摘要：尾矿库竖井掘进施工时由于临近库区，掘进中由于爆破振动，节理裂隙将进一步扩大， 涌水将进一步加大，在库区水压的作用下，形成管涌和突水，造成井壁垮塌，造成安全事故。因此采用壁后注浆堵水控制外水压对围岩的破坏影响，确保施工安全。
关键词：壁后帷幕注浆；堵水；竖井施工
引言：由于本工程地质现在正处于Ⅴ类强风化岩层，距离库区只有13m, 还有19.4m在Ⅴ类强风化岩层中，在下一步掘进中，由于爆破振动，节理裂隙将进一步扩大，涌水将进一步加大，在库区水压的作用下，有可能形成管涌和突水，造成井壁垮塌和淹井，造成安全事故。采用璧后帷幕注浆堵水将浆液注入到岩土的孔隙、裂隙中，浆液经扩散、凝固、硬化以减小岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到岩土加固和堵水的目的。
1、工程概况
尾矿坝溢水塔竖井工程位于攀枝花市，目前该溢水塔距现有尾矿库蓄水水面线仅13米，库区水位高程1260.3m，在溢水塔进水口下仅5m，因此，主体结构溢水竖井施工部位的地下水水位，井身开挖后，出现库水沿围岩裂隙进入竖井，造成竖井施工中涌水量增大，预计部分地段涌水量在20m³/h以上，可能会出现突水或透水现象，必须严格控制外水压对围岩的破坏影响，因此采用竖井壁后预注浆堵水，确保施工的安全区。
该区域为第四系残坡积层，地表为全风化岩地层，节理裂隙发育，竖井井身74m，根据竖井中心钻设的地质孔柱状图揭示，井口段高程为全风化石英闪长岩，Ⅴ类围岩；井身段为强化石英闪长岩，Ⅴ类围岩。为了保证施工安全和正常掘进，防止库区水压造成井壁垮塌和突水，先行在强风化层实施竖井璧后预注浆堵水措施，在Ⅳ类围岩施工时，根据探水情况决定是否堵水。
2、竖井注浆堵水参数确定
竖井掘过程中，应严格按照《井下探放水技术规范》的要求，遵照坚持“有疑必探、先探后掘”的探水原则进行探放水，然后根据水量大小和断层破碎情况采取相应的防治水措施。
1）竖井探放水施工
沿竖井开挖断面边沿处，按120度等边布置3个探水孔，深度及探水循环5m，孔径60mm。
2）工作面预注浆
由于溢水塔施工部位靠近库区，为防止出现井壁垮塌、透水突水淹井或临水作业面爆破涌水等水害发生，采用分段下行式注浆。
注浆分段高度的确定：为保证注浆质量，根据溢水井井深高度，结合类似工程施工经验，分段注浆高度按5m每段划分，自上而下依次采用分段下行式注浆。
注浆压力终压的确定：溢水井井深72.816m，注浆终止深度超过含水层深度20m；其最大静水压力为94m水柱情况下，估算注浆终压为：
P0=2.5*H*r/100=2.5*94*1.0/100=2.35MPa；实际注浆时在注浆孔口管上安装压力表，测定注浆压力。
3）注浆孔相关参数的确定
①注浆孔的布置
按公式N=π（D-2A）/L=3.14*（3.1-2*0.5）/2≈3.3
式中：D为井筒开挖净径，取D=3.1～3.5m，钻孔终孔圈径5m；
A为孔口距井筒净径距离，A=0.5m；
L为孔间距，取L=2m；注浆孔间距一般为浆液扩散半径的（1.3～1.5倍），注浆孔的间距应保证两个相邻注浆孔之间能形成一定厚度的注浆壁（扩散半径r=2m）。
经计算得N≈3.3，考虑到钻孔终孔圈径为5m，为保证注浆质量，能形成完整的胶结圈，在计算值的基础上增加1.5的系数，取值5～7（个）。
②注浆孔的径向倾角
按公式 α=tg-1（S+A）/H来确定式中：α为钻孔径向倾角；
S为终孔超出井筒净径的距离，S=5m；A为钻孔距井筒净径距离，A=0.5m；
H为每分段注浆垂直高度，H=5m；
经计算钻孔径向倾角为4.99°，取值5°，向外倾斜。钻孔施工顺序：按照钻孔布置图布置1台钻机施工。最先施工2#和4#孔作为初检孔，然后依次施工3#→5#，1#孔作为终检孔，检查评价注浆质量。
