冻结壁保护下的壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法与流程

本发明涉及一种壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法，特别是一种冻结壁保护下的壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法。

背景技术：

立井井筒是整个煤矿安全生产的咽喉，在穿越深厚表土层时冻结法凿井技术得到了广泛应用，传统的表土段井壁采用双层井壁结构，在冻结壁的保护下先由上向下分段浇筑外层井壁，然后再由下向上施工内层井壁，内外层井壁之间敷设泡沫板，克服矿井长期运营期间地层沉降引起的竖直附加力对内层井壁的影响，由于施工、低温养护、水土压力等条件限制，一般认为外层井壁必然破裂，所有水压由内层井壁承担。多是在井筒建成，且冻结壁融化后，井筒内大量渗水才开始：(1)壁间注浆、(2)壁后注浆，或者(3)地面注浆等工程措施。

冻结壁融化后水力联系已经充填了孔隙，注浆时承受水压力作用，造成注浆堵水难，堵水效果差，经济成本高，占有井筒时间长等不利影响。同时井筒内渗水对井壁结构自身安全和井筒内装备的使用寿命都会产生严重影响，当涌水量过大甚至会影响到整个矿井安全。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是要提供一种既能达到堵水效果，同时又能尽量发挥内、外井壁共同承载，改善井壁受力的冻结壁保护下的壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该施工方法，主动选择冻结壁保护下的注浆时机，在施工内层井壁的同时，在内、外壁之间预埋注浆管，待内层井壁施工完成后，且冻结壁未融化之前，在冻结壁保护下，在地面对内、外层井壁壁间进行注浆，对内、外层井壁壁间实施主动封堵，提高注浆保护效果，充分提高外层井壁的封水效果，发挥内、外层井壁共同承载作用。

具体步骤如下：

(1)主动选择凿井双层井壁的壁间进行注浆，注浆时机的选择在内壁施工完成达到70％以上强度，按照井筒混凝土的龄期计算，冻结壁未融化时开始注浆，此时注浆的压力小，注浆密实，通过提高注浆压力可以充分充填外壁模板出的孔隙提高外层井壁的整体性和承受水压的能力。

(2)壁间注浆后，在壁间注浆堵水，加强外层井壁封水，改善内层井壁单独承受承压水压，充分发挥内外层井壁共同承载的作用，在确保安全的前提下，减小内层井壁的厚度5～15％。

(3)根据井径大小再在内外层井壁之间均布4～10根注浆管，单根注浆管控制水平范围2～4m。

(4)注浆管开口位置主要预留在外壁模板接茬处，在含水层范围内适当多留注浆口，注浆口采用软泥堵好，避免内壁浇筑时堵塞。

(5)根据所注地层特性及含水层位置和勘查涌水量来划分注浆段高。

(6)在井筒水平方向对称注浆，浆液浓度先浓后稀，在表土含水层多注浓浆。

(7)注浆压力控制在内、外壁混凝土能够承受的压力范围内，一般较所注层位静水压力大0.5～1.0Mpa。

(8)注入量及压力达到标准后，经检查所注范围无漏浆现象，并且上段预埋注浆管出浆时，利用双液浆封孔；关闭孔口管阀门，结束该段注浆工程。

有益效果，由于采用了上述方案，在施工内层井壁的同时，预埋内、外壁之间的注浆管，待内层井壁施工完成后，在冻结壁保护下，在地面对内、外层井壁壁间进行注浆，改变原来的被动堵水为主动封堵，冻结壁保护下的注浆时机可以有效地提高了注浆的效果，充分发挥了外层井壁的封水效果和内、外层井壁共同承载作用。

壁间注浆后，增大了外层井壁的封水性能，充分发挥了外层井壁的承载性能(传统设计中认为外层井壁不能承受水压)，改善内层井壁设计中单独承受水压的设计思路，充分发挥内、外层井壁共同承载的作用，可以在确保安全的前提下，减小内层井壁的厚度5～15％。

注浆时间的选择尤为重要，传统的施工措施是在冻结壁融化后，井筒内渗水量加大时才开始注浆堵水，此时内层井壁除了承受外层井壁压力，还要承受水压，内、外壁间或者外壁后注浆堵水很难保证效果，且高压注浆对内层井壁有可能造成破坏，井筒内注浆同时也会影响基岩段井筒施工的进度；冻结壁的保护，可以确保内、外层井壁之间没有水压，注浆阻力最小，在同等注浆压力和注浆量下，内、外壁间注浆充填的密实度可以达到最大，注浆的效果最好；还可以充分充填外壁模板接茬处的缝隙，大大提高外壁的完整性。

优点：主动选择凿井双层井壁的壁间进行注浆，达到良好的壁间注浆堵水效果，提升外层井壁的整体性和抵抗水压的能力，极大改善内、外层井壁的共同受力状态，同时也为井筒正常运营期间的井筒防治水奠定了基础。

注浆压力小、注浆密实，注浆后大大提高了外层井壁的密封性能，冻结壁融化后水压不会直接作用在内层井壁上，极大改善了内层井壁和外层井壁的受力状态，确保基岩段井筒施工不会受到上部表土含水层的影响，同时也为井筒正常运营期间的井筒防治水奠定了基础。该技术改变原来的被动堵水为主动封堵，冻结壁保护下的注浆时机可以有效地提高了注浆的效果，充分发挥了外层井壁的封水效果和内、外层井壁共同承载作用，具有：施工简便、性价比高、封水效果明显，节省工期等多重优点。

