帷幕灌浆作业指导书.doc

南水北调中线一期工程总干渠沙河南黄河南禹州长葛段第三施工标段 南水北调中线一期工程总干渠沙河南黄河南（委托建管项目）禹州长葛段第三施工标段(合同编号：HNJ-2010/YC/SG-003)采空区处理帷幕灌浆试验作业指导书中国水电基础局有限公司南水北调中线工程总干渠禹州长葛段第三标项目部二一一年四月二十九日1工程概述本标段为禹州长葛段第三施工标段，设计桩号为SH（3）75+600SH（3）77+300，标段长度1.7km，标段内共有各种建筑物4座，其中: 矿物局南沟排水渡槽1座，矿物局东沟排水倒虹吸1座，刘楼南公路-桥1座，刘楼南生产桥1座。在桩号SH(3)75+639SH(3)76+387和SH(3)76+862.2SH(3)77+300下部为煤矿采空区，停采后因坍塌形成冒落带和断裂带，易造成渠道不均匀沉降，需在该区域内进行帷幕及充填灌浆，灌浆孔深110m293m不等，两个区域总跨度为1185.8m。其中帷幕灌浆钻孔939个(郭村矿分布289个、新峰二矿分布650个)，工程量为197989m，充填灌浆钻孔1112个(郭村矿分布316个、新峰二矿分布796个)，工程量为224465m，总计灌浆孔钻孔2051个，总工程量为422454m。灌浆材料主要为水泥、粉煤灰混合浆液。2地质条件2.1地层岩性本渠段基岩为二迭系上统上石盒子组，其上为新生界第三系，地表均为第四系覆盖。现由老到新叙述如下：（1） 二迭系上统上石盒子组（P21）主要由灰黄灰绿色泥岩、砂质泥岩、灰白色系中粒砂岩组成，夹杂紫红色斑状页岩、碳质页岩及煤层。厚520561m，平均厚563m。（2） 第三系中新统洛阳组（N1L）主要是紫红、棕红、棕黄色含有灰绿色条纹的粘土岩、砂质粘土岩及棕黄、黄色、灰白色砂岩、砂砾岩。钻孔揭露最大厚度17.5m。粘土岩：成岩程度一般较差，为极软岩或呈坚硬硬塑土状，多夹杂有钙质团块。局部成岩程度好。发育有节理裂痕，裂面光滑，偶见有檫痕，有铁锰质侵染。裂隙以7090高角度裂隙为主。砂砾岩砾石成分主要是石英砂岩、灰岩及砂岩，泥钙质胶结，一般成岩程度好。分部均匀。（3）第三系中更新统（Q2）主要为被洪积成因的黄色棕色重粉质壤土，硬塑可塑状，结构致密，含有锰铁质结核。厚度一般8.039m。（4）第四系上新统（Q3）主要为浅黄黄土状中、重粉质壤土，含少量钙质结核，厚度一般214.2m。2.2沿线采空区分布情况绕山线（保安煤注范围内）主要穿过原新峰矿务局二矿、禹州市梁北镇郭村煤矿、梁北镇工贸公司煤矿、梁北镇福利煤矿和梁北镇刘垌村一组煤矿的采空区。（1）原新峰矿务局二矿采空区该矿采空区面积为1387260m2，相应占压渠道范围83314 m2，长度724.98m，所采六4、六2煤层厚度为0.9m，煤层底板标高为-150+31，地面标高为+116+138，煤层埋深107226m，采空区通过相应的原设计桩号SH75+639.243SH76+386.536。（2）禹州市梁北镇郭村煤矿采空区该矿采空区面积为525045m2,相应占压渠道范围74772 m2,长度703.458，所采六4、六2煤层厚度为0.751.13m，煤层底板标高为-1500，地面标高为+126+140，煤层埋深126290m，采空区通过相应的原设计桩号为SH76+852.709SH77+906.75。3施工工艺流程本工程帷幕灌浆的施工工艺如图1所示。施工顺序：帷幕灌浆分三序施工。灌浆是否达到结束标准YESNO转入下一孔施工钻机就位与定向安装孔口封闭器、连接灌浆管路钻进至入基岩5m注水冲洗钻孔下130或108mm护壁套管护壁泥浆制备89或76mm钻至跨落带或煤层底板以下1.5m浆液制备图1 帷幕灌浆施工工艺流程图4灌浆材料4.1浆液组分及质量要求灌浆材料的成分及性能要求如下表1所示。我部将根据有关的材料质量标准对每批材料入库前进行检验验收，并及时将检验成果报送监理工程师。表1 灌浆材料成分及性能要求序号材料性能要求1水达到混凝土拌合用水标准2水泥42.5 级普通硅酸盐水泥3粉煤灰II 级粉煤灰4膨润土达到膨润土建材行业标准（JC/T592-1995）钻井泥浆用膨润土质量指标要求5高效减水剂主要成分为聚羧酸反应性高分子聚合物，减水率不小于 35%，高保坍（2小时坍落度基本不损失），高增强（50% 以上）。