鐵路多層采空區(qū)注漿封孔工藝探討

孫忠堯 王清秋

(1.東平鐵路有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250022; 2.中鐵濟(jì)南工程技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250022)

隨著地下煤層的不斷開挖，采空區(qū)上覆巖層頂板斷裂、破碎而冒落延伸到地表后，造成地面拉裂、塌陷、傾斜等不良地質(zhì)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著鐵路的建設(shè)與安全運(yùn)營，必須對采空區(qū)進(jìn)行治理。注漿壓力的大小將決定漿液的擴(kuò)散半徑和充填、壓密效果，注漿壓力大，漿液擴(kuò)散距離遠(yuǎn)，空隙中漿液充填的程度較高［1，2］，所以良好的封孔工藝能提供足夠的注漿壓力，確保漿液擴(kuò)散距離，以達(dá)到良好的治理效果。

1 工程概況

新建東平鐵路在東都鎮(zhèn)經(jīng)沈村礦區(qū)，DK1+480～DK3+522地面下有多層、富水、煤層采空區(qū)分布，其中DK2+530～DK2+590為斷層保護(hù)煤柱，線下空間上分布4層～5層復(fù)雜采空區(qū)，采空區(qū)變形引起地面多處塌陷、不均勻下沉及房屋變形，對東平鐵路工程的建設(shè)和運(yùn)營安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，設(shè)計(jì)采用自上而下逐層注漿，然后復(fù)鉆至下一層采空區(qū)進(jìn)行注漿的方法對采空區(qū)進(jìn)行治理，遇見較大空洞時(shí)充填粗骨料，注漿終止壓力為1.0 MPa。沿鐵路線方向該采空區(qū)各煤層采空區(qū)情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 各煤層采空區(qū)情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)注漿壓力過大時(shí)引起注漿管封孔失效，易出現(xiàn)從孔口周邊返漿、注漿壓力加不上去等問題;同時(shí)如采用塑料管作為注漿管，復(fù)鉆時(shí)將破壞已經(jīng)澆筑的注漿管，后續(xù)注漿時(shí)需要在鉆至下一層采空區(qū)后重新澆筑，不僅浪費(fèi)材料，而且延誤后續(xù)施工，因此必須對封孔工藝進(jìn)行完善。

2 封孔工藝現(xiàn)場試驗(yàn)情況

鉆孔完成后，封孔是注漿施工的一道關(guān)鍵工序，封孔質(zhì)量對注漿質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)參數(shù)的控制等有著重要影響，當(dāng)采用似法蘭盤簡易止?jié){時(shí)，注漿前發(fā)生塌孔或堵孔需要掃孔時(shí)，施工難度非常大［2］。使用時(shí)常見的封孔方法有以下幾種。

2.1 封孔深度的確定

該區(qū)域上部覆蓋約10 m厚的第四系土層，土巖界面處主要為砂類土、少量為薄層粉質(zhì)粘土，砂類土孔隙率較大，是漿液擴(kuò)散的良好通道，淺層擴(kuò)散且上覆土層較薄，容易引起較小壓力下地面開裂、隆起，或在孔口附近發(fā)生返漿，不能達(dá)到既定的注漿壓力，現(xiàn)場對注漿管進(jìn)入基巖1.0 m，3.0 m和5.0 m進(jìn)行了試驗(yàn)，根據(jù)對比注漿管進(jìn)入完整基巖1.0 m由于基巖面存在一定的裂隙，漿液容易沿著裂隙進(jìn)入第四系土層而在較小壓力下發(fā)生開裂、隆起或返漿問題，而進(jìn)入基巖3.0 m和5.0m時(shí)封孔效果良好，因此注漿管澆筑深度為進(jìn)入基巖不小于3.0 m。

2.2 注漿管的選取

由于該采空區(qū)存在較大空洞，設(shè)計(jì)中采用漿液充填粗骨料的方法進(jìn)行處理，較小的注漿管容易被粗骨料堵塞，為方便添加粗骨料，注漿管直徑不小于90 mm，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，如采用塑料管作為注漿管，復(fù)鉆時(shí)將破壞已經(jīng)澆筑的注漿管，后續(xù)注漿時(shí)需要在鉆至下一層采空區(qū)后重新澆筑，不僅浪費(fèi)材料，而且延誤后續(xù)施工。因此現(xiàn)場使用直徑為91 mm、壁厚不小于2 mm的鋼管作為注漿管。

2.3 封孔材料及方法的選取

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常見的封孔方法有以下3種:

1)粘土封孔。粘土具有一定抗剪強(qiáng)度，粘土球從孔口投入后，搗實(shí)后不透水，封閉位置較深，但由于粘土與巖土層和注漿管的粘結(jié)強(qiáng)度低，不能滿足既定的注漿壓力，最大僅為0.6 MPa，且復(fù)鉆時(shí)，受機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)等影響導(dǎo)致封孔失效。

2)濃水泥漿封孔。濃水泥漿封孔可分為先安放注漿管再用濃水泥漿置換孔內(nèi)的泥漿和先用濃水泥漿置換孔內(nèi)泥漿然后安放注漿管兩種方法，前者置換時(shí)，水泥漿管只能放在注漿管內(nèi)或注漿管外側(cè)，受注漿管影響，管內(nèi)、外泥漿不易置換徹底，置換時(shí)間較長，且由于置換不徹底封孔效果較差。后者置換時(shí)可以全孔返漿置換，封孔效果較好，最大注漿壓力可達(dá)到1.5 MPa。為縮短凝固時(shí)間，可在濃水泥漿液中加入適量的水玻璃。

3)水泥砂漿封孔。水泥砂漿封口，由于注漿管與巖土層之間空隙較小，水泥砂漿不能較好地塌落到孔底，因此采用孔周挖坑灌注水泥砂漿的封堵工藝，尺寸要求:直徑1.0 m，深度1.0 m，經(jīng)試驗(yàn)，加壓值達(dá)到0.3 MPa～0.5 MPa時(shí)就出現(xiàn)孔周冒漿的現(xiàn)象，因滿足壓力值太低，孔底入巖深度處未予封閉故漿液直接由上覆第四系地層中裂隙滲透而出，不能達(dá)到預(yù)期的封堵效果。但當(dāng)注漿孔內(nèi)不加粗骨料而使用直徑較小的注漿管、注漿管與巖土層之間空隙足夠大時(shí)，采用水泥砂漿效果良好，且凝結(jié)時(shí)間大大縮短。

3 結(jié)語

1)為確保注漿過程中不發(fā)生地面開裂、隆起，或在孔口附近返漿等問題，且注漿壓力能達(dá)到設(shè)計(jì)值，注漿管需進(jìn)入基巖不小于3.0 m。2)為保證注漿時(shí)能從注漿管內(nèi)順利添加粗骨料，開始注漿時(shí)采用自流注漿，以便添加粗骨料，且注漿管直徑不小于90 mm。3)經(jīng)過大量加壓孔的現(xiàn)場試驗(yàn)確定采用濃水泥漿封孔工藝時(shí)封孔效果較好，施工方法簡單易操作，終注時(shí)的壓力值一般在 1.2 MPa ～1.3 MPa，最大可達(dá)到 1.5 MPa。

［1］河南高速公路發(fā)展有限公司.高速公路下伏采空區(qū)治理工程——勘察設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、招投標(biāo)［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］童立元.高速公路下伏采空區(qū)危害性評價(jià)與處治技術(shù)［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2006.

［3］山西交通廳.高速公路采空區(qū)(空洞)勘察設(shè)計(jì)與施工治理手冊［M］.北京:人民交通出版社，2005.