对井巷工程中流沙层的治理措施研究

羊再兴

【摘要】近年来，随着中国经济的飞速发展，除了要选择在地质条件良好的场地上开展建设，有时也会因工程所需在地质条件不良的地基上施工。所以选择经济、安全且高效的治理方法对井巷工程安全施工起着经济的促进作用。本文以井巷工程中流砂层特性为切入点，探讨分析流砂层的危害，并给予相应的治理措施，尽可能为工程提供经济可行的过滤流砂层施工方法，为后续治理流砂层提供参考经验。

【关键词】井巷工程；流沙层；存在问题；治理措施

一、 井巷工程中流沙层危害

流沙是一些细小颗粒的混合砂体层，流砂层则是当水的渗流方向与土体重力方向相反时，水流动会有一个向上的动水力，一旦与水下的有效重度相等时，即处于悬浮状态的土颗粒会失去稳定，从而发生流沙现象。流沙会在水流动时一起跟着流动，形成流沙层。井巷工程中的流沙层如果没有得到处理，会导致沙土掩埋开凿好的空间，地面会因大面积的沙土流失而塌陷，使地面建筑安全受到严重影响。

二、井巷工程中流砂层危害治理措施

超前小管棚施工：

1）工艺原理。

在破碎松散岩体中钻孔后打入小导管，往导管内部灌入具有你胶凝性质的浆液，在注浆压力下浆液会快速以脉状深入破碎松散岩体中并将其中存在的水分、空气排出，以胶化和胶结的形式固定松散破碎体，从而形成具有抗渗阻水能力和强度的固结体，这种固结体以浆胶为骨架，有利于提高围岩的稳定性、抗渗性及整体性。之后固结体与超前小管棚形成有强度的壳体便于开挖支护施工。

2）小管棚及注浆。

在拱部处布置6.0 m/根及d为50.0 m的小导管，纵向环距4.0 m，环向间距20.0 m，具体为实施作一排小导管就开挖支护4.0 m，采用525号普通硅酸盐水泥掺入3%～5%的水泥用量的40Be水玻璃，从而缩短浆液胶化固结时间，使浆液的扩散控制在规定范围内。

3）具体施工技术。

小导管加工：6.0 m/根及d为50.0 m的小导管一段加工成楔形，按梅花形間距从距另一端100.0 cm的位置直到楔形端之间开始布置为150 cm布设d为6.0 mm孔眼2排，有利于岩体内渗入小导管推进的浆液。

小导管安设：采用TY-27型风动凿岩机直接推送岩体松软，如果在推送过程中遇到比较坚硬的岩石，可先利用液压钻机钻眼成孔后，再继续向前推进。在对小导管前应注意准确测量隧道中心线和高程并按设计标出小导管的位置，保证误差在±15.0 mm；在坍塌段退1.0 m处砌厚度为1.0 m的止浆墙，为注浆做好准备工作。用线绳将隧道中心面标定出来，用钢尺随时检查钻孔，以此控制外插角是否和预期设计标准相符。为提前做好注浆作业准确，施工顺序应从两侧拱腰向拱顶进行。

开挖：本文研究采用台阶法开挖，先拱部后墙部，采用风镐分台阶开挖为控制超欠挖及减少对围岩的扰动。采用放小炮人工开挖核心土及中槽，根据围岩稳定性确定钢拱架的间距为1.0 m-2.0 m，当围岩稳定性处于极差时，可缩小钢拱架的间距，按钢拱架的两个单元对拱部、边墙开挖，围岩稳定性极差时上下台阶最大相距1.2 m。

4）支护。

全封闭支护防护目的在于更好地使井巷工程穿过含沙层，尤其当注浆处理壁后可避免出现下滑、下沉事故。选用快凝钢筋混凝土或是石块支护的支护材料有利于穿过含沙层的施工和提高支护效果。在井筒内壁进行混凝土支护可以实现完全密封的效果，一定程度上也能避免发生流沙水损现象。一般流沙层的支护会遵循短掘短砌、分布砌筑及分布开挖原则。可以采用先拱后强，短段砌筑的方法在流沙层位于拱基线以下时，提高支护效果，用金属支架支撑位于拱基线以上的流沙层，密集板桩内打入穿梁，促使流沙层脱离施工拱基线区域内。

5）二次衬砌。

注浆过流砂层在施工过程中的基本原理就是通过注入水泥浆促使工程巷道当头周边范围的泥沙能快速胶结，从而形成一个有机统一的整体。在巷道掘进的过程中超前小管棚的施工可以在流砂层中形成新的井巷空洞。然而水泥和泥沙的胶结体在实际操作中短时间内不会垮塌，因而形成全新的自然平衡拱。之后采用预先制作的槽钢拱形支架在顶部胶结体破坏之前捣制混凝土，有利于形成坚固性且永久的钢筋混凝土支护。首先埋设注浆管；在巷道轮廓线沿拱顶处技术人员可以布置28个注浆钻孔，每个钻孔大约相距1米左右，埋设好注浆管后可沿着巷道轮廓线向外布置。技术人员可以在注浆管埋设初期采用8米长的注浆管掘进3～4个注浆循环，之后查看注浆效果，如果效果达到预期目的，可改用5米的注浆管，反之，应继续掘进1～2个注浆循环。其次注浆；水泥浆在注浆初始阶段一般会采用高浓度的比例实施注浆，水和灰的比例为1：1，后期则采用3：1的低浓度水与灰的比例。注浆浓度大小、裂隙的开度、注浆压力三者之间有紧密的联系，注浆会随着裂隙开度越来越大而增大，同时如果注浆压力减小，注浆浓度自然也会缩小。第三钢架立模及布筋；8米的注浆管和5米的注浆管通过先前的超前小管棚的施工和注浆的作用，在巷道的轮廓线以外与流砂层、水泥浆形成一个稳定的钢筋混凝土结构，有利于帮助井巷矿道形成充实、稳定的整体。第四壁后注浆；捣制钢架混凝土时因为拱部的收口段混凝土和理论水平差距较大，因此可在巷道顶部每隔4米埋设一组注浆管，在距离达到8米左右时进行壁后补注浆，只有当注浆匪力达到25千克每平方米时才能停止注浆。

6）工艺评价。

井巷工程通过采用注浆技术后，使存在的流沙层从不稳定转化为稳定，大幅度提高安全系数，节省用于维护施工成本的同时保障了施工安全。尤其在注浆后没有破坏流沙层整体性，与混凝土、槽钢钢架的配合形成牢固、稳定的支护。超前小导管棚顶支护、初期支护和周边开挖技术提高了流沙层的稳定性，使其不会往周边扩散，有助于减少周围流砂层对围岩的扰动。

三、结束语

综上所述，在井巷工程中应全面认识流砂层的形成原因和危害，只有这样才能有利于采取针对性的治理措施，从而准确在工程中因流砂层所造成的负面影响。通常流砂层的治理从支护和防水等方面开展工作，采用超前小导管支护和引水、疏干等方式降低流砂层水位，达到固沙作用，之后经支护措施快速通过流砂层，使工程满足安全要求的同时提高质量。

参考文献

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[2]张海峰，任敬贤.井巷工程中流沙层的治理方法研究[J].改革与开放，2011（12）：148.