③注浆量的计算
根据公式粗略计算如下： Q=λπR2Hηβ/m
=1.4*3.14*22*1.5*3.5%*0.7/0.8 =0.8m³
R—浆液扩散半径 R=2m
H段高，H=1.5m ；η—岩石裂隙，η=3%； β—注浆有效充填系数，β=70%；m—结石率，m=0.8；λ—注液损失系数，λ=1.4
每米注浆量估计为Q1=3Q=2.42m³。实际注浆量以现场实际发生的为准。
④止浆垫
止浆垫采用预留岩帽，以下各段的止浆垫采用上次注浆段中井筒施工预留的岩帽。
⑤浆液浓度
根据施工技术要求，水泥浆水灰比初步采用2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等五个比级。对于第1次开始注浆时，可直接用0.5:1的浓水泥浆加上水玻璃双浆液进行灌注，待凝固24小时后重新扫孔钻进灌浆，直至满足设计要求再进行下一孔段钻孔及注浆。
3、注浆堵水施工
1）注浆前必须将孔口球阀及放浆阀关闭，对所有注浆管路进行压水试压，试压压力为注浆终压的1.2倍，当达到注浆压力并稳定10～15分钟管路不漏水后方可进行注浆作业。
2）注浆前先进行压水试验，根据压水试验的结果确定初始浆液浓度。
3）注浆水泥必须符合质量标准，应保持新鲜，受潮或结块的水泥不得使用。浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时应不少于3分钟，使用高速搅拌机时应不少于30秒，从制备到用完的时间宜少于4小时，浆液温度应保持在5～40℃。水玻璃（或Cacl2）的参量为水泥的3～5%。
4）注浆时压力取值比普通地段注浆压力略大且应大于孔口涌水压力，注浆时应尽快达到设计压力，但注入率大时应分级升压。
5）浆液变换：当注浆压力保持不变时，注入率减少时，或注入率不变压力持续升高时，不得改变水灰比；浆液浓度应由稀变浓，逐级变换，水灰比宜采用0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等五个比级。
6）当某级浆液注入量已达300L以上，或注浆时间已达30min，而注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比；当注入率大于30L/ min时，可根据具体情况越级变浓。
7）封孔
注浆达到结束标准后，采用“压力注浆封孔”，浆液采用0.5∶1的比级，压力取值与注浆时相同，直至回浆管流出浓浆为止。
8）闭浆
封孔结束后，暂不卸压，而是先封闭回浆管，封闭后在卸压的同时封闭进浆管，使灌入的浆液仍暂时处于受压状态而不至于回流，直至所灌入的浆液凝固。
9）补浆
闭浆结束后，采用压水试验检验注浆效果后，若注浆效果未达到治水要求，应重新扫孔（孔径不小于原钻孔直径），按以上方式补注浆，最终达到预期效果。
10）注浆结束标准
在规定的压力下，当注入率不大于0.4升/分钟时，继续注浆30分钟，注浆可以结束，注浆达到接茬出水部位无明显出水的目的，注浆达到设计终压且不吸浆，则终孔
11）注浆结束后，养护48小时后进行下部开挖。
4、结语
采用壁后帷幕注浆是竖井施工中通过基岩段涌水及含水层安全可靠的施工措施，同时也可以很好地解决竖井涌水导致的坍塌、渗漏水等问题 ，减少施工环节，缩短工期，降低施工成本，给施工带来便利及安全。
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论文作者:郑绍元
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/17
标签：注浆论文; 竖井论文; 浆液论文; 钻孔论文; 围岩论文; 压力论文; 库区论文; 《基层建设》2019年第21期论文;