河流下浅埋砂泥岩互层超前预注浆时变模型及工程应用

摘要

注浆是一种有效的地基加固及防渗处理技术,浆液扩散范围预测则是注浆技术的重点和难点之一,而层状岩体由于物理力学性质的各向异性使得浆液的扩散更加复杂.新维矿3条斜井均近距离下穿镇舟河底部,斜井顶板至河床强风化层最近距离仅约10 m,为消除施工过程中的涌水威胁,采用了超前预注浆防渗技术,掘进工作面循环作业,钻爆法开挖,超前支护,现浇钢筋砼拱,再进行防水处理;其次,结合现场近水平分布砂泥岩互层特征,并考虑浆液黏度的时变性,建立了砂泥岩互层时变性注浆模型,并对不同工况下的注浆扩散范围进行了模拟;结合模拟结果与现场条件,选用水泥单液浆为主,水泥-水玻璃双液浆作为补充材料,在掘进工作面布置注浆孔16个,注浆压力6 MPa,采用分段下行式注浆,每个预注浆循环的长30 m,从后往前一段一段地钻注至终深,单个注浆段长5 m,反复注浆,反复扫孔.注浆时利用P-q-t曲线对单孔注浆效果进行检验,以注浆压力达到预设值且注浆流量持续减小作为停注条件;此外钻孔取心试验发现浆液与裂隙岩体形成了渗透率较低而强度较高的结石体,且浆液在水平方向的扩散明显占优,远大于垂直方向的渗透距离,浆液扩散范围近似呈椭球形分布.此外,通过注浆前后围岩渗透性对比发现,注浆后按巴布金公式得到的渗透系数在3 mm/d左右,与注浆前压水试验得到的岩体渗透系数(0.239和0.204 m/d)相比降低了近2个数量级.实践表明,该超前预注浆技术及时变性注浆扩散模型在砂泥岩地层防渗中得到成功应用,保障了河流下矿井安全高效施工.