高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝的製作方法
2023-05-26 05:42:16 1
專利名稱：高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於地質災害整治技術領域，具體的講涉及高速公路下伏採空區地表 鑽孔注漿投沙工藝。
背景技術：
採空區是指地下礦產被採出後留下的空洞區，礦體被採出後，自頂板巖層向上形 成三帶垮落帶、導水裂隙帶和彎曲帶，帶來一系列環境巖土工程問題，如平地積水、道路裂 縫、房屋倒塌、耕地減少、農田減產等，給礦區工程建設留下很大隱患。對於採空區的治理主 要有以下幾種方法
1、全充填法全部充填採空區支撐覆巖，以徹底消除地基沉陷隱患，採用注漿充填、水 砂充填和風機充填等，其中，以注漿法應用最廣泛、效果最好；
2、局部支撐法局部支撐覆巖或地面構築物，減小採空區空間跨度，防止頂板的垮落， 常用的方法有注漿柱、井下砌墩柱和大直徑鑽孔樁柱或直接採用樁基法等；
3、加固圍巖法注漿加固和強化採空區圍巖結構，充填覆巖斷裂帶、彎曲帶、巖土體離 層和裂縫，使之形成一個剛度大、整體性好的巖板結構，有效抵抗老採空區塌陷的向上發 展，使地表只產生相對均衡的沉陷，以保證地表構築物的安全；
4、沉降法採取措施釋放老採空區的沉降潛力法，在採空區地表未利用前，採取強制 措施加速老採空區活化和覆巖沉陷過程，消除對地表安全有較大威脅的地下空洞，在沉陷 基本穩定後再開發利用地表土地，常用方法有堆載預壓法、高能級強夯法和水誘導沉降法 等；
5、橋梁跨越法對於跨度較小的採空區可採用修建橋梁跨越採空區；
6、其他方法對公路，也可採取繞避方案或修築過渡路段或營運後的維修方案。由於高速公路有些採空區存在如下幾個特殊的情況(1)採空區跨度大不能採 用橋跨法；(2)埋深大沉陷法一般適用於埋深極淺(IOm左右的採空區)，而且沉陷法治理 效果難以預計且可能存在一定的安全隱患，因此不能採用沉陷法；(3)經過對採空區的數 值模擬計算，以及現場勘探取芯結果表明對巖層離層注漿不可行，說明加固圍巖法不可行；
(4)採空區存在大量水，以及大部分採空區已經封閉，不能進行井下作業，因此不能進行局 部支撐法。全充填法注漿材料一般以水泥粉煤灰為主，也有水泥粘土或水泥黃土漿材，因地 而異。全填充的用材成本較高。對於地處黃土高原向草原荒漠的過度地帶，分屬風沙地形 地貌、黃土溝壑區地貌，存在大量廉價的風積沙的榆神高速公路，從經濟成本考慮，風積沙 在採空區的廣泛應用成為設計和施工中的主要技術問題。
發明內容
本發明的目的是提供了一種能應對採空區跨度大、埋深大等特殊情況，並針對存 在大量廉價的風積沙等地質情況，利用現成的風積沙填充採空區的高速公路下伏採空區地 表鑽孔注漿投沙工藝。本發明的技術方案如下
高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝，包括鑽孔、製漿及注漿投沙工藝，其中 鑽孔包括定點、鑽機安裝及成孔，
定點使用經緯儀或全站儀測量儀器按照設計孔位進行實地放樣； 鑽機安裝依據放樣所設標誌找出孔位，安裝鑽機；
成孔鑽機定位以後，採用複合鑽頭開孔，護壁管維護孔壁，鑽至穩定基巖3 5m處下 護壁管，下部鑽探口徑變徑為89mm，繼續鑽至採空區中的塌陷冒落帶或採空區頂板終孔； 注漿投沙工藝包括
(1)、在上述鑽孔工藝中在鑽孔安裝好護壁導管後，安裝投沙器，將投沙器用絲扣與護 壁導管內的注漿管連接，就形成了注漿投裝置，該注漿投沙器具有投沙漏鬥、注漿管、下料
導管；
(2)、安裝好投沙器後，進行清孔試注漿，以檢驗管路的通暢與否及有無跑、冒、滴、漏現 象、是否存在坍孔和堵孔現象；在試注漿中，漿液通過投沙器的注漿管連續注入，孔口壓力 及迴風穩定時即可按設計進行注漿和投沙；
(3)、開始注漿時，在放料漏鬥周圍備沙，採用裝載機運輸，人工配合投沙，具體的講先 通過注漿管上連接的注漿泵往採空區注漿，漿液連續流動後開始從投沙漏鬥投沙，以漿液 帶沙的方法投入到採空區且進入採空區的沙在漿液的帶動下向四周擴散；
(4)、漿液及沙的不斷注入堆積，在採空區內注漿孔下形成錐形，當漿液從孔口開始冒 漿時作為投沙結束的標準；
