浅谈帷幕注浆在尾矿库山体防渗治理工程中的应用

魏晨曦

（铜陵有色矿产资源中心，安徽 铜陵 244000）

1 尾矿库基本概况

安徽境内某尾矿库南侧山体发生了尾矿水渗漏事件。渗漏出水点距离尾矿库南侧山体约1km，库内水位标高在+110m左右，出水点标高在+43m左右，渗漏量在450m3/h～500m3/h。

2 尾矿库场地地层条件

库区出露的地层为三叠系中统南陵湖组（T2n）和分水岭组（T2f），其岩性主要为薄—中厚层状大理岩。岩脉均作北西向分布，其岩性主要为花岗斑岩脉、闪长斑岩岩脉，受平推小断层组及裂隙控制，走向45°，切割北西向岩脉。场地水文地质条件简单，地下水主要有二种类型：第一类为赋存于残坡积土中的上层滞水，其补给来源主要为大气降水及地表散水。第二类为赋存于下覆基岩岩溶裂隙承压水。

3 治理方案

治理方案采用帷幕灌浆防渗，治理分区进行。每区先施工地表抬动观测孔，孔距50m，孔深以相邻灌浆孔计。再施工灌浆孔。后续灌浆孔先施工下游排灌浆孔，后施工上游排，每排孔按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，Ⅲ序孔的序次进行施工。检查孔待灌浆孔全部施工完毕后进行。

4 钻孔施工

4.1 灌浆孔施工方法及设备选用

（1）灌浆孔施工方法。为保质、保量和按时完工，可选取气动潜孔锤无芯钻进成孔工艺，它具有钻进效率高、钻孔质量好等优点，开孔钻入基岩1.0m后，下入地质钢管作为孔口管，然后用0.5:1的浓水泥浆进行固管止水，并检查止水效果。孔口管埋设之后，分段钻进分段压水、灌浆。灌浆孔施工过程中要密切注意防止钻孔偏斜。

（2）设备选用。①钻进设备选用潜孔锤钻机无芯钻进，配大型空压机，检查孔及先导孔要取芯编录，采用液压勘察钻机。②液压勘察钻机钻进用泵采用泥浆泵，冲洗液为清水。

4.2 灌浆钻孔施工技术要求

（1）钻机安装要平稳、对正、连接螺纹要牢固，桅杆和立轴中心与孔位中心、天车中心在同一条直线上，孔位偏差小于20cm。

（2）开孔钻至基岩1.0m，下入套管，并用0.5：1的浓水泥浆封固牢靠，待凝48小时，确保套管底部和周围用水泥固结好，以防止基岩灌浆时，浆液通过套管底部及外围进入第四系或冒出地表而无法加压灌注浅部岩溶。

（3）灌浆孔采用潜孔锤无芯钻进，先导孔、检查孔回转清水钻进，不得使用泥浆。

（4）钻孔偏斜度：换径位置或地层破碎、岩性变化大的部位应加密测斜，最终孔底偏差小于1m。测量方式为点测、直读。顶角测量精度为±0.1°，分辨率0.01°，方位角测量精度为±4°（顶角1°～5°）。遇特殊情况下加密测斜，如果发现孔斜超标立即进行纠斜。

（5）灌入浆液初凝后应及时扫孔，减少重复钻进，提高成孔率，减少偏斜。

（6）做好钻孔简易水文地质观测工作，按回次或每班至少应观测地下水动水位和钻孔冲洗液消耗量一次，钻孔终孔或遇裂隙溶洞漏水应停钻观测地下水静止水位。

（7）为了获得钻孔岩石的透水性资料，所有钻孔均须自上而下分段做压水试验，根据钻探实际情况可适当调整。压水试验采用单点法，试验压力取相应深度注浆压力的80%，或孔口压力表的表压值不大于1MPa，段长第一段2m，第二段3m，以下各段5m。

5 灌浆施工

灌浆孔施工采用从上至下分段施工，分段压水灌浆，灌浆方式采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆或采用纯压式灌浆施工方式。

5.1 钻孔冲洗

当决定钻进孔段需灌浆时，必须立即进行钻孔冲洗工作，钻孔冲洗的目的是清除钻孔中的残留岩粉和岩石裂隙中所充填的粘土杂质等物质。冲洗结束的标准为：回水管的水洁净后再延续10min，总冲洗的时间不少于30min，对个别特殊情况还要增加冲洗时间。

5.2 压(注)水试验

压(注)水试验的目的是为了了解注浆孔各灌浆段岩层的透水性，以确定浆液配比，是选择初始注浆浓度的依据。除钻探揭露岩溶洞穴和宽大强透水岩层外均须进行压(注)水试验。试验采用孔口封闭或孔内胶塞止水封闭的形式，进行单点式压水试验，压力表安装在孔口，流量观测采用灌浆自动记录仪自动计量。试验压力取灌浆压力的80%。

5.3 灌浆材料

灌浆的主要对象为裂隙岩溶含水层，构造破碎带裂隙含水层，对空隙裂隙弱含水层可采用水泥浆注浆，对于大溶洞裂隙含水层，如果灌浆量较大时，可采用水泥～膨润土混合浆。浆液的配比及物理力学试验在现场通过试验确定。

