流沙层注浆在井巷工程中应用
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【摘要】在井巷工程中，流沙层由于其地质的特殊性为施工增加了难度，也带来了安全隐患。流沙层注浆作为井巷工程施工的一个关键环节，如何优化其技术指标对于工程的顺利完成有着重要意义。文章通过对流沙层注浆在井巷工程应用进行表述，对相关技术进行了探讨。
【关键词】流沙层；注浆；井巷工程
中图分类号： TD26 文献标识码： A
一、前言
流沙层具有流动性，不稳定性，采取合理又安全的注浆方案，不仅能够将不稳定的形态变成稳定形态，同时还可以提高工程质量和工程安全指标。
二、流沙层地质情况简介
流沙是土在水的作用下的一种物理地质现象，又称流土或土的液化。最易形成流沙的土有砂（尤其细砂）、粉砂、亚砂上及亚粘土等。特定条件下，含卵砾石的砂和淤泥也可能形成流沙。
流沙给矿山建设和开采带来很大困难，流沙突然大规模的崩溃，往住会给矿山造成严重的破坏和影响。
在露天矿山的基建和开采中，流沙层的流动会使露天矿边坡坍塌破坏。流沙层承载力很低，给大型采掘、运输机械作业带来很大困难．为了使露天矿边坡稳定，需对流沙层进行疏干，但疏干又引起地面沉降、塌陷和倾斜，造成深井和直通式放水孔井管弯曲以及其它设施的破坏。
在地下开采的矿山中，流沙会给井筒的施工带来困难。如果矿层直接顶板为流沙层时，在施工和生产过程中，流沙会突然溃入坑道，甚至淹没整个矿井，常常给矿山带来灾难性的后果。当矿体顶板以上存在流沙层，采矿后形成的冒落带或导水裂隙带与其沟通后，流沙也会溃入坑道，影响生产，甚至造成坑道报废。开采有流沙层的矿层，会使矿石和废石的含泥率增高，降低矿石质量并给矿山采剥和运输工作带来种种困难，这就会降低生产效率，缩短设备寿命，增加矿石的生产成本。
三、流沙层注浆在对于井巷工程的意义
1.注浆工程中的应用
（一）加固、提高承载力
可用于地下工程开挖时防止基础或地面沉陷，施工面塌方，隧洞、巷道、竖井围岩加固，开挖基坑时对附近已有建筑物的保护，挡土构筑物背后加固，滑坡地层加固。岩溶地层加固，流砂层加固等。对建筑物沉陷地基的加固和抬升。柱底注浆加固。提高桩基承载力。铁路、公路路基和机场跑道下沉的加固等。
（二）堵水防渗
矿山巷道、竖井、隧道、海底隧道、地铁等地下工程开挖时采用注浆防渗帷幕可控制涌水或防渗堵漏。坝体坝基的防渗，基坑周边渗水和基底涌水涌砂都可采用注浆法处理。
（三）灭火
具有结石体抗腐蚀能力强，致密，能阻止气体扩散的化学浆液注浆灭火是利用浆液中的水分蒸发和本身吸热，使得燃烧区温度逐渐冷却下来，同时填充了燃烧孔隙和周围裂缝，堵塞进气通道，从而产生良好的灭火效果。
2.材料的选择
材料选择除考虑岩土的特性和改良效果并与工法相结合外，还要考虑：
（一）不同土性的分界层是地层的薄弱点，应防止浆液在该层扩散不均。为保证注浆效果。可采用分段注浆，不同地层采用不同浆材配比及参数。
（二）地下水的存在或流动，导致注入浆液性质改变及流失，影响正常扩散。由于地下水的存在，特别是动水，会导致注入地层的浆液凝胶时间加长或被动水冲走而流失，达不到固结填充防水的目的，此时需要改变浆材或配比。
（三）中细砂质地层特别是流沙层注浆加固，对材料的粒径要求较高，普通水泥系浆材在该地层中渗透困难，往往造成劈裂现象，采用超细水泥系浆材（粒径比普通水泥小5倍左右）能较好的扩散，避免大面积劈裂加固不均匀现象。
（四）黏性土层中，浆材不能渗透到土颗粒间，而只能形成脉状渗流，起到压密作用。此时的浆液扩散体在土体中形成脉状骨架，能达到整体稳定效果，而要想彻底防水采用旋喷或搅拌加固效果更好。
（五）围岩裂隙堵水宜先采用大粒径的水泥系浆材充填一定空隙，然后再注入细粒径材料。
（六）砼裂缝修补堵漏可采用有机浆材，既达到堵缝防水的目的，又能增加砼强度，达到堵水补强的目的。