(5)、當投沙結束後，取下投沙漏鬥，在投沙漏鬥與下料導管的連接處安裝壓力表，其中 壓力表的連接部將下料導管的進料口封閉，如果投沙器具有排氣管則將排氣管封閉，利用 注漿泵提供的注漿壓力將漿液壓至採空區還未填充到的區域；
(6)、當壓漿完成後，取下投沙器下料導管，對注漿孔用混凝土進行終孔。上述方法能實現將地處黃土高原向草原荒漠的過度地帶，分屬風沙地形地貌、黃 土溝壑區地貌，存在大量廉價的風積沙利用起來對需要修築高速路下伏採空區地進行填充 治理，從而達到節約成本的目的。有益效果本發明能達到結合修築高速路段存在大量風積沙的具體地理情況，將 風積沙利用起來作為填充採空區的主要材料，從而到達大大降低成本。
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中 圖1本發明的流程圖2為投沙器的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1、2所示
1、高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝，包括鑽孔、製漿及注漿投沙工藝，其
中
鑽孔包括定點、鑽機安裝及成孔， 定點使用經緯儀或全站儀測量儀器按照設計孔位進行實地放樣； 鑽機安裝依據放樣所設標誌找出孔位，安裝鑽機；
成孔鑽機定位以後，採用複合鑽頭開孔，護壁導管維護孔壁，鑽至穩定基巖3 5m處 下護壁導管，下部鑽探口徑變徑為89mm，繼續鑽至採空區中的塌陷冒落帶或採空區頂板終 孔；
2、製漿工藝按以下步驟進行
(1 )、材料進場，水電開通，設備進場，修建蓄水池、攪拌池等基礎設施，其中攪拌池包括 二級攪拌池和至少2個一級攪拌池；
(2)、將水和水泥注入一級攪拌池進行攪拌，水和粉煤灰注入不同的一級攪拌池進行攪
拌；
(3)、將上述分別攪拌好的水泥混合物及粉煤灰混合物過濾後注入二級攪拌池混合攪 拌成漿；
3、注漿投沙工藝包括
(1)、在上述鑽孔工藝中在鑽孔安裝好護壁導管後，安裝投沙器，將投沙器用絲扣與護 壁導管內的注漿管連接，就形成了注漿投裝置，該注漿投沙器具有投沙漏鬥4、注漿管2、下 料導管1 ；
(2)、安裝好投沙器後，進行清孔試注漿，以檢驗管路的通暢與否及有無跑、冒、滴、漏現 象、是否存在坍孔和堵孔現象；在試注漿中，漿液通過投沙器的注漿管2連續注入，孔口壓 力及迴風穩定時即可按設計進行注漿和投沙；
(3)、開始注漿時，在放料漏鬥4周圍備沙，採用裝載機運輸，人工配合投沙，具體的講 先通過注漿管2上連接的注漿泵往採空區注漿，漿液連續流動後開始從投沙漏鬥4投沙，以 漿液帶沙的方法投入到採空區且進入採空區的沙在漿液的帶動下向四周擴散；
(4)、漿液及沙的不斷注入堆積，在採空區內注漿孔下形成錐形，當漿液從孔口開始冒 漿時作為投沙結束的標準；
(5)、當投沙結束後，取下投沙漏鬥4，在投沙漏鬥4與下料導管1的連接處安裝壓力表， 其中壓力表的連接部將下料導管1的進料口封閉，如果投沙器具有排氣管3則將排氣管3 封閉，利用注漿泵提供的注漿壓力將漿液壓至採空區還未填充到的區域；
(6)、當壓漿完成後，取下投沙器下料導管1，對注漿孔用混凝土進行終孔。具體的講
(1)澆注孔口管安裝投沙器
注漿投沙下料導管1採用Φ 76鋼管，下端2m處接Φ 130mm法蘭盤，下料導管1的法蘭 盤下至孔內變徑處，然後孔內放入少量黃土，然後灌入水灰比為1:1.5的水泥沙漿，澆鑄長 度為8m。為加快施工周期，水泥沙漿液中應加水泥重量的2%速凝劑。用石灰作穩固劑的一 般摻量為8% 10%，其施工、取材方便，造價低；用水泥作穩固劑的摻量一般為4% 6%，該方法造價較高，且在秋、冬季雨天施工時，工期太短，不得已才採用，其優點是不需太長的養生時間，就可使地基固化板結達到施工要求的強度。所以，在軟土地基表層處理中以石灰 作為穩固劑較為普遍。(2)清孔試注漿
開始注漿投沙前，先採用水膠比=1 :1、水泥粉煤灰=2:8的較稀漿液進行清孔試注，以 檢驗管路的通暢與否及有無跑、冒、滴、漏現象，、是否存在坍孔和堵孔現象。(3)間歇式注漿、投沙
