制注浆压力，注浆开始前先压力冲孔，了解地层特性。准确判断井壁涌水来源和水流通道是解决溢洪井隧道井壁渗漏问题的根本保证，经分析该溢洪井隧道井壁渗漏是由于岩层裂隙水与孔隙水相互沟通，以渗透的形式涌入井筒，为此采用壁后充填注浆的方式沿断面形成一个密闭圈，将地下含水层的涌水、涌泥封堵于壁后。注浆开始时应认真分析井壁渗漏情况，当井壁大面积渗漏，且无明显集中出水点时，应布置泄压孔泄压，迫使浆液向泄压孔方向扩散，以增大浆液扩散范围和避免井壁被破坏。

4）浆液的扩散方式与周围土质、施工工艺、浆液性质、注浆压力、地下水等多种因素有关［7］，可通过调整浆液浓度、添加速凝剂、间断式注浆等措施有效控制浆液的扩散半径。

5）每次注浆应确认注浆喷嘴处连接牢固，当停止注浆时方可拆除孔口管的连接装置，避免喷浆伤人；注浆结束后应立即用清水冲洗机器及注浆管，防止浆液残留凝固堵塞。