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大同市某變電站下伏采空區(qū)的注漿加固治理

2014-12-25 02:14:38
鉆探工程 2014年12期
關(guān)鍵詞:壓水孔口水泥漿

盧 鋒

(山西省地質(zhì)勘查局217地質(zhì)隊(duì),山西大同037008)

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司擬新建碾子溝110 kV變電站一座,面積約13000 m2。根據(jù)甲方提供的資料,擬建變電站區(qū)域存在采空區(qū),須對(duì)擬建場(chǎng)地影響范圍內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)勘查治理。

工程位于大同市西南約20 km處,大同煤田同忻井田東北部,屬大同市南郊區(qū)所轄;區(qū)域內(nèi)有多條簡(jiǎn)易公路互通,水源充足,便于勘察治理施工。

2 勘察情況

根據(jù)甲方要求,對(duì)擬建區(qū)域進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察,勘察結(jié)果顯示,該區(qū)域共存在3層采空區(qū),且處于擬建場(chǎng)地正下方。采空區(qū)上部裂隙帶明顯,局部形成冒落帶??辈煦@進(jìn)時(shí),局部掉塊、卡鉆,漏漿嚴(yán)重,巖體較破碎,鉆進(jìn)困難。

通過(guò)對(duì)所收集的資料,及鉆探確定的3層采空區(qū)進(jìn)行分析,對(duì)各采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),確認(rèn)第12號(hào)采空區(qū)為不穩(wěn)定場(chǎng)地,應(yīng)對(duì)本層采空區(qū)采取措施進(jìn)行加固處理。本場(chǎng)地地面標(biāo)高為1409~1410 m,12號(hào)采空區(qū)標(biāo)高1245~1205 m處。其余2層采空區(qū)位于標(biāo)高1150 m以下,且相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)擬建建筑物影響較小,故不進(jìn)行處理。

3 施工方案

根據(jù)勘察結(jié)論及擬建場(chǎng)地下部采空區(qū)穩(wěn)定性、周邊地質(zhì)情況,對(duì)擬建場(chǎng)地及其周邊100 m范圍內(nèi)的12號(hào)采空區(qū)進(jìn)行帷幕注漿加固,共計(jì)230 m長(zhǎng),200 m寬,約46000 m2。方案設(shè)計(jì)在注漿加固區(qū)四周邊緣設(shè)置帷幕墻,阻斷外部過(guò)水區(qū),隔斷擬建場(chǎng)地下部采空區(qū)與外部采空區(qū),防止跑漿,帷幕墻注漿孔間隔為10 m,鉆孔順帷幕線走向成單排孔線狀排列。內(nèi)部設(shè)置網(wǎng)狀注漿孔,全區(qū)域注漿,網(wǎng)格為20 m×20 m。帷幕底界確定在1200 m標(biāo)高。漿液擴(kuò)散半徑為8.0 m,段高控制在20~50 m。

本次工程設(shè)計(jì)了注漿鉆孔158個(gè),工作量33200 m,設(shè)計(jì)注漿量150000 m3。

4 施工技術(shù)措施

由于該區(qū)域地層“三帶”(彎曲帶、裂隙帶、冒落帶)明顯,裂隙、破碎嚴(yán)重,在施工過(guò)程中,容易遇到鉆孔施工困難、注漿管無(wú)法下放到位,注漿不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),使工程失敗。因此,在工程開(kāi)始初期,嚴(yán)把施工設(shè)計(jì)關(guān),制定了周密的施工組織設(shè)計(jì),施工中嚴(yán)格執(zhí)行,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),層層落實(shí)到位。

4.1 注漿鉆孔施工

鉆孔施工順序按照先施工外部帷幕孔,然后施工內(nèi)部加固孔的原則,按單雙號(hào)次序進(jìn)行。

4.2 套管連接與固定

(3)壓水、止?jié){合格后,采用0.8水灰比的單液水泥漿向管內(nèi)壓漿。

(4)固管注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):從孔口管外返出漿液;或孔口雖未返出漿,但孔口壓力已達(dá)1.0 MPa(漿站應(yīng)加管道消耗壓力)。

