鐵路多層采空區注漿封孔工藝探討

孫忠堯 王清秋

(1.東平鐵路有限責任公司，山東濟南 250022; 2.中鐵濟南工程技術有限公司，山東濟南 250022)

隨著地下煤層的不斷開挖，采空區上覆巖層頂板斷裂、破碎而冒落延伸到地表后，造成地面拉裂、塌陷、傾斜等不良地質現象，嚴重影響著鐵路的建設與安全運營，必須對采空區進行治理。注漿壓力的大小將決定漿液的擴散半徑和充填、壓密效果，注漿壓力大，漿液擴散距離遠，空隙中漿液充填的程度較高［1，2］，所以良好的封孔工藝能提供足夠的注漿壓力，確保漿液擴散距離，以達到良好的治理效果。

1 工程概況

新建東平鐵路在東都鎮經沈村礦區，DK1+480～DK3+522地面下有多層、富水、煤層采空區分布，其中DK2+530～DK2+590為斷層保護煤柱，線下空間上分布4層～5層復雜采空區，采空區變形引起地面多處塌陷、不均勻下沉及房屋變形，對東平鐵路工程的建設和運營安全產生嚴重影響，設計采用自上而下逐層注漿，然后復鉆至下一層采空區進行注漿的方法對采空區進行治理，遇見較大空洞時充填粗骨料，注漿終止壓力為1.0 MPa。沿鐵路線方向該采空區各煤層采空區情況統計見表1。

表1 各煤層采空區情況統計表

根據施工經驗，采空區注漿壓力過大時引起注漿管封孔失效，易出現從孔口周邊返漿、注漿壓力加不上去等問題;同時如采用塑料管作為注漿管，復鉆時將破壞已經澆筑的注漿管，后續注漿時需要在鉆至下一層采空區后重新澆筑，不僅浪費材料，而且延誤后續施工，因此必須對封孔工藝進行完善。

2 封孔工藝現場試驗情況

鉆孔完成后，封孔是注漿施工的一道關鍵工序，封孔質量對注漿質量和實現參數的控制等有著重要影響，當采用似法蘭盤簡易止漿時，注漿前發生塌孔或堵孔需要掃孔時，施工難度非常大［2］。使用時常見的封孔方法有以下幾種。

2.1 封孔深度的確定

該區域上部覆蓋約10 m厚的第四系土層，土巖界面處主要為砂類土、少量為薄層粉質粘土，砂類土孔隙率較大，是漿液擴散的良好通道，淺層擴散且上覆土層較薄，容易引起較小壓力下地面開裂、隆起，或在孔口附近發生返漿，不能達到既定的注漿壓力，現場對注漿管進入基巖1.0 m，3.0 m和5.0 m進行了試驗，根據對比注漿管進入完整基巖1.0 m由于基巖面存在一定的裂隙，漿液容易沿著裂隙進入第四系土層而在較小壓力下發生開裂、隆起或返漿問題，而進入基巖3.0 m和5.0m時封孔效果良好，因此注漿管澆筑深度為進入基巖不小于3.0 m。

2.2 注漿管的選取

由于該采空區存在較大空洞，設計中采用漿液充填粗骨料的方法進行處理，較小的注漿管容易被粗骨料堵塞，為方便添加粗骨料，注漿管直徑不小于90 mm，根據施工經驗，如采用塑料管作為注漿管，復鉆時將破壞已經澆筑的注漿管，后續注漿時需要在鉆至下一層采空區后重新澆筑，不僅浪費材料，而且延誤后續施工。因此現場使用直徑為91 mm、壁厚不小于2 mm的鋼管作為注漿管。

2.3 封孔材料及方法的選取

根據經驗，常見的封孔方法有以下3種:

1)粘土封孔。粘土具有一定抗剪強度，粘土球從孔口投入后，搗實后不透水，封閉位置較深，但由于粘土與巖土層和注漿管的粘結強度低，不能滿足既定的注漿壓力，最大僅為0.6 MPa，且復鉆時，受機械設備的振動等影響導致封孔失效。

2)濃水泥漿封孔。濃水泥漿封孔可分為先安放注漿管再用濃水泥漿置換孔內的泥漿和先用濃水泥漿置換孔內泥漿然后安放注漿管兩種方法，前者置換時，水泥漿管只能放在注漿管內或注漿管外側，受注漿管影響，管內、外泥漿不易置換徹底，置換時間較長，且由于置換不徹底封孔效果較差。后者置換時可以全孔返漿置換，封孔效果較好，最大注漿壓力可達到1.5 MPa。為縮短凝固時間，可在濃水泥漿液中加入適量的水玻璃。

3)水泥砂漿封孔。水泥砂漿封口，由于注漿管與巖土層之間空隙較小，水泥砂漿不能較好地塌落到孔底，因此采用孔周挖坑灌注水泥砂漿的封堵工藝，尺寸要求:直徑1.0 m，深度1.0 m，經試驗，加壓值達到0.3 MPa～0.5 MPa時就出現孔周冒漿的現象，因滿足壓力值太低，孔底入巖深度處未予封閉故漿液直接由上覆第四系地層中裂隙滲透而出，不能達到預期的封堵效果。但當注漿孔內不加粗骨料而使用直徑較小的注漿管、注漿管與巖土層之間空隙足夠大時，采用水泥砂漿效果良好，且凝結時間大大縮短。

3 結語

1)為確保注漿過程中不發生地面開裂、隆起，或在孔口附近返漿等問題，且注漿壓力能達到設計值，注漿管需進入基巖不小于3.0 m。2)為保證注漿時能從注漿管內順利添加粗骨料，開始注漿時采用自流注漿，以便添加粗骨料，且注漿管直徑不小于90 mm。3)經過大量加壓孔的現場試驗確定采用濃水泥漿封孔工藝時封孔效果較好，施工方法簡單易操作，終注時的壓力值一般在 1.2 MPa ～1.3 MPa，最大可達到 1.5 MPa。

［1］河南高速公路發展有限公司.高速公路下伏采空區治理工程——勘察設計、施工、監理、招投標［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］童立元.高速公路下伏采空區危害性評價與處治技術［M］.南京:東南大學出版社，2006.

［3］山西交通廳.高速公路采空區(空洞)勘察設計與施工治理手冊［M］.北京:人民交通出版社，2005.