四、井巷工程流沙层注浆技术过程
1.超前小管棚施工
在流沙层治理过程中，首先可以在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管，随后在其注入水泥浆液，水泥浆液具有胶凝性质，将流沙层中的空气和水分快速排出后，使得松散的破碎体能够迅速凝结，胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的固结体。
2.埋设注浆管
埋设注浆管时，可以在巷道轮廓线沿拱顶均匀布置28个注浆钻孔，注浆管沿巷道轮廓线向外布置，每一个钻孔大概相距1米左右。
注浆管埋设初期，技术人员可以采用8米长的注浆管，掘进3到4个注浆循环以后，查看注浆效果，效果好，可以改用5米的注浆管，如果效果不够理想，应当再掘进一到两个注浆循环。
3.注浆
注浆浓度的大小与裂隙的开度、注浆压力有关，裂隙开度越大，注浆的浓度就越大，注浆压力越大，注浆浓度越小。
开始注浆阶段，水泥浆通常采用浓度较高的比例来进行注浆，水与石灰的比例约为一比一，后期一般采用低浓度比例，水与石灰的比例通常为三比一。
4.钢架立模及布筋
通过之前的超前小管棚的施工和注浆的作用，使得8米的注浆管和5米的注浆管与水泥浆和流沙层在巷道的轮廓线以外形成形成了一个稳定的钢筋混凝土结构，帮助井巷矿道形成一个稳定而又充实的整体。
5. 壁后注浆
钢架混凝土捣制时，因为拱部的收口段混凝土难以到达理论水平，所以，每隔4米必须在巷道顶部埋设一组注浆管，每拱埋设四到五根，距离达到8米左右时，进行壁后补注浆，注浆匪力达到25千克每平方米时，才能停注。
五、井壁注浆技术方案与参数
解决井筒持续出水流沙问题的技术路径为：通过充填注浆和加固井壁周围砂土，严格控制堵塞流沙通道，提高井壁结构的抗渗性与稳定性。据此，井壁壁后注浆可采用以下技术方案：
1.钢筋混凝土二次衬砌施工
在支护方式方面，斜井井筒采用：初次支护对围岩进行加固，进而巩固和强化其残余强度，通过可缩性支护对围岩变形卸压进行控制；在围岩变形稳定后适时完成二次衬砌支护，为了确保分段较长设计的稳定性和安全储备，需要给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。
2.掘进迎头的封闭与加固
斜井井筒施工后，在迎头架设U型钢支架，并喷射300mm厚，标号为C25的混凝土以封闭迎头，混凝土配合比为1：2：2，掺3～5%速凝剂，喷射混凝土可在斜井井筒开挖初期防止水砂的外渗；若迎头开挖后有大范围的流沙溃流，可采用迎头超前注浆加固措施，封闭迎头的导水通道，防止在掘进迎头形成新的渗水通道。
3.壁间注浆
对井筒冻结段钢筋混凝土二次衬砌施工完成后，可进行钻孔、安设注浆管进行壁后注浆加固。钻孔可采用分段前进式进行，首先将孔深控制在初次支护与钢筋混凝土二衬之间，若在打孔过程中发现两者间隙中存在蜂窝或孔洞时，需及时合理地采用壁间注浆的方法来充填加固和封堵水源，保证初次支护与二衬之间充分接触，防止间隙中积存水砂，而导致突水溃砂。利用单液水泥浆对壁间进行注浆，其中水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.0，按水泥用量的3.0～5.0%掺入水玻璃。浆液结石率要大于92.0%，浆液固结体强度超过20.0MPa，注浆压力在1.5MPa，进而在一定程度上确保喷层不发生开裂。
六、结束语
综上所述，流沙层注浆技术在井巷工程的应用，对工程保质保量的顺利完成有着十分重要的作用。在施工中，我们要综合考虑环境因素，做好安全措施，选择最优方案进行施工。
参考文献
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