铁路多层采空区注浆封孔工艺探讨

孙忠尧 王清秋

(1.东平铁路有限责任公司，山东济南 250022; 2.中铁济南工程技术有限公司，山东济南 250022)

随着地下煤层的不断开挖，采空区上覆岩层顶板断裂、破碎而冒落延伸到地表后，造成地面拉裂、塌陷、倾斜等不良地质现象，严重影响着铁路的建设与安全运营，必须对采空区进行治理。注浆压力的大小将决定浆液的扩散半径和充填、压密效果，注浆压力大，浆液扩散距离远，空隙中浆液充填的程度较高［1，2］，所以良好的封孔工艺能提供足够的注浆压力，确保浆液扩散距离，以达到良好的治理效果。

1 工程概况

新建东平铁路在东都镇经沈村矿区，DK1+480～DK3+522地面下有多层、富水、煤层采空区分布，其中DK2+530～DK2+590为断层保护煤柱，线下空间上分布4层～5层复杂采空区，采空区变形引起地面多处塌陷、不均匀下沉及房屋变形，对东平铁路工程的建设和运营安全产生严重影响，设计采用自上而下逐层注浆，然后复钻至下一层采空区进行注浆的方法对采空区进行治理，遇见较大空洞时充填粗骨料，注浆终止压力为1.0 MPa。沿铁路线方向该采空区各煤层采空区情况统计见表1。

表1 各煤层采空区情况统计表

根据施工经验，采空区注浆压力过大时引起注浆管封孔失效，易出现从孔口周边返浆、注浆压力加不上去等问题;同时如采用塑料管作为注浆管，复钻时将破坏已经浇筑的注浆管，后续注浆时需要在钻至下一层采空区后重新浇筑，不仅浪费材料，而且延误后续施工，因此必须对封孔工艺进行完善。

2 封孔工艺现场试验情况

钻孔完成后，封孔是注浆施工的一道关键工序，封孔质量对注浆质量和实现参数的控制等有着重要影响，当采用似法兰盘简易止浆时，注浆前发生塌孔或堵孔需要扫孔时，施工难度非常大［2］。使用时常见的封孔方法有以下几种。

2.1 封孔深度的确定

该区域上部覆盖约10 m厚的第四系土层，土岩界面处主要为砂类土、少量为薄层粉质粘土，砂类土孔隙率较大，是浆液扩散的良好通道，浅层扩散且上覆土层较薄，容易引起较小压力下地面开裂、隆起，或在孔口附近发生返浆，不能达到既定的注浆压力，现场对注浆管进入基岩1.0 m，3.0 m和5.0 m进行了试验，根据对比注浆管进入完整基岩1.0 m由于基岩面存在一定的裂隙，浆液容易沿着裂隙进入第四系土层而在较小压力下发生开裂、隆起或返浆问题，而进入基岩3.0 m和5.0m时封孔效果良好，因此注浆管浇筑深度为进入基岩不小于3.0 m。

2.2 注浆管的选取

由于该采空区存在较大空洞，设计中采用浆液充填粗骨料的方法进行处理，较小的注浆管容易被粗骨料堵塞，为方便添加粗骨料，注浆管直径不小于90 mm，根据施工经验，如采用塑料管作为注浆管，复钻时将破坏已经浇筑的注浆管，后续注浆时需要在钻至下一层采空区后重新浇筑，不仅浪费材料，而且延误后续施工。因此现场使用直径为91 mm、壁厚不小于2 mm的钢管作为注浆管。

2.3 封孔材料及方法的选取

根据经验，常见的封孔方法有以下3种:

1)粘土封孔。粘土具有一定抗剪强度，粘土球从孔口投入后，捣实后不透水，封闭位置较深，但由于粘土与岩土层和注浆管的粘结强度低，不能满足既定的注浆压力，最大仅为0.6 MPa，且复钻时，受机械设备的振动等影响导致封孔失效。

2)浓水泥浆封孔。浓水泥浆封孔可分为先安放注浆管再用浓水泥浆置换孔内的泥浆和先用浓水泥浆置换孔内泥浆然后安放注浆管两种方法，前者置换时，水泥浆管只能放在注浆管内或注浆管外侧，受注浆管影响，管内、外泥浆不易置换彻底，置换时间较长，且由于置换不彻底封孔效果较差。后者置换时可以全孔返浆置换，封孔效果较好，最大注浆压力可达到1.5 MPa。为缩短凝固时间，可在浓水泥浆液中加入适量的水玻璃。

3)水泥砂浆封孔。水泥砂浆封口，由于注浆管与岩土层之间空隙较小，水泥砂浆不能较好地塌落到孔底，因此采用孔周挖坑灌注水泥砂浆的封堵工艺，尺寸要求:直径1.0 m，深度1.0 m，经试验，加压值达到0.3 MPa～0.5 MPa时就出现孔周冒浆的现象，因满足压力值太低，孔底入岩深度处未予封闭故浆液直接由上覆第四系地层中裂隙渗透而出，不能达到预期的封堵效果。但当注浆孔内不加粗骨料而使用直径较小的注浆管、注浆管与岩土层之间空隙足够大时，采用水泥砂浆效果良好，且凝结时间大大缩短。

3 结语

1)为确保注浆过程中不发生地面开裂、隆起，或在孔口附近返浆等问题，且注浆压力能达到设计值，注浆管需进入基岩不小于3.0 m。2)为保证注浆时能从注浆管内顺利添加粗骨料，开始注浆时采用自流注浆，以便添加粗骨料，且注浆管直径不小于90 mm。3)经过大量加压孔的现场试验确定采用浓水泥浆封孔工艺时封孔效果较好，施工方法简单易操作，终注时的压力值一般在 1.2 MPa ～1.3 MPa，最大可达到 1.5 MPa。

［1］河南高速公路发展有限公司.高速公路下伏采空区治理工程——勘察设计、施工、监理、招投标［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］童立元.高速公路下伏采空区危害性评价与处治技术［M］.南京:东南大学出版社，2006.

［3］山西交通厅.高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册［M］.北京:人民交通出版社，2005.