专利名称：高速公路下伏采空区地表钻孔注浆投沙工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于地质灾害整治技术领域，具体的讲涉及高速公路下伏采空区地表 钻孔注浆投沙工艺。
背景技术：
采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区，矿体被采出后，自顶板岩层向上形 成三带垮落带、导水裂隙带和弯曲带，带来一系列环境岩土工程问题，如平地积水、道路裂 缝、房屋倒塌、耕地减少、农田减产等，给矿区工程建设留下很大隐患。对于采空区的治理主 要有以下几种方法
1、全充填法全部充填采空区支撑覆岩，以彻底消除地基沉陷隐患，采用注浆充填、水 砂充填和风机充填等，其中，以注浆法应用最广泛、效果最好；
2、局部支撑法局部支撑覆岩或地面构筑物，减小采空区空间跨度，防止顶板的垮落， 常用的方法有注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩柱或直接采用桩基法等；
3、加固围岩法注浆加固和强化采空区围岩结构，充填覆岩断裂带、弯曲带、岩土体离 层和裂缝，使之形成一个刚度大、整体性好的岩板结构，有效抵抗老采空区塌陷的向上发 展，使地表只产生相对均衡的沉陷，以保证地表构筑物的安全；
4、沉降法采取措施释放老采空区的沉降潜力法，在采空区地表未利用前，采取强制 措施加速老采空区活化和覆岩沉陷过程，消除对地表安全有较大威胁的地下空洞，在沉陷 基本稳定后再开发利用地表土地，常用方法有堆载预压法、高能级强夯法和水诱导沉降法 等；
5、桥梁跨越法对于跨度较小的采空区可采用修建桥梁跨越采空区；
6、其他方法对公路，也可采取绕避方案或修筑过渡路段或营运后的维修方案。由于高速公路有些采空区存在如下几个特殊的情况(1)采空区跨度大不能采 用桥跨法；(2)埋深大沉陷法一般适用于埋深极浅(IOm左右的采空区)，而且沉陷法治理 效果难以预计且可能存在一定的安全隐患，因此不能采用沉陷法；(3)经过对采空区的数 值模拟计算，以及现场勘探取芯结果表明对岩层离层注浆不可行，说明加固围岩法不可行；
(4)采空区存在大量水，以及大部分采空区已经封闭，不能进行井下作业，因此不能进行局 部支撑法。全充填法注浆材料一般以水泥粉煤灰为主，也有水泥粘土或水泥黄土浆材，因地 而异。全填充的用材成本较高。对于地处黄土高原向草原荒漠的过度地带，分属风沙地形 地貌、黄土沟壑区地貌，存在大量廉价的风积沙的榆神高速公路，从经济成本考虑，风积沙 在采空区的广泛应用成为设计和施工中的主要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种能应对采空区跨度大、埋深大等特殊情况，并针对存 在大量廉价的风积沙等地质情况，利用现成的风积沙填充采空区的高速公路下伏采空区地 表钻孔注浆投沙工艺。本发明的技术方案如下
高速公路下伏采空区地表钻孔注浆投沙工艺，包括钻孔、制浆及注浆投沙工艺，其中 钻孔包括定点、钻机安装及成孔，
定点使用经纬仪或全站仪测量仪器按照设计孔位进行实地放样； 钻机安装依据放样所设标志找出孔位，安装钻机；
成孔钻机定位以后，采用复合钻头开孔，护壁管维护孔壁，钻至稳定基岩3 5m处下 护壁管，下部钻探口径变径为89mm，继续钻至采空区中的塌陷冒落带或采空区顶板终孔； 注浆投沙工艺包括
(1)、在上述钻孔工艺中在钻孔安装好护壁导管后，安装投沙器，将投沙器用丝扣与护 壁导管内的注浆管连接，就形成了注浆投装置，该注浆投沙器具有投沙漏斗、注浆管、下料
导管；
(2)、安装好投沙器后，进行清孔试注浆，以检验管路的通畅与否及有无跑、冒、滴、漏现 象、是否存在坍孔和堵孔现象；在试注浆中，浆液通过投沙器的注浆管连续注入，孔口压力 及回风稳定时即可按设计进行注浆和投沙；
(3)、开始注浆时，在放料漏斗周围备沙，采用装载机运输，人工配合投沙，具体的讲先 通过注浆管上连接的注浆泵往采空区注浆，浆液连续流动后开始从投沙漏斗投沙，以浆液 带沙的方法投入到采空区且进入采空区的沙在浆液的带动下向四周扩散；
(4)、浆液及沙的不断注入堆积，在采空区内注浆孔下形成锥形，当浆液从孔口开始冒 浆时作为投沙结束的标准；