在試注漿中，漿液注入連續，孔口壓力及迴風穩定時即可按設計進行注漿和投沙。①正式注漿採用經試驗水膠比=1 :1. 2水泥粉煤灰=2:8固結時間滿足設計要求 的配合比。通過試驗證明將注漿下料導管1進料口位移至與原地面以下，在下料導管1進 料口處開挖形成自然土漏鬥後，既方便儲沙，又能大大加快投沙速度。②第一次注漿採用較稀的漿液，充分利用流動性，加大漿液與沙混合液的擴散半 徑。每次注漿量控制在單孔計算注漿投沙量的30%，然後間歇一段時間，間歇時間不低於漿 液試驗的初凝時間。當單孔注漿投沙量超過計算值仍不起壓、孔口迴風仍然較大時，應改用 更濃的漿液進行加注，同時在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑(或水玻璃)，加速凝固，縮短 施工周期。孔口起壓後，根據壓力上升快慢調整泵量或配合比。③當採取上述方法，孔內仍無注滿跡象時，可暫停待相鄰孔口注滿時再注漿投沙 填充。或與相鄰孔同時進行注漿投沙填充。(4)壓漿封孔
取下投沙漏鬥4，在下料導管1頂端安裝壓力表，壓力表最大指數為lOMPa。壓漿末期， 泵壓逐漸升高，當注漿壓力在1.2MPa左右(根據埋深、空隙等實際情況壓力可在廣3MPa之 間)，同時泵量在7(Tl00L/min時，維持時間在l(Tl5min，結束壓漿。壓漿結束要通清水進行 洗管，避免漿液在管內凝固。壓漿應滿足如下幾個原則
①壓漿時，孔口壓力上升但未達到結束壓力時又突然下降，並且持續15min無上升，就 要等周邊的孔都投沙完成後，再進行復壓漿，這樣可以防止壓入的漿液跑到其他未投沙注 漿的孔洞(採空區)中，避免難以達到壓漿的效果。復壓漿時仍不起壓，可附近幾個孔同時壓 漿。②漿液應從稀漿(1 :Γ :1.2)、低流量(彡90L/min)開始，當漿液孔口壓力 彡0. 6MPa時，可逐漸加大流量；
③當孔口壓力>1.OMPa時，要降低流量，要求用稠漿(1 1. 3 1 1.4)；
④對於地面冒漿孔，間歇次數不得超過三次，當第三次注漿又發生冒漿時，終止壓漿。為防止地表水隨著注漿孔流入到採空區內，當壓漿完成後，旋下孔口以上料導管 1，對注漿孔用混凝土進行封孔。
權利要求
高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝，包括鑽孔、製漿及注漿投沙工藝，其中鑽孔包括定點、鑽機安裝及成孔，定點使用經緯儀或全站儀測量儀器按照設計孔位進行實地放樣；鑽機安裝依據放樣所設標誌找出孔位，安裝鑽機；成孔鑽機定位以後，採用複合鑽頭開孔，護壁管維護孔壁，鑽至穩定基巖3～5m處下護壁管，下部鑽探口徑變徑為89mm，繼續鑽至採空區中的塌陷冒落帶或採空區頂板終孔；其特徵在於注漿投沙工藝包括(1)、在上述鑽孔工藝中在鑽孔安裝好護壁導管後，安裝投沙器，將投沙器用絲扣與護壁導管內的注漿管連接，就形成了注漿投裝置，該注漿投沙器具有投沙漏鬥、注漿管、下料導管；(2)、安裝好投沙器後，進行清孔試注漿，以檢驗管路的通暢與否及有無跑、冒、滴、漏現象、是否存在坍孔和堵孔現象；在試注漿中，漿液通過投沙器的注漿管連續注入，孔口壓力及迴風穩定時即可按設計進行注漿和投沙；(3)、開始注漿時，在放料漏鬥周圍備沙，採用裝載機運輸，人工配合投沙，具體的講先通過注漿管上連接的注漿泵往採空區注漿，漿液連續流動後開始從投沙漏鬥投沙，以漿液帶沙的方法投入到採空區且進入採空區的沙在漿液的帶動下向四周擴散；(4)、漿液及沙的不斷注入堆積，在採空區內注漿孔下形成錐形，當漿液從孔口開始冒漿時作為投沙結束的標準；(5)、當投沙結束後，取下投沙漏鬥，在投沙漏鬥與下料導管的連接處安裝壓力表，其中壓力表的連接部將下料導管的進料口封閉，如果投沙器具有排氣管則將排氣管封閉，利用注漿泵提供的注漿壓力將漿液壓至採空區還未填充到的區域；(6)、當壓漿完成後，取下投沙器下料導管，對注漿孔用混凝土進行終孔。
全文摘要
本發明公開了一種高速公路下伏採空區地表鑽孔注漿投沙工藝，包括鑽孔、製漿及注漿投沙工藝，其中注漿投沙工藝包括安裝投沙器，清孔試注漿，注漿投沙及壓漿。本發明能達到結合修築高速路段存在大量風積沙的具體地理情況，將風積沙利用起來作為填充採空區的主要材料，從而到達大大降低成本。
文檔編號E02D3/12GK101806059SQ201010137950
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者全孝, 肖均, 高文宗, 黃俊文 申請人:中鐵二局股份有限公司;陝西榆林榆神高速公路有限公司