此時(shí)壓入一定數(shù)量的清水(壓入的水量應(yīng)不大于從孔口至孔底注漿管內(nèi)容積),候凝4 h后,向孔內(nèi)灌水至孔口,觀測(cè)套管內(nèi)水位下降速度,如果固管后水位下降速度不大于固管前水位下降速度,則固管合格,否則,應(yīng)重新注漿固管,直至合格。固管合格后,方可進(jìn)入注漿段鉆進(jìn)。

4.3 止?jié){與壓水試驗(yàn)

4.3.1 止?jié){與止水

下止?jié){塞是注漿工藝中的關(guān)鍵一環(huán),止?jié){塞下的好壞直接與注漿成敗、注漿質(zhì)量高低、工作效率有關(guān)。

(1)止?jié){塞的下法為下行式。

(4)下放止?jié){塞前首先檢查止?jié){塞管路是否暢通,絲扣絲桿是否完好,以防脫落,按順序安裝膠球、墊片、壓水軸承等。

(5)止?jié){塞加壓程度的判定:由孔口鉆桿下入的高度控制,壓力大小適中,使膠球膨脹,加壓后孔口下落鉆桿的高度控制在膠球長(zhǎng)度的20% ~30%,直到提拉有力為止。

(6)止?jié){塞的下放:慢速均勻,上緊每根鉆桿,如有卡阻人力緩慢正向轉(zhuǎn)動(dòng)下放,如有困難提出孔外,查找原因,掃孔,檢查止?jié){塞有無(wú)破損,然后再下到預(yù)定深度,人力正轉(zhuǎn),使之與孔壁擠緊。

(7)止?jié){塞下入的位置應(yīng)遵循下述2項(xiàng)原則:選擇井壁光整,巖石堅(jiān)硬完整孔段;下入的位置與上一注漿段重疊長(zhǎng)度≮5 m。

(8)檢查止?jié){塞是否下好的方法是:首先觀測(cè)止?jié){塞下好后套管內(nèi)水位,再向套管內(nèi)灌水至套管孔口,停止灌水,觀測(cè)套管內(nèi)水位下降速度,若下降速度≯0.1 m/min,則認(rèn)為止水效果良好。

壓水試驗(yàn)開(kāi)始后,套管孔口水外溢,否則應(yīng)重新下止?jié){塞(選擇理想位置或加壓)。

(9)止?jié){塞下好后,檢查注漿管路是否暢通,連結(jié)是否牢固,告知漿站記錄員壓水試驗(yàn)的孔段(孔段連續(xù)),以便漿站記錄員確定壓水、注漿壓力,注漿使用漿液種類(lèi)、濃度。

(10)孔口要有專(zhuān)人看護(hù)。

4.3.2 壓水試驗(yàn)

(1)正常情況下,開(kāi)泵后水泵壓力表會(huì)有指示,反應(yīng)出壓水試驗(yàn)中的壓力數(shù)值,此時(shí)應(yīng)作2個(gè)壓力點(diǎn),一個(gè)為最大泵量時(shí)的壓力值,一個(gè)為最大泵量壓力值的1/2,各做30 min。

(2)當(dāng)壓水開(kāi)始后,水泵壓力表無(wú)反應(yīng)為零,做30 min。

(3)當(dāng)壓水開(kāi)始后,水泵壓力表壓力很大,吸水量很小,壓水試驗(yàn)做30 min。

(4)當(dāng)壓水開(kāi)始后,無(wú)須開(kāi)泵便向孔內(nèi)倒吸時(shí),壓水試驗(yàn)便可不作,因?yàn)闊o(wú)法做出壓力,此時(shí)記錄下此種現(xiàn)象即可。

(5)將測(cè)得的壓力準(zhǔn)確記入《壓水記錄表》并及時(shí)計(jì)算出單位吸水量和滲透系數(shù),以便確定是否需要注漿、注漿壓力、注漿使用漿液濃度。

4.4 注漿

4.4.1 注漿材料與注漿方式

32.5普通硅酸鹽水泥;本地粘土;水玻璃模數(shù)2.5~3.4,Be=40~45°;粒徑0.5 ~1.0 cm 石子;過(guò)篩普通河沙,直徑≤5 mm;全部采用下行式注漿。