(5)、当投沙结束后，取下投沙漏斗，在投沙漏斗与下料导管的连接处安装压力表，其中 压力表的连接部将下料导管的进料口封闭，如果投沙器具有排气管则将排气管封闭，利用 注浆泵提供的注浆压力将浆液压至采空区还未填充到的区域；
(6)、当压浆完成后，取下投沙器下料导管，对注浆孔用混凝土进行终孔。上述方法能实现将地处黄土高原向草原荒漠的过度地带，分属风沙地形地貌、黄 土沟壑区地貌，存在大量廉价的风积沙利用起来对需要修筑高速路下伏采空区地进行填充 治理，从而达到节约成本的目的。有益效果本发明能达到结合修筑高速路段存在大量风积沙的具体地理情况，将 风积沙利用起来作为填充采空区的主要材料，从而到达大大降低成本。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1本发明的流程图2为投沙器的结构示意图。
具体实施例方式如图1、2所示
1、高速公路下伏采空区地表钻孔注浆投沙工艺，包括钻孔、制浆及注浆投沙工艺，其
中
钻孔包括定点、钻机安装及成孔， 定点使用经纬仪或全站仪测量仪器按照设计孔位进行实地放样； 钻机安装依据放样所设标志找出孔位，安装钻机；
成孔钻机定位以后，采用复合钻头开孔，护壁导管维护孔壁，钻至稳定基岩3 5m处 下护壁导管，下部钻探口径变径为89mm，继续钻至采空区中的塌陷冒落带或采空区顶板终 孔；
2、制浆工艺按以下步骤进行
(1 )、材料进场，水电开通，设备进场，修建蓄水池、搅拌池等基础设施，其中搅拌池包括 二级搅拌池和至少2个一级搅拌池；
(2)、将水和水泥注入一级搅拌池进行搅拌，水和粉煤灰注入不同的一级搅拌池进行搅
拌；
(3)、将上述分别搅拌好的水泥混合物及粉煤灰混合物过滤后注入二级搅拌池混合搅 拌成浆；
3、注浆投沙工艺包括
(1)、在上述钻孔工艺中在钻孔安装好护壁导管后，安装投沙器，将投沙器用丝扣与护 壁导管内的注浆管连接，就形成了注浆投装置，该注浆投沙器具有投沙漏斗4、注浆管2、下 料导管1 ；
(2)、安装好投沙器后，进行清孔试注浆，以检验管路的通畅与否及有无跑、冒、滴、漏现 象、是否存在坍孔和堵孔现象；在试注浆中，浆液通过投沙器的注浆管2连续注入，孔口压 力及回风稳定时即可按设计进行注浆和投沙；
(3)、开始注浆时，在放料漏斗4周围备沙，采用装载机运输，人工配合投沙，具体的讲 先通过注浆管2上连接的注浆泵往采空区注浆，浆液连续流动后开始从投沙漏斗4投沙，以 浆液带沙的方法投入到采空区且进入采空区的沙在浆液的带动下向四周扩散；
(4)、浆液及沙的不断注入堆积，在采空区内注浆孔下形成锥形，当浆液从孔口开始冒 浆时作为投沙结束的标准；
(5)、当投沙结束后，取下投沙漏斗4，在投沙漏斗4与下料导管1的连接处安装压力表， 其中压力表的连接部将下料导管1的进料口封闭，如果投沙器具有排气管3则将排气管3 封闭，利用注浆泵提供的注浆压力将浆液压至采空区还未填充到的区域；
(6)、当压浆完成后，取下投沙器下料导管1，对注浆孔用混凝土进行终孔。具体的讲
(1)浇注孔口管安装投沙器
注浆投沙下料导管1采用Φ 76钢管，下端2m处接Φ 130mm法兰盘，下料导管1的法兰 盘下至孔内变径处，然后孔内放入少量黄土，然后灌入水灰比为1:1.5的水泥沙浆，浇铸长 度为8m。为加快施工周期，水泥沙浆液中应加水泥重量的2%速凝剂。用石灰作稳固剂的一 般掺量为8% 10%，其施工、取材方便，造价低；用水泥作稳固剂的掺量一般为4% 6%，该方法造价较高，且在秋、冬季雨天施工时，工期太短，不得已才采用，其优点是不需太长的养生时间，就可使地基固化板结达到施工要求的强度。所以，在软土地基表层处理中以石灰 作为稳固剂较为普遍。(2)清孔试注浆
开始注浆投沙前，先采用水胶比=1 :1、水泥粉煤灰=2:8的较稀浆液进行清孔试注，以 检验管路的通畅与否及有无跑、冒、滴、漏现象，、是否存在坍孔和堵孔现象。(3)间歇式注浆、投沙