6粉煤灰激活剂抗压强度 3.3MPa/8h，稠化时间240min，游离液2.5ml。7速凝剂主要由铝氧熟料及多种无机盐综合复配细磨而成，符合建材行业速凝剂标准J77-2005。初凝3min;终凝10min。1天抗压强度8.5MPa；28天抗压强度比80%。8其它外加剂国家和行业有关标准及设计人在施工期间所提技术要求。根据设计要求和灌浆试验结果进行浆液配合比设计并将配合比试验结果报请监理审批后方可投入实际应用。4.2浆液制备浆液制备的原则为：集中制浆、分散配浆。集中制浆站统一制备充填浆液，浆液中P.O42.5水泥和粉煤灰按水：固1:1控制，固体材料中水泥：粉煤灰0.15：0.85。一级浆液通过输浆泵输送浆液至各灌浆工作面，各灌浆工作面应测定来浆密度，并根据帷幕灌浆部位的需要添加其它原材料后调制成帷幕灌浆所用的二级浆液(帷幕灌浆材料配比为水：水泥：粉煤灰：膨润土1：0.15：0.7：0.15)。外加剂、掺合料等搅拌成溶液或浆液的形式加入搅拌机。制浆材料必须按规定的浆液配比计量，制浆材料称量误差小于5%，水泥固相材料采用重量称量法计量。帷幕浆液采用二级制浆站现场拌制，搅拌时间不少于60s，浆液在使用前过筛，自开始制备至用完时间宜小于4h。否则不能再用，并弃置监理工程师指定的地点。加入掺合料和外加剂的浆液搅拌时间以及自制备到用完的时间通过试验确定。浆液温度应保持在540C，超过此标准的应视为废浆。5钻灌施工设备配备5.1钻孔设备本次试验灌浆钻孔采用XY-2和XY-4型钻机钻孔，钻机配备50mm钻杆，覆盖层钻孔配备合金钻头钻进，基岩钻孔配备金刚石钻头。5.2灌浆设备主要灌浆设备有：灌浆泵、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录系统等。（1）灌浆泵选用BW-250型灌浆泵，卧式三缸往复式单作用柱塞泵，运行状态好，压力平稳。（2）立式双桶储浆搅拌机选用J-400型立式双桶储浆搅拌机，容积为2200L，搅拌轴转速51r/min。（3）灌浆自动记录仪拟采用GMS2001（J31C-T）灌浆数据采集与监控系统。6钻孔施工6.1钻孔方案本工程钻孔主要采用XY-2和XY-4型钻机施工。考虑到钻孔深度较大，起钻困难，无需取芯的钻孔采用全断面钻头进行钻孔。全断面钻进方式可节省许多非钻的时间，回次进尺不受限制，可避免取芯钻进易产生的堵芯等事故，从而可以加快施工进度，降低劳动强度和工程成本，施工过程中无需起钻、取芯，钻渣随泥浆、清水反出孔口。覆盖层钻孔选用硬质合金矛式钻头，基岩中钻孔选用金刚石复合片刮刀式全断面钻头。6.2一般孔钻孔控制钻机安装应平整稳固，钻孔方向应按施工图纸要求确定，钻孔时必须保证孔向准确。钻孔施工应按灌浆程序，分序进行。帷幕灌浆孔孔距2.0米，先施工序孔，再施工序孔，最后施工序孔。帷幕灌浆孔开孔孔径可根据各机组施工配置情况自行进行调整（孔径为130mm或108mm），钻至基岩5m后，在覆盖层地质条件较差的情况下，根据需要可下入套管护壁，变径后用89mm或76mm钻至采空区中跨落带或煤层底板以下1.5m终孔。变径后的基岩钻进，一律用清水做循环液。钻孔过程中若遇到塌孔、掉块等情况无法成孔时建议采用分段灌浆，段长根据现场情况确定，以保证钻孔顺利进行。在钻孔过程中，作好钻孔操作的详细记录，并对钻孔冲洗水、钻孔压力、芯样长度及其它能充分反映岩石特性的因素进行监测和记录。钻孔过程中，遇岩层、岩性变化，发生掉钻、坍孔、钻速变化、回水变色、失水、涌水等异常情况作好详细记录，并及时向现场值班员和监理工程师汇报。钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，在得到现场值班员和监理工程师批准后，可先进行灌浆处理，再行钻进。如发现集中漏水或涌水，应查明情况、分析原因，经处理后再行钻进。钻孔结束，会同现场值班员和监理工程师进行检查验收，检查合格，并经监理工程师签认后，方可进行下一步操作。6.3取芯孔钻孔控制取芯一般采用常规钻具进行。