水泥：注浆水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥细度要求为通过80μm方孔筛筛余量不大于5%，所用水泥必须为无结块的新鲜超细水泥。不合格水泥不能使用。

5.4 注浆施工工艺及有关技术要求

5.4.1 注浆工艺流程

制浆站制备好的合格浆液，通过注浆泵注入相应的孔段，并通过灌浆自动记录仪进行灌浆记录。

5.4.2 灌浆方式

本工程拟采取如下灌浆方式：采用孔口封闭，孔内循环，自上而下分段或纯压式注浆。灌浆段长第一段2m，第二段3m，以下各段5m先灌下游排，后灌上游排，注浆过程的观测和记录采用灌浆自动记录仪，灌浆结束后，自动打印出灌浆成果（流量、压力、注入量）。

5.4.3 灌浆加固主要技术参数及施工技术要求

（1）灌浆压力。灌浆压力是浆液扩散的动力，是判别浆液在岩土、石裂隙中充填扩散挤密过程是否正常的主要依据。灌浆压力随着灌浆孔周围浆液的扩散、沉析、充填压裂等情况的变化而随时变化，一般分为以下三个压力阶段，并按下面三个阶段控制。灌浆初期压力P初：灌浆初期，浆液浓度相对较稀，过水的溶洞裂隙处于开放状态，因而对浆体的阻力小，浆液扩散相对远，所以初期的注浆压力不宜过大，通常不超过注浆段静水压力的一倍，最终灌浆压力根据现场灌浆实验确定。过程压力：过程压力出现在灌浆过程的中期，这个时期压力的作用是使浆液在岩溶、裂隙中逐层的充填、扩散，浆液浓度加大，粘度提高，灌浆层过水断面减小，随之压力不断升高，因而过程压力不是一个定值，而是随时间在初期注浆压力到注浆终压之间的一个变化量。灌浆终压：灌浆终压出现在注浆末期，是灌浆的结束压力。影响灌浆终压的因素很多，如灌浆岩层岩溶裂隙的发育程度和充填程度、灌浆材料的种类、受注地层的深度、加固体的抗渗指标等。

（2）灌浆段长。由于灌浆孔较浅，为确保加固渗漏防渗效果。灌浆段高按以下方式划分：①在第四系地段，遇土洞即停钻注浆，没有土洞时，第四系作为一个灌浆段长，钻孔进入基岩面就开始对第四系地段灌浆。②基岩则视岩溶发育情况而定段长第一段2m，第二段3m，以下各段5m。③遇到高度大于0.2m的溶洞时应立即停钻灌浆，不受灌浆段高的制。

5.4.4 浆液浓度的变换

岩石灌浆一般采用先稀浆，后浓浆，逐级加浓的原则进行浆液浓度变换。关于初始浓度的选择已如前述，一般在裂隙注浆连续30分钟不见升压就应及时调浓一级，在出现起压迹象的情况下适当延长持续灌浆时间。

遇到溶洞、大裂隙，孔口无返水的注浆段，开始即采用初始浓度较大的浆液，若灌浆30分钟后仍不起压时，则改用浓一级的浆液或加速凝剂，当采用最浓浆液仍不起压时，则采用间歇灌浆，间歇灌浆一次灌浆约为30m3，间歇时间为浆液初凝以后，终凝以前(不少于1小时)，必要时可进行孔口投粗骨料(如碎石、稻草、海带丝、黄豆、粗砂、谷壳等)。

当孔口部分返水时，应注意下面两种情况：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。②当某一比级浆液的注入量已达3m3～5m3以上或灌浆时间已达40分钟，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。

5.4.5 灌浆结束标准

灌浆结束标准对注浆质量起控制作用，掌握好注浆结束时机，既可以使灌浆达到设计要求，取得比较好的堵水效果，又可以节约工程费用。一般在灌浆过程正常进行的前提下，可依据下述两点结束灌浆：①小于10L/min时，稳压20分钟～30分钟。②灌浆完毕后，进行扫孔冲洗，再进行压水试验，单位吸水率q小于5Lu时，即可认为达到结束标准。

5.4.6 灌浆孔封孔

钻孔最后一段达到灌浆结束标准后，应采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔。全孔灌注完毕，先采用导管灌浆法将孔内余浆换置成水固比为0.5:1的水泥浆。此时应观测孔口回浆管返出的浆液的浓度和比重，当孔口返回浓浆，而后将注浆导管提到孔口，继续使用浓浆进行纯压式灌浆封孔。封孔压力可使用最大灌浆压力，灌浆持续时间应不小于30分钟。封孔结束孔内浆液终凝后还可能有一定的空孔段，对空孔段应用水固比0.5:1的浆液回填饱满。

6 结语

通过帷幕注浆前后渗漏量的比较，渗漏量明显减少，可以判断治理效果比较理想，堵水效果比较明显，起到了阻断尾矿库库内和瓦窑山溶洞渗漏点之间的水力联系，切断渗漏通道的作用，达到设计预期目标要求。