注漿加固技術在軟巖支護中的應用

文/孫俊東

一、概況

平莊煤業集團六家煤礦北翼運輸大巷原設計為錨網噴支護，施工過程中發生嚴重變形。為阻止變形，在錨噴巷道內套400mm厚料石碹，施工過程中料石碹又被壓壞，又在料石碹基礎上架設11＃工字鋼加砼支護。北翼運輸大巷拉門點向里320m范圍內從交付使用起巷道就開始變形，局部底鼓可達3m厚。

對北翼運輸大巷進行返修的方法是在原支護基礎上套200mm砼，底板用400mm厚料石砌拱，并另掘一條輔助巷運輸，為返修創造條件。

二、北翼運輸大巷加固總體方案

根據北翼運輸大巷圍巖性質和地質構造情況，巷道兩幫、頂板用化學漿與水泥漿相結合的注漿加固方案，底板采用組合強力錨索加注水泥漿的方案。

用化學漿對巷道圍巖進行淺部注漿加固，封堵表面裂隙，使巷道形成一個具有較強韌性和抗剪能力的拱形圈。在巷道表面圍巖內注化學漿的同時，在巷道圍巖深部高壓注水泥漿，以進一步充填深部裂隙，與巷道圍巖淺部的化學漿加固圈一起形成一個更大的密實巖體，從而大幅度提高圍巖的整體性和抗變形能力。

由于巷道底板巖性松軟，遇水膨脹，底鼓嚴重，單靠注水泥漿不能有效控制底鼓，決定在底板淺部3m范圍內注水泥漿的基礎上，采用底板組合強力錨索與底板深部注水泥漿相結合的加固方法。

三、巷道圍巖化學注漿加固方案

1.注漿參數設計

(1)注漿孔布置。化學注漿孔，排距2.5m，間距以頂板中心為點向兩幫均勻布孔，孔距1.5m，孔深2.0m；水泥注漿孔分為淺孔與深孔，排距2.5m，在兩排化學漿孔之間布孔，間距以頂板中心為點向兩幫均勻布孔，孔距1.5m，淺孔深2.0m，深孔深7m。

(2)注漿壓力。淺孔化學注漿終壓3MP，水泥注漿終壓8MP。

(3)擴散半徑。通過調整漿液的滲透性和注漿終壓，保證實際有效擴散半徑不小于孔間距的0.65～0.75倍，保證注漿孔的滲透范圍有一定的交叉。

(4)注漿量。化學漿單孔注漿量按公式Q=AπR2Hnbm/1.3計算，式中：A—漿液的損耗系數；R—漿液有效擴散半徑；H—注漿孔深，取2.0m；n—孔隙率，n=1.2；b—注漿充填系數，b=0.7；1.3—平均重復注漿系數；m—漿液密度，取1250/m3；則：Q=1.01×3.14×1.32×2.0×0.012×0.7×1250/1.3=83，即單孔化學注漿量Q=83；水泥漿預計注漿量按經驗數據，預計每米巷道水泥注漿量為1.5噸。

2.巷道圍巖注漿施工工序

(1)鉆孔施工。施工時傾角、間排距、孔深等參數應盡量符合設計要求，一般傾角誤差不超過5°，間距誤差不超過300mm。

(2)注漿施工。注漿系統一部分為化學注漿系統，另一部分為水泥注漿系統，采用雙液注漿系統。

制輸漿，采用機械制漿。水灰比為0.6～0.8∶1，水玻璃濃度為20～30Be，水玻璃用量一般為水泥用量的3～20%。注漿泵排漿端采用￠16mm或￠19mm高壓膠管輸送。

壓注，采用雙液注漿。根據壓注設備的初始排量，要時刻注意觀察注漿孔周圍的碹壁情況，同時密切注意注漿泵的工作狀況，發現異常立即處理，各孔漿液的濃度控制原則均為先稀后濃。一般情況下，注漿壓力升至8MP并維持5分鐘即可結束注漿。

注漿完畢后應立即將兩路吸漿管改吸清水，清洗泵腔和管路。制漿機、注漿泵等主要設備應每班維修并加油，每壓注水泥15噸進行一次大修。

(3)化學注漿壓力。根據巷道的承受能力，當供風量不低于3m3/min，供風壓力不低于0.5MP時，設計注漿終壓為3MP。

四、底板預應力組合錨索施工方案

1.底板組合錨索規格及鉆孔參數設計

(1)注漿加固范圍。北翼運輸大巷拉門點向里320m范圍。

(2)底板錨索規格。錨索選用3根直徑為Φ17.8mm、長度為15.5m的鋼絞線作為一束大錨索，頭部300mm段編織成串珠狀，以利用固結增強錨索拉力。錨索單根強度級別為1860MP，破壞負荷350.0KN，則3根錨索其破壞荷載為1050.0KN，采用注漿方法對底板錨索進行錨固。

(3)鉆孔參數。錨索鉆孔孔徑為Φ90mm；底板破碎時開孔孔徑為Φ130mm，下Φ127mm孔口管，孔口管長度1.5m。中間孔為垂直孔，兩邊孔外擺15°。

(4)錨索布置。采用排式布置方式，錨索排距3m ,間距1.5m，采用五花眼布置，配用400×400×16mm和200×200×12mm 鋼托盤各一塊。大巷加固段設計共布置321組。采用錨索張拉器張緊至單根鋼絞線80KN。

2.施工工藝

(1)因底板比較松軟破碎，先對底板進行水泥淺孔注漿，排距3m，每排3個孔，孔深2.5m，注漿壓力不大于3MP。

(2)孔口處理。提前清除碎渣，必要時用水泥、水玻璃處理孔口，以防塌孔。

(3)鉆孔。用Φ90mm鉆頭打到終孔位置。難于成孔時，先用風動鉆機配Φ130mm鉆頭按設計方位、角度鉆進1.5m時停止鉆進，下Φ127mm孔口管，再用水泥-水玻璃雙液漿固管，待漿液凝固后，從孔口管內用Φ90mm鉆頭打到終孔位置。

(4)錨索初期安裝。將已經解開順直的裝有導向帽的錨索推送入孔直至孔底，然后灌入42.5普通硅酸鹽水泥配制的水泥漿40升；用水泥編織袋堵塞錨索孔口，在錨索孔四周挖坑，規格為500×500×200mm，坑底開鑿注漿管引出導槽，規格為250×50×50mm；取出編織袋，用棉絲或水泥袋纏繞在錨索上，用鉆桿將其頂至距孔口2.5m處，深部注漿孔內5～6m，將深部注漿管和封孔注漿管引到孔外；7天后鋪設底網、工字鋼梯形梁、中間網并安裝托盤，進行預緊力張拉，要求單根拉力50KN。

(5)封孔。通過預埋的封孔注漿管對封孔段進行波雷因封孔注漿，通過預埋的深部注漿管對錨索孔的3～10m深處進行注漿，注漿壓力5～8Mpa。7天后進行二次張拉，要求單根拉力80KN。

(6)澆砼和預埋注漿管。現場澆注前將Φ42mm的底板注漿管與底網、中間網捆綁在一起，為最后的底板淺部注漿做準備。混凝土澆注7天后，進行掃孔、淺部注漿，注漿壓力不大于4MP。

施工過程中，現場操作人員應當按照嚴格執行相關施工技術要求，確保鉆機符合運行要求并進行性能檢查。任何參與注漿人員必須熟知要加固地點相關的作業規程及操作要求，熟悉避災路線。