矿山法隧道止水帷幕注浆钻孔施工控制关键技术研究

矿山法隧道止水帷幕注浆钻孔施工控制关键技术研究

蒲荣宇

中铁二十一局集团有限公司 甘肃 兰州 730000

摘要：帷幕注浆是指在一定的压力下，将准备好的浆料注入岩石裂缝。经过一段时间后，水泥浆料固化，既能起到阻水的作用，又能起到加固作用，使岩石的强度得到明显的改善，使上部结构的稳定性得到了保障。在隧道工程中，隧道开挖深度大，线路长，存在着软弱围岩、岩层破碎等特殊地质问题。在此背景下，采用帷幕灌浆技术，能在短时间内大幅度提高岩石的强度，从而为隧道的施工提供了良好的条件。在帷幕注浆加固工程中，必须严格控制钻孔深度、注浆压力和注浆量。通过严格的施工管理，使帷幕灌浆技术能够更好地发挥其优越性，从而确保高质量地完成施工任务。

关键词：矿山法；隧道止水帷幕；注浆钻孔技术

1超前帷幕预注浆技术在隧道施工中应用的相关内容

1.1注浆机理分析

超前帷幕注浆主要是沿施工项目开挖的剖面，依据轴线辐射情况，设定孔位，并与间隔标准井眼相结合，采用注浆泵装置，将已布置好的浆料沿注浆孔送入地层裂缝，并由浆体材料进行注水裂缝的灌浆；为防止裂缝中微粒的流失，造成溶洞隧道工程结构渗漏，提高了岩体原有的渗透能力，提高了周边破碎块、软弱夹泥层的加固效果，从而达到设计要求。在隧道周边及开挖前建立预补强区及堵漏帷幕体系，降低隧道渗透率，提高隧道的稳定性和施工安全性。

1.2注浆材料及设备的选用

在隧道工程中，溶洞的充填介质是以粉质粘土、泥质粘土、块石、碎石为主，溶洞部位含水量较高，岩层内有水流，并存在一定的水压。选用双液浆，选用P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥和超细水水泥，具有很高的早期强度，并与水玻璃快速凝结，隔离裂缝水。采用水平散装水泥罐体一体化自动制浆装置，注浆装置为高压双液注浆装置；确保压强满足设计要求，使泥浆浆液劈裂泥砂层，挤压孔隙层。

2超前帷幕预注浆工艺

2.1止浆墙

采用C30混凝土浇筑的帷幕灌浆，墙体厚度为2米。为了确保止浆效果和井眼施工，必须一次性浇注。为了保证止浆墙的稳定性，在工作面上采用Φ22砂浆锚杆，并保证锚杆的间隔1.5米*1.5米，并在止浆墙上浇注1m以上的外露锚杆，并埋入岩层深度不少于3m。

2.2布孔和开孔

在进行钻孔作业前，按照设计图纸进行孔位、孔数和孔径的设置。溶洞帷幕注浆设置5环注浆孔、8个检查孔。在止浆壁上设有5个环注浆孔，环和环间隔40厘米。在终孔剖面上，在基坑轮廓线外侧5米处设有3个环形注浆孔，在剖面轮廓内设有2个环形灌浆孔，并与轮廓线相邻。在已有的洞室帷幕灌浆中，采用两端相向施工，两侧的钻孔灌注桩间距为5米。钻孔直径90毫米，钻孔用110毫米钻头钻进止浆墙2m，在开孔时，对各孔的开角进行严格的控制，将φ108管并入孔内。在安装之前，将钢管一端焊上法兰盘作为接头，将麻索缠绕在钢管的外侧，以增大与孔壁的摩擦力，从而避免浆液渗漏。

2.3钻孔

钻孔工序要按设计图纸和施工项目的具体条件进行，在钻孔的过程中，要按注浆孔的长度、角度、孔径等的规定进行钻孔，孔处孔环向间距控制在1.5米左右，最终孔处孔环向间距控制在3米以内，并以纵向方式施工，各端部的灌浆长度控制在25m以内；搭接长度控制在5米以内，每个端部钻孔88个。在钻完后，及时进行灌浆，首先是周边孔，后内环孔，先有水孔，后无水孔，必须跳孔施作，以避免发生串浆。

在钻井过程中，要随时注意钻机振动频率、振幅、速度、孔口出土岩性、地下水渗透等。在软硬岩区，钻机抖动较大，必须降低速度，降低进给力；钻井速度异常缓慢，甚至有卡钻，有可能进入破碎区或泥中碎石，必须停止钻孔，等注浆结束后再进行扫孔；通过对孔口出土样品的分析，确定目前的钻井参数，如果是石屑，则地层稳定，如果是粘土，则会进入溶洞的溶槽充填区，应加强注意，放慢钻井速度；当钻孔中有地下水时，根据水流的大小，可以选择继续钻井、减速钻井或停止钻井。特别是要特别留意钻进速度异常，有可能进入溶洞的情况下，要立即停止钻井，并及时注浆；防止钻头钻杆掉落到空洞中。