在试注浆中，浆液注入连续，孔口压力及回风稳定时即可按设计进行注浆和投沙。①正式注浆采用经试验水胶比=1 :1. 2水泥粉煤灰=2:8固结时间满足设计要求 的配合比。通过试验证明将注浆下料导管1进料口位移至与原地面以下，在下料导管1进 料口处开挖形成自然土漏斗后，既方便储沙，又能大大加快投沙速度。②第一次注浆采用较稀的浆液，充分利用流动性，加大浆液与沙混合液的扩散半 径。每次注浆量控制在单孔计算注浆投沙量的30%，然后间歇一段时间，间歇时间不低于浆 液试验的初凝时间。当单孔注浆投沙量超过计算值仍不起压、孔口回风仍然较大时，应改用 更浓的浆液进行加注，同时在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂(或水玻璃)，加速凝固，缩短 施工周期。孔口起压后，根据压力上升快慢调整泵量或配合比。③当采取上述方法，孔内仍无注满迹象时，可暂停待相邻孔口注满时再注浆投沙 填充。或与相邻孔同时进行注浆投沙填充。(4)压浆封孔
取下投沙漏斗4，在下料导管1顶端安装压力表，压力表最大指数为lOMPa。压浆末期， 泵压逐渐升高，当注浆压力在1.2MPa左右(根据埋深、空隙等实际情况压力可在广3MPa之 间)，同时泵量在7(Tl00L/min时，维持时间在l(Tl5min，结束压浆。压浆结束要通清水进行 洗管，避免浆液在管内凝固。压浆应满足如下几个原则
①压浆时，孔口压力上升但未达到结束压力时又突然下降，并且持续15min无上升，就 要等周边的孔都投沙完成后，再进行复压浆，这样可以防止压入的浆液跑到其他未投沙注 浆的孔洞(采空区)中，避免难以达到压浆的效果。复压浆时仍不起压，可附近几个孔同时压 浆。②浆液应从稀浆(1 :Γ :1.2)、低流量(彡90L/min)开始，当浆液孔口压力 彡0. 6MPa时，可逐渐加大流量；
③当孔口压力>1.OMPa时，要降低流量，要求用稠浆(1 1. 3 1 1.4)；
④对于地面冒浆孔，间歇次数不得超过三次，当第三次注浆又发生冒浆时，终止压浆。为防止地表水随着注浆孔流入到采空区内，当压浆完成后，旋下孔口以上料导管 1，对注浆孔用混凝土进行封孔。
权利要求
高速公路下伏采空区地表钻孔注浆投沙工艺，包括钻孔、制浆及注浆投沙工艺，其中钻孔包括定点、钻机安装及成孔，定点使用经纬仪或全站仪测量仪器按照设计孔位进行实地放样；钻机安装依据放样所设标志找出孔位，安装钻机；成孔钻机定位以后，采用复合钻头开孔，护壁管维护孔壁，钻至稳定基岩3～5m处下护壁管，下部钻探口径变径为89mm，继续钻至采空区中的塌陷冒落带或采空区顶板终孔；其特征在于注浆投沙工艺包括(1)、在上述钻孔工艺中在钻孔安装好护壁导管后，安装投沙器，将投沙器用丝扣与护壁导管内的注浆管连接，就形成了注浆投装置，该注浆投沙器具有投沙漏斗、注浆管、下料导管；(2)、安装好投沙器后，进行清孔试注浆，以检验管路的通畅与否及有无跑、冒、滴、漏现象、是否存在坍孔和堵孔现象；在试注浆中，浆液通过投沙器的注浆管连续注入，孔口压力及回风稳定时即可按设计进行注浆和投沙；(3)、开始注浆时，在放料漏斗周围备沙，采用装载机运输，人工配合投沙，具体的讲先通过注浆管上连接的注浆泵往采空区注浆，浆液连续流动后开始从投沙漏斗投沙，以浆液带沙的方法投入到采空区且进入采空区的沙在浆液的带动下向四周扩散；(4)、浆液及沙的不断注入堆积，在采空区内注浆孔下形成锥形，当浆液从孔口开始冒浆时作为投沙结束的标准；(5)、当投沙结束后，取下投沙漏斗，在投沙漏斗与下料导管的连接处安装压力表，其中压力表的连接部将下料导管的进料口封闭，如果投沙器具有排气管则将排气管封闭，利用注浆泵提供的注浆压力将浆液压至采空区还未填充到的区域；(6)、当压浆完成后，取下投沙器下料导管，对注浆孔用混凝土进行终孔。
全文摘要
本发明公开了一种高速公路下伏采空区地表钻孔注浆投沙工艺，包括钻孔、制浆及注浆投沙工艺，其中注浆投沙工艺包括安装投沙器，清孔试注浆，注浆投沙及压浆。本发明能达到结合修筑高速路段存在大量风积沙的具体地理情况，将风积沙利用起来作为填充采空区的主要材料，从而到达大大降低成本。
文档编号E02D3/12GK101806059SQ201010137950
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者全孝, 肖均, 高文宗, 黄俊文 申请人:中铁二局股份有限公司;陕西榆林榆神高速公路有限公司