4.4.2 漿液類(lèi)型及使用條件

本次注漿目的是加固地基,要求注漿后形成的固結(jié)體具有一定的強(qiáng)度,對(duì)漿液的性能要求較高。因此,根據(jù)漿液的不同類(lèi)型,及其性能、適用范圍、固結(jié)強(qiáng)度,選擇了單液水泥漿、水泥-粘土漿、骨料砂漿為基本漿液,根據(jù)施工的不同需要,決定使用漿液類(lèi)型(見(jiàn)表1)。

表1 漿液類(lèi)型及使用條件

4.4.2.1 單液水泥漿

單液水泥漿是以水泥為主料,添加一定比例的附加劑,用水調(diào)制而成的一種漿液,主要用于固管(正常注漿)和空洞注砂石后的注漿段(特殊注漿)。單液水泥漿主要由水泥、水、食鹽和三乙醇胺配制而成。

固管漿液配比為0.8∶1,強(qiáng)度>10 MPa;特殊注漿漿液比例現(xiàn)場(chǎng)決定,強(qiáng)度>10 MPa。

4.4.2.2 水泥 - 粘土漿

水泥-粘土漿是近年來(lái)綜合注漿技術(shù)經(jīng)常采用的一種新型廉價(jià)注漿材料,主要由水泥和粘土構(gòu)成,用于防滲帷幕注漿和裂隙充填注漿,其具有流動(dòng)性好、穩(wěn)定性好、可注性好、防滲性好、韌性大、成本低等優(yōu)點(diǎn),是一種堵水和加固效果良好的材料。

水泥-粘土漿液配合比為:水泥∶粘土∶水=1∶1∶1.6,強(qiáng)度>4 MPa;根據(jù)實(shí)際需要,可在漿液中加入一定比例的附加劑或調(diào)整配合比來(lái)改善漿液性能。

4.4.2.3 骨料砂漿

骨料砂漿是將河沙、石子按一定比例配制,再加入水泥漿而成的漿料,主要用于采空區(qū)、較大溶洞及斷層與斷層交叉處的導(dǎo)水主通道中的注漿。

骨料砂漿的配合比為:石子∶河沙=1∶0.8(體積比)。骨料砂漿的使用依據(jù):一是鉆探中發(fā)生有“掉鉆”現(xiàn)象;二是壓水時(shí)水泵不起壓,有倒吸水現(xiàn)象;三是吸漿量很大,久注不起壓。

4.4.3 注漿方法

本工程采用單液水泥漿進(jìn)行正常固管注漿;水泥-粘土漿進(jìn)行帷幕防滲、裂隙充填注漿;骨料砂漿加水泥漿進(jìn)行采空區(qū)及溶洞充填注漿。遇裂隙、破碎地層可采用單液水泥漿或水泥-粘土漿并控制漿液初凝時(shí)間和擴(kuò)散范圍進(jìn)行注漿。

4.4.3.1 正常注漿

選擇合適的漿液類(lèi)型,進(jìn)行漿液制備,按照確定的注漿段進(jìn)行注漿。正常注漿時(shí),隨著注漿量的增加,孔口壓力表壓力值從無(wú)到有,由小變大,逐漸升高,并最后達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,吸漿量也同時(shí)會(huì)逐漸減少,最終達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),再繼續(xù)注入30 min后,無(wú)異?,F(xiàn)象,停止注漿。

4.4.3.2 特殊注漿

本工程特殊注漿是針對(duì)特殊孔段的注漿。即采空區(qū)、大裂隙、大溶洞。特殊孔段注漿方法主要是骨料砂漿注漿。即加入適當(dāng)骨料,再進(jìn)行水泥砂漿注漿。

骨料砂漿的注漿方法是:先下骨料再注入單液水泥漿,根據(jù)下入骨料多少和空洞大小決定采取何種方式和材料,以及何種配比。因?yàn)楦鞣N漿液的配比不同,其初凝時(shí)間跨度很大,從幾十秒到幾小時(shí)不等,需現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)決定。

