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摘要：本文从木铵化学注浆技术在竖井流沙层施工中的成功应用，探讨研究化学注浆中浆液配制、凝胶时间、抗压强度等技术参数，及其对加固止水的影响因素，同时提出化学注浆在地下工程加固止水的安全可靠性、经济可行性。
关键词：木铵；止浆垫；固砂体；凝胶时间
1 前言
随着矿山工程、水利建设及地下工程的发展，所遇到的工程地质条件和水文地质条件复杂多变，普通的的水泥注浆材料通常在流沙层、强风化岩层、断裂构造等复杂地层，难以满足工程加固止水的需要，化学注浆技术在地下工程的研究应用，使得复杂地层加固止水施工的安全性得到进一步提高，并取得了一定的技术经济效果。
二十世纪九十年代中期，广东省某石膏矿的竖井掘进采用化学注浆施工技术，在一年内分别完成了该矿副井、主井流沙层中的掘砌施工，施工效果达到优良。化学注浆施工技术归结如下，以供地下矿山在流沙层、强风化岩层、断裂构造等复杂地层掘进施工借鉴。
2 化学注浆施工概述
该石膏矿主、副竖井自1994年10月开始采用水泥注浆封堵第四系淤泥层、粉质粘土层的涌水、返砂掘砌施工，取得了一定的进尺，副井井筒掘砌通过了地层上部27m厚的第四系覆盖表土层，使掘进工作面进入含水砂层的上部。但井筒掘进在第四系流沙层采用的水泥注浆未达到预期效果，掘进工作面曾多次出现涌水，导致掘砌工作停止。该矿山在1995年3月初经过决定在-24.0m～-33.4m高程的砂砾层和卵石层（即流沙层）灌注化学浆液，形成隔水帷幕，以封堵流沙层的涌水，使井筒作业面在无水的条件下进行掘砌。
该矿在施工准备阶段，通过对化学浆液进行探讨与研究，采用优选出木铵化学浆液作为含水砂层的固砂堵水材料，并进行了副井化学注浆施工设计。
副井井筒净径为2.6m，井壁厚度为25cm。1995年4月18日至4月25日，用21个工班完成了上段化学注浆效果的检查和补充注浆，耗用23.2m3化学浆。上段化学注浆的化学浆液已将掘进工作面的砂、沙砾层全断面固结，固砂体强度平均736kN/cm2，掘进工作面仅有1.6m3/h的渗水，堵水率达99.5％，此段固砂体在5月4日完成2.9m的掘砌工作。
5月17日至6月1日，用36个工班完成了下段化学注浆、注浆效果检查和补充注浆，注入化学浆42.4m3。下段化学注浆段从6月1日至6月27日，完成5.8m的掘砌工作到达基岩面。施工中，掘进工作面的延伸，井帮渗水增加，最大渗水超过10m3/h。工作面到达3.8m时，曾出现返水、涌砂，后经过处理，补充注入10.8m3化学浆液，掘进顺利通过含水层。两段化学注浆共耗用76.9m3化学浆液。
3 含水砂层帷幕化学注浆设计
3.1 化学注浆固砂帷幕体
1）注浆方式的选择
为便于施工和检查注浆效果，采用了工作面预注浆方式施工，利用止浆垫上的预埋管插入注浆管做下行式注浆。
2）固砂帷幕体厚度的确定
帷幕体厚度
取450mm
式中
R—井筒开挖半径，取1.8m；
[σ]—固砂体允许抗压强度，取小值200kN/cm2；
P—最大地压值1.3γH，取31. 5kN/cm2。
3.2 注浆参数
1）布孔
含水层分两段进行注浆。
（1）上段化学注浆布孔：见图3-1。
图3-3 下段化学注浆布孔图
3.3 注浆压力
微压力下化学浆液容易扩散，故注浆按“低压力小流量”的原则，注浆压力控制在30kN/cm2以下。
3.4 浆液凝胶时间
要求凝胶时间在5min以下，便于浆液在砂层中能充分扩散，配浆后测定凝胶时间。
4 化学注浆材料的配比
采用以下材料配比，组成0.4m3双液化学浆（甲、乙两液等体积），见表4-1。
表4-1 注浆材料配比表
5 化学注浆工艺
化学注浆在-24.0m～-33.4m深的含水砂层、砂砾层和卵石层中进行，共分为-24.0m～-27.5m和-27.5m～-33.4m两段，每段均采用斜孔和垂直孔分层控制周边和底部的工作面下行预注浆。
