双重管高压旋喷注浆工艺在第四系地层竖井施工中的应用*

杨秋明　肖益盖　孙国权

(1.芜湖和成矿业发展有限公司，2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，3.金属矿山安全与健康国家重点实验室)



双重管高压旋喷注浆工艺在第四系地层竖井施工中的应用*

杨秋明1肖益盖2,3孙国权2,3

(1.芜湖和成矿业发展有限公司，2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，3.金属矿山安全与健康国家重点实验室)

摘要某铁矿副井所处位置第四系厚约20.8 m，主要由深黄色黏土、砂砾层、灰色高岭土夹碎石组成。为了保障井筒掘砌施工安全，采取双重管高压旋喷注浆工艺进行预处理，通过布置2排高压喷射孔的方式进行注浆，为延缓水泥浆液沉降时间，在硅酸盐水泥中添加3%水泥重量的200目膨润土和3%膨润土重量的碳酸钠。通过高压喷射注浆对第四系地层进行固结和防渗处理，井筒掘进施工过程中未发生渗水和坍塌现象，顺利通过第四系地层。

关键词第四系双重管高压旋喷注浆防渗墙

某铁矿副井所处位置水文地质条件复杂，工程地质条件中等，给井筒开拓造成极大的难度。根据检查孔揭露，第四系松散层厚20.8 m，岩性主要为上部深黄色黏土，中部砂砾层，下部灰色高岭土夹碎石，其中黏土1层，厚5.20 m，占25%；细砂层2层，厚6.40 m，占30.77%；高岭土夹碎石2层，厚9.20 m，占44.23%。砂砾石层与下伏龙门院组强含水层有一定水力联系，相互补给，井筒掘进时渗水影响施工，且容易出现垮塌。为了保障井筒的掘进安全，采用双重管高压旋喷注浆工艺对竖井第四系地层进行预处理。

1高压旋喷注浆施工工艺

矿山第四系覆盖层竖井施工采用双重管高压旋喷注浆工艺，工艺流程见图1。

根据工程地质条件及矿山施工技术要求，高压旋喷桩径应达到0.8 m，主要工艺参数见表1。

2高压旋喷注浆施工方法

2.1注浆孔施工

布置2排高压喷射孔，排距为0.5 m，孔距为0.6 m。内排孔距井筒中心4.35 m，共46个孔；外排孔距井筒中心4.85 m，共51个孔。高压喷射作业分2道工序施工，高压喷射孔及施工作业工序见图2。

图1　双重管高压旋喷注浆施工工艺流程

压气压力/MPa浆液压力/MPa流量/(L/min)喷嘴孔径/mm注浆管外径/mm提升速度/(cm/min)旋转速度/(r/min)0.72280～1202～342或451820

2.2浆液制备

高压喷射注浆材料选用PO42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量按土体的20%设计,200 kg/m，损失系数取0.1，预计水泥总用量为320.1 t。为延缓水泥浆液沉淀时间，在硅酸盐水泥中添加膨润土和碳酸钠。膨润土加入量为3%水泥的重量，细度要求为200目，碳酸钠加入量为3%膨润土的重量[1]。

注浆浆液一律按试验选择的最优配合比配制(表2)，误差严格控制在5%之内；制浆材料采用质量法称量，注浆浆液水灰比一般要求控制在(0.8∶1)～(1∶1)，浆液密度不小于1.5 g/cm3；使用高速搅拌机，搅拌时间不少于30 s；对于水泥浆液制备至用完的时间，当环境气温<10 ℃时，不超过5 h；当环境气温10 ℃时，不超过3 h[2]。