下骨料時(shí)必須提出止?jié){塞,孔口接一漏斗再下入注漿管,注漿管下至離孔底1 m左右;注漿管應(yīng)與鉆機(jī)立軸合齒,以備下骨料堵塞時(shí)便于轉(zhuǎn)動(dòng)注漿管;骨料用少量清水(或稀漿)沖下;每隔5 min開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次,轉(zhuǎn)動(dòng)注漿管,借鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的作用撥動(dòng)停留在鉆孔半路的砂子、石子,每隔10 min提動(dòng)一次注漿管,測(cè)定骨料堆積高度;如上升高度>1 m,應(yīng)停止注骨料,轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿,加大注漿量,再次提動(dòng)鉆桿測(cè)高,決定是否繼續(xù)投入骨料。當(dāng)注入骨料高度超過(guò)空洞或?qū)ǖ理敯甯叨?.5~1.0 m時(shí)開(kāi)動(dòng)鉆機(jī),轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿,直至砂面不再下降確認(rèn)骨料頂面高度確實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),停止下骨料,重新下止?jié){塞,再次按正常方法注漿,直到達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4.4.4 質(zhì)量控制

4.4.4.1 原材料的質(zhì)量控制

主要原材料為水泥和粘土。進(jìn)廠前查驗(yàn)合格證,嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品。專(zhuān)人負(fù)責(zé)定期抽查批次合格證。

4.4.4.2 注漿漿液的質(zhì)量控制

嚴(yán)格按配比進(jìn)行漿液的配制,標(biāo)定加料量不得隨意更改。每班每孔段都要有漿液測(cè)試記錄,試塊制作由技術(shù)人員下達(dá)指令,漿站記錄員負(fù)責(zé)制作、登記、養(yǎng)護(hù)。各種注漿記錄真實(shí)、完整、齊全、規(guī)范。

4.5 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及采取的措施

4.5.1 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

(1)單液水泥漿在注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)單位吸漿量偏大,壓力偏小,存在漿液不凝固現(xiàn)象,注漿量較大,超出預(yù)計(jì)值30%左右。

(2)骨料砂漿注漿時(shí),骨料下放出現(xiàn)堵孔情況,按照設(shè)計(jì)的方法處理效果不明顯。

4.5.2 采取的措施

(1)帷幕單液注漿調(diào)整了漿液的水灰比。正常注漿由原來(lái)的0.8調(diào)整為0.7,初始注漿調(diào)整為1.33。采用先稀后濃,逐步變濃的方法進(jìn)行注漿,注漿結(jié)束時(shí),采用濃漿結(jié)束法。

(2)采用間歇注漿,并調(diào)整注漿液的濃度和比例,增加1%的附加劑,以縮短其凝膠時(shí)間,減少漿液流失,提高注漿效果。

(3)將骨料砂漿的配合比調(diào)整為1∶1,增加了河沙的比例,保證了骨料砂漿的流動(dòng)性。同時(shí),對(duì)骨料粒徑進(jìn)行了嚴(yán)格篩選,保持在孔內(nèi)環(huán)狀直徑的1/4左右。

(4)改進(jìn)了操作工藝,保持上料均勻,沖水量適當(dāng);注漿管底部的透漿孔由4個(gè)增加到6個(gè),直徑為20 mm,保證了漿液能把骨料迅速擴(kuò)散到空洞四周。

5 結(jié)語(yǔ)

在整個(gè)施工過(guò)程中,由于正確的選擇了采空區(qū)的治理方法,嚴(yán)格的執(zhí)行了施工組織方案,對(duì)發(fā)現(xiàn)的特殊問(wèn)題及時(shí)采取了對(duì)應(yīng)措施,取得了良好的效果,保證了施工的順利進(jìn)行,使施工工程得到了圓滿完成。通過(guò)本次治理工程的實(shí)施,探討了采空區(qū)注漿加固治理工程設(shè)計(jì)和施工理念,總結(jié)了施工過(guò)程中各種問(wèn)題的解決方法和成功經(jīng)驗(yàn),拓展了類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)思路,也為今后的施工打下了基礎(chǔ)。

[1] 長(zhǎng)江水利委員會(huì)三峽勘測(cè)研究院.水利水電工程勘探與巖土工程施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2002.

[2] DZ/T 0227-2010,地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程[S].

[3] JGJ-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 時(shí)戰(zhàn)峰,王振福.黃陵礦業(yè)公司運(yùn)煤專(zhuān)線沉陷治理方案設(shè)計(jì)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(30):66 -70.

[5] 崔志盛,趙凱,龔建伍.公路隧道下伏采空區(qū)施工影響數(shù)值模擬分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(7):76 -79.

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