周边孔每米注浆量
取0.6m3/m；
中间孔每米注浆量
取0.8m3/m孔。
式中
—周边孔浆液注浆半径，取0.57m；
—中间孔浆液注浆半径，取1.5m；
—注浆管出液花管长度，取1m；
—砂层的空隙率，取40％；
—浆液的损失率，取35％。
5.1 注浆工艺流程
采用图5-1所示的双液注浆工艺流程
图5-1 双液注浆工艺流程图
图5-1中：1—搅拌桶；2—球阀；3—浆液计量桶；4—泥浆泵；5—输浆管；
6—浆量、压力控制阀；7—混合室；8—活动接头；9—注浆管
5.2 注浆顺序
上段注浆由周边孔按下行方式分层注浆，依1、2、3……12号顺次进行，完成所有周边孔后，再注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号孔的注浆层。
下段注浆顺序同上段注浆顺序。
5.3 注浆设备
1）钻机：选用7655型或YT-24钻机。
2）注浆管：采用Φ32镀锌管，下部的出浆花眼总面积按管的横截面积的1.5～2.0倍制作。
3）输浆管：采用两条并行的Φ32镀锌管。
4）混合器：自制三通管或三通混合器。
5）注浆泵：2台型号S-2DN/15的泥浆泵。
6）拌浆桶：多个0.2m3的铁桶。
5.4 注浆施工程序
1）制作混凝土止浆垫。
2）在止浆垫按图3-1和图3-3确定的角度预埋12条Φ100镀锌管作为注浆导向套管；中间预埋4～5条Φ65镀锌管，作为注浆导向管兼检查孔管。
3）风钻机从预埋管钻孔，将注浆管沿导向孔送至设计深度。
4）通过预埋管上的法兰与密封压盖进行止水、止浆。
5）要求配制化学浆液，并测定浆液的凝胶时间。
6）罐注5min的水，检查注浆系统的工况、注浆层的渗透及止浆情况。
7）采用30kN/cm3以下的注浆压力，60L/min的流量注浆，双液化学浆在井底混合。
8）注完浆后，注入40kg的水，将注浆系统中的残留浆液压入砂层。拆除混合器输浆管，再用水清洗注浆管和设备。
9）注完浆1.5h后，拔出注浆管，并密封预埋管。
6 问题讨论及认识
1）由于掘进工作面第四系的砂、砾石、卵石均被化学浆全断面固结，可考虑适调整浆液用量。
2）掘砌工作在含水层有少量渗水，为保证掘砌质量，可用导水管将水从井帮内引出，待以后用注浆或用水泥-水玻璃封堵，井内的淋水、渗水通过井底超前水窝集中排出。
3）掘进工作面若渗漏水增大，可考虑在出水处插入注浆管，进行静止水位的化学注浆封堵。
4）每个注浆孔必须一次注进足够的浆液量，分层孔注浆时，每个孔不应跳层间断注浆，否则再注的浆液难以扩散至设计的控制范围，造成堵水效果不佳的状况，严重时则可能导致掘进工作面突水、涌砂。
5）检查注浆孔或其他探水孔时，有微弱的渗水，无砂则可认定达到预期的注浆效果；否则必须补充注浆，此时的浆液以挤压为主，注浆量根据实际需要而定，当注浆压力超过30kN/cm2，必须停止注浆。
6）凝胶时间可调，可从几十分钟缩短到几分钟，浆液不易被稀释，可以控制浆液的扩散范围。
7）凝胶时间随温度的升高而显著缩短。
8）无机盐有速凝作用，但会降低凝胶强度，酸性越强，凝胶效果越好，但凝胶强度降低越大。硝酸铵用量由一个最佳值，当硝酸铵用量为8%时，强度最高。
9）随浆液浓度的增加，固砂体强度明显提高。
10）该浆液的固砂体在中性水中长期保护强度不变，固砂体强度可达736kN /cm2以上。
参考文献：
[1] 杨玉林、徐兴普等；木铵化学注浆材料的研究；长沙矿山研究院季刊；1985年01期
[2] 林豪兴、彭建勋等；817水玻璃灌浆材料的应用；化学世界；1987年04期
论文作者:杨新
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
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