附图说明：

图1为冻结法凿井双层井壁结构示意图。

图2为壁间注浆管布置平面示意图。

图3为壁间注浆管布置剖面展开示意图。

1-井筒中心线，2-内层井壁，3-内、外壁间夹层，4-外层井壁，5-冻结管，6-人工冻结壁，7-表土层，8-表土含水层，9-表土基岩交界面，10-基岩段，11-壁座，12-基岩段井壁，13-注浆管，14-冻土与非冻土分界面，15-外层井壁接茬，16-注浆口。

具体实施方式

该施工方法，主动选择冻结壁保护下的注浆时机，在施工内层井壁的同时，在内、外壁之间预埋注浆管，待内层井壁施工完成后，且冻结壁未融化之前，在冻结壁保护下，在地面对内、外层井壁壁间进行注浆，对内、外层井壁壁间实施主动封堵，提高注浆保护效果，充分提高外层井壁的封水效果，发挥内、外层井壁共同承载作用。

具体步骤如下：

(1)主动选择凿井双层井壁的壁间进行注浆，注浆时机的选择在内壁施工完成达到70％以上强度，按照井筒混凝土的龄期计算，冻结壁未融化时开始注浆，此时注浆的压力小，注浆密实，通过提高注浆压力可以充分充填外壁模板出的孔隙提高外层井壁的整体性和承受水压的能力。

(2)壁间注浆后，在壁间注浆堵水，加强外层井壁封水，改善内层井壁单独承受承压水压，充分发挥内外层井壁共同承载的作用，在确保安全的前提下，减小内层井壁的厚度5～15％。

(3)根据井径大小再在内外层井壁之间均布4～10根注浆管，单根注浆管控制水平范围2～4m。

(4)注浆管开口位置主要预留在外壁模板接茬处，在含水层范围内适当多留注浆口，注浆口采用软泥堵好，避免内壁浇筑时堵塞。

(5)根据所注地层特性及含水层位置和勘查涌水量来划分注浆段高。

(6)在井筒水平方向对称注浆，浆液浓度先浓后稀，在表土含水层多注浓浆。

(7)注浆压力控制在内、外壁混凝土能够承受的压力范围内，一般较所注层位静水压力大0.5～1.0Mpa。

(8)注入量及压力达到标准后，经检查所注范围无漏浆现象，并且上段预埋注浆管出浆时，利用双液浆封孔；关闭孔口管阀门，结束该段注浆工程。

利用人工冻结壁的封水性，在内层井壁施工完成且冻结壁没有融化之前，主动对冻结法凿井双层井壁的壁间进行注浆，此时注浆的主要优点有：注浆压力小、注浆密实，注浆后大大提高了外层井壁的密封性能，冻结壁融化后水压不会直接作用在内层井壁上，极大改善了内层井壁和外层井壁的受力状态，确保基岩段井筒施工不会受到上部表土含水层的影响，同时也为井筒正常运营期间的井筒防治水奠定了基础。该技术改变原来的被动堵水为主动封堵，冻结壁保护下的注浆时机可以有效地提高了注浆的效果，充分发挥了外层井壁的封水效果和内、外层井壁共同承载作用，具有：施工简便、性价比高、封水效果明显，节省工期等多重优点。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：如图1所示，一种冻结壁保护下的壁间注浆防水及强化井壁结构技术与施工方法，首先在内层井壁2由下向上施工时，根据立井井筒的直径，在内层井壁2和外层井壁4之间均匀布置4～10根注浆管13，同时在外层井壁的接茬15处预留注浆口16，当遇到表土含水层8时，加密预留注浆口16(1～2m间隔)。

注浆工艺：内层井壁2施工完成，强度达到设计强度的70％以上，且冻结壁6未融化之前，开始内外层井壁壁间注浆；注浆顺序先下后上，再由上自下，浆液先浓后稀，沿着井筒对称注浆；注浆压力按照大于所注地层静水压力0.5～1.0MPa控制，注浆停止按照注浆量及注浆压力两个指标控制。

通过冻结壁6保护下的壁间注浆，可以达到最优的注浆封闭效果，既改善了外层井壁4的密封性和承载力，也减少了直接作用在内层井壁2上的水压，同时还充分发挥了内外层井壁的共同承载的效果，可以为减少内层井壁2的厚度设计提供科学的依据。

本发明的壁间注浆具体施工步骤如下：

1.明确冻结法凿井穿越的地层，明确表土含水层8的位置、厚度、涌水量信息；

2.明确冻结法凿井双层井壁结构特征：井壁的结构尺寸，内外层井壁壁间孔隙尺寸、外层井壁的模板高度、内外层井壁的混凝土强度等级及龄期；

3.依据井壁的几何特征确定注浆管的布置位置及数量，数量按照外层井壁的内层圈径除以3m，取整，在井筒平面内对称布置；

4.针对表土含水层8的位置及外层井壁的接茬15位置，预制注浆管的注浆口16，注浆口用软泥封堵，注浆管15由下向上分段预制焊接；

5.按照内层井壁2的龄期特征和冻结壁的温度监测结构，在确保内层井壁的结构强度的前提下，在地面开始壁间注浆工作；

6.注浆的顺序：先下后上，再由上自下复注；

7.注浆浆液：先浓后稀，表土含水层层位注浓浆；

8.双孔对称注浆，避免非对称注浆对井壁结构的破坏；

9.当注浆量达到设计标准或者注浆压力超过设计标准，即停止本段注浆，利用双液浆封孔。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。