2.4制浆

针对溶洞充填特性和涌水条件，采取了常规水泥双液浆与超细水泥浆混合浆的混合工艺。在生产浆液之前，必须确定浆液的配置、搅拌时间、浆液密度；通过实验确定了流变参数、初凝时间、终凝时间和水泥石的物理机械性能，确保了从拌和、运输、施工到凝结后各阶段均能达到工程要求。

双液浆混合使用了水平散装贮箱一体化的全自动制浆系统，其储存、输送、拌和、都是一体化的，确保了浆料从拌和到入孔的各个环节都能保持质量的稳定。将混合好的浆液输送到一个高压双液喷嘴，再将水玻璃注入喷嘴，两种浆液在喷嘴内融合，形成双液浆，再加压排出。

2.5注浆

帷幕注浆可分为回向灌浆和分步推进灌浆两种。隧道施工的特点是岩溶充填和地下涌水，必须采取分段推进的灌浆方式，根据成孔的效果，在遇到破碎带卡钻、充填区塌孔或大涌水量的情况下，应立即停止钻进，并在泥浆固化后进行现场扫孔；再注浆，再进行钻孔，直至达到设计深度，最后注浆。

(1)在注浆时，要注意压力表的变化，并参考设计的压力。如果压力超过一定的时间，或者注浆量过多，没有达到设计要求，就要立即停止注浆，检查有无跑浆、串浆现象；如果压力值骤然上升，应该仅注入清水，如果没有降低，应该检查管道有没有阻塞。

(2)灌浆结束后，检查灌浆区域内有没有涌水、涌泥，并在一定的时间内检查有没有塌陷。通过对所获得的样品进行评价，判定其取心率、芯材强度是否符合规定。

2.6特殊情况的处理

在帷幕注浆加固工程中，存在着钻孔串浆、注浆压力长期不升高等问题。施工单位要针对不同的问题，采取相应的对策，以保证工程的顺利进行，并提高工程的质量。本文以灌浆压力不升高为例，其主要原因是由于浆料浓度过低，或灌浆压力过低。所以，当现场工人观测到注浆压力在10分钟内没有发生明显变化时，应对浆液浓度进行检测，若过稀则应调整浆料的配比；为了提高浆料的浓度，增大水玻璃的配比。当浆料浓度适宜时，应考虑是由于压力不足，应将注浆装置压力调高，待注浆压力稳定升高后再进行处理。

3超前帷幕预注浆的延展措施及研究

矿区地质环境地质构造复杂，岩溶洞穴等隐蔽构造，给采矿带来了困难。采用帷幕灌浆技术可以有效地解决这一问题，采用高强度水泥作填料，在矿山中形成一道围护屏障，能有效地阻断矿山内、外水的流动，从而确保矿山的正常运行。矿山帷幕注浆是一种很有实践意义的技术，在矿山开采过程中，必须加强对工程技术的分析，掌握其使用要点，加强钻孔、注浆、止水等方面的检查，严格按照规范进行处理，从而提高帷幕注浆的质量和效果。

3.1超细水泥材料的使用对粉细砂地层加固的补充作用

由于常规水泥混凝土在低透水层中的扩散半径很难达到预期的效果，所以在应用超细水泥材料进行劈裂扩散注浆法时，可以有效地提高粉细砂的渗透性。这主要是因为超细水泥的模度细数较低，对粉细砂层具有较强的渗透性和劈裂性，而在较高的压力下，可以达到较好的固结性和完整性。因此，在工程建设中，建议选用符合标准、性能符合要求、规格合格的超细水泥浆，并引入特种材料，保证对对应的复杂地层进行高质量的加固。

3.2双液浆带水注浆的时效性研究

建议在施工中，根据现场情况和施工条件，合理地调配出不同的材料和比例，以确保每一种材料的质量和比例符合标准，并根据施工现场的实际情况，选用符合标准的材料。

在静态条件下，双液浆可以形成团块，固化时间短，实验结果表明，良好的浆料配合比能保持3个月左右的固化；保证灌浆后的围护层具有足够的强度和质量。为确保施工进度和施工进度与施工规范相一致，提前帷幕灌浆技术已达到了地层加固和止水帷幕的基本要求。

结论

在隧道建工程中，各种复杂的地质情况时有发生。在这些问题中，岩石破裂会使地基承载能力降低，从而对隧道的安全运行产生不利的影响。所以，在隧道工程中，应采取有针对性的措施进行地基的加固。帷幕注浆是一种较为常见的对岩层及软弱围岩进行加固的方法，在一定的压力下，将所制得的泥浆注入到裂缝中，待泥浆固化后，既能起到加固岩层又能防止渗漏的作用。为顺利完成高质量施工打下了坚实的基础。

参考文献：

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