图2　某竖井第四系地层高压旋喷注浆孔平面布置

表2　单位体积浆液配合比

3高压喷射注浆施工过程

3.1开喷前准备工作

钻孔经验收合格后，高压喷射施工前，要做好以下准备工作：

(1)喷射管长度根据注浆孔的深度计算，并检查注浆管路的畅通情况、密封性能等是否良好。

(2)为了观察水、浆的喷射情况，在进行每孔注浆前，应对喷射管总成进行地面试喷，检查是否符合设计要求。

(3)检查喷射管下入注浆孔的深度，下入孔底的喷射管长度与实际钻孔深度的差值必须不大于0.1 m，如未达到设计深度，按照设计要求重新扫孔。

3.2高压旋喷作业

准备就绪后，从下至上进行高压喷射注浆，泥浆冒出地面时，静喷5～8 min，观察返浆正常后，按规定速度18 cm/min提升双重注浆管，连续喷射，直到喷射至设计帷幕顶板高程为止。严格按工艺参数注浆，返浆中水泥含量保持在进浆量的20%左右。高压喷射注浆空压机风压保持0.7 MPa,压力泵泵压维持在(22±2) MPa，同轴施工；保持压风和浆液连续输送，过滤水泥浆液，严格控制过滤质量。在线监测水泥浆液的密度，浆液水灰比为1∶1时，密度为1.5 g/cm3；浆液水灰比为0.8∶1时，密度为1.59 g/cm3。浆液密度波动太大，超出上述指标时，必须调整至正常范围，才能继续喷射。处理事故或换管重新喷射时，将喷射装置下放至原位置以下0.5 m重复喷射，确保搭接长度不小于0.5 m[3]。在砂卵砾石层中适当减慢提升速度或定喷。如实记录高压喷射注浆过程中的技术参数、浆液材料的用量、施工中的异常情况及处理措施，并对施工中的工艺参数定时检查。

3.3插筋与充填处理

高压旋喷注浆完毕后，及时在高压喷射孔内按梅花形下入3根φ18 mm×20.8 m钢筋，并采用水灰比0.5∶1的浓水泥浆进行填实。φ18 mm钢筋用量：97孔×3根/孔×(20.8+0.2 m)/根×0.002 t/m=12.222 t。

4技术保障措施

(1)在高压旋喷注浆施工时，旋喷压力或孔口回浆浓度突然降低或升高，回浆量出现异常，必须立即查明原因并及时处理。

(2)因特殊情况造成停喷，在恢复作业前，将喷头下放30 cm，进行重叠搭接喷射处理后，才能继续向上提升和喷射注浆，对中断深度和时间进行记录。停喷时间超过3 h以上的，需要清洗喷射泵及浆液输送管道，才能继续施工。

(3)孔内严重漏浆时，应根据地层情况采取措施：减缓喷射管提升速度直到停止提升；调整注浆压力和流量，进行原位注浆；在浆液中加入适量速凝剂。

(4)发生串浆时，应对被串孔进行封堵。喷射注浆结束后，对被串孔扫孔、旋喷灌浆或继续钻进。

(5)旋喷注浆孔钻孔施工过程中必须详细记录地层变化情况，准确记录好基岩的分界线，避免与基岩帷幕搭接不好而造成返工，影响工期与防渗质量。

(6)高压喷射施工时，在接触段附近延长静喷时间并往复喷射一次，增强旋喷注浆凝结体与基岩之间的连续性，保证防渗墙体质量。

5结论

竖井掘进前采用双重管高压旋喷注浆工艺对第四系地层进行预处理，帷幕有效截流渗水，掘进时工作面基本无渗水，并对第四系地层砂砾石层进行了可靠地固结，井筒通过砂砾石层时没有发生坍塌现象，保证了第四系地层段竖井的顺利掘进，该工艺具有较好的推广价值。

参考文献

[1]殷莉,何长青,雷运华,等.雅砻江桐子林水电站围堰高喷防渗墙设计及施工[J].黑龙江水利科技，2012(12)：118-120.

[2]吴雄.高压旋喷注浆在既有线路堑地段加固工程中的应用[J].广东建材，2010，26(3)：58-59.

[3]中国有色金属工业总公司.YBJ 43—1992高压旋喷注浆技术规范[S].西安:西安交通大学出版社，1993.

(收稿日期2015-12-21)

*十二五国家科技支撑计划项目(编号：2012BAB14B01)。

杨秋明(1960—)，男，副总经理，工程师，238271 安徽省芜湖市鸠江区沈巷镇。