在常规取芯办法无法满足设计要求的情况下，可考虑采用地质回转钻机钻头进行取芯孔施工。钻取的岩芯按取芯次序统一编号，填牌装箱，芯样拍照并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。采空区部位岩芯采取率不小于30%，采空区上部基岩部位岩心采取率不小于60%。一个循环的岩芯平行放置于一个箱中，从左到右，从上至下递增。机械性的岩芯破坏与岩芯的节理予以区别及标识。各次循环的岩芯应用木块进行分隔，并清楚标出循环次数。岩芯应用排笔及永久性标签进行明显的标记。标记包括孔号、箱号、总箱数、孔顶高程及所在工程建筑物的部位。取芯孔的岩芯牌填写必须规范、清晰、准确，采取的岩芯应按要求有序摆放，不得随意更换、增减。6.4终孔判定因采空区前期施工地质资料缺乏，以致在目前进行的采空区生产性试验钻孔过程中对于终孔孔深的判定较困难，根据现有钻孔情况及工程前期勘探孔相关资料对试验区终孔孔深判定做出如下规定：1、依据设计下发的禹州长葛段第三、四标段采空区地质说明中勘探孔的煤层深度及采空区地层倾角14为原则计算出各孔相对煤层深度及终孔深度。2、如果从开孔钻进至参考孔深整个过程返水正常，没有漏水情况，则以参考孔深作为终孔孔深结束标准。3、在参考孔深以上基岩钻进过程中如遇到破碎无法成孔、漏水、脱空等特殊情况时，可先进行灌浆处理再钻至参考孔深。4、当钻至参考孔深时：（1）如不出现漏水、脱空等特殊情况时，则以参考孔深作为终孔孔深结束标准。（2）如出现漏水、脱空等特殊情况时，先进行灌浆处理再加深5m。(加深原则：出现漏水、脱空等情况，以5m作为加深标准，先灌浆，后加深)；如若加深此5m时不出现漏水、脱空等情况，则以加深5m后孔深作为终孔孔深。6.5孔斜检查钻孔测斜每孔至少一次，终孔孔斜不超过2。采用KXP-1轻便测斜仪对钻孔进行孔斜测量。该型测斜仪的精度为：方位角2，顶角0.5。6.6钻孔冲洗一般在钻孔结束后对钻孔进行冲洗，采用送入大流量水流，将受注段岩石裂缝、裂隙中充填物带走，使浆液扩散范围加大。清洗完毕的钻孔，孔底沉淀不得大于10cm。 对于钻孔失水量较大的孔，建议不冲孔或根据需要冲孔。灌浆开始前应根据孔内实际情况及现场值班技术人员要求对钻孔进行扫孔或冲孔。7帷幕灌浆施工7.1灌浆分序帷幕灌浆采用孔口封闭，纯压法灌浆，采用BW-250型灌浆泵配合GMS2001（J31C-T）型灌浆自动记录仪进行灌浆施工，分三序施工，先施工序孔，再施工序孔，最后施工序孔。灌浆分序情况见图3所示。图3 帷幕灌浆孔位布置图7.2灌浆施工工艺灌浆压力通过安装在回浆管路上的高压阀门控制，压力表安装在灌浆泵和进浆管靠近孔口部位，压力表量程不低于6MPa，压力表读数取其中值。帷幕灌浆孔采用间歇灌浆，开灌时采用水固比1:1的混合浆液进行灌注。如大量灌注后孔口仍无压力，停止灌浆间歇一段时间。恢复灌浆后如孔口仍无压力则根据灌浆具体情况采取限流、间歇、待凝等措施进行灌注。当止浆困难时则根据配比方案加入速凝剂进行灌注（如上述方法仍无法止浆，则根据现场值班员和监理工程师的指示更换浆液配合比或其他的方式进行灌注）。7.3灌浆结束标准当孔口压力在1.01.5MPa，泵量小于70L/min，稳定1015min以上，即可结束该孔注浆施工。具体根据设计要求及灌浆试验结果确定。8钻灌施工过程中的特殊情况处理8.1裂隙、破碎带钻孔采空区基岩层内的断裂带和冒落带中钻孔施工可能遇到较大的裂隙和孔洞，钻孔过程中可能出现卡钻、掉块、循环液漏失等现象，尤其是帷幕灌浆的I、II序孔和充填灌浆的I序孔钻孔过程中，此种现象可能频繁出现，严重影响施工进度和质量。针对上述情况，施工过程中可采取钻灌结合的方法处理。8.2帷幕灌浆过程耗浆量过大，难以结束采空区地层中进行帷幕灌浆施工，如灌注过程耗浆量过大，灌浆压力始终在较低水平难以达到结束标准，则根据现场值班员和监理工程师的指示更换浆液配合比或其他的方式进行灌注。9灌浆质量检查灌浆质量检查计划采用钻孔取芯和地质CT扫描相结合的方案进行。9.1钻孔取芯检测检查孔钻孔取芯主要检测浆液对采空区和裂隙带的充填率及灌浆浆液的结石率，并取芯试验结石体的抗压强度等。通过全孔取芯直接观察