羅克休灌漿技術在某電站斜井塌方段中的應用

崔偉強 劉裴 張衛誠

摘要：羅克休具有填充安全系數高，灌漿操作簡便，施工速度快，可最大限度的防止次生巖石位移，提高冒頂區圍巖的穩定，并防止冒頂塌方區域進一步擴大，羅克休回填灌漿技術在煤礦采煤塌方段應用較多[1]。本文結合某水電站下斜井不良地質段冒頂塌方事故實例，介紹利用羅克休灌漿填充材料填充隧洞斜井開挖段工作面冒頂空腔，并對羅克休回填灌漿填充施工技術、安全及應用效果進行分析研究。

關鍵詞：羅克休;填充技術;工作面冒頂;回填灌漿

一、工程概況

某電站于云南省墨江縣雅邑鄉境內，壓力鋼管道分為上平段，上斜井，中平段，下斜井，下平段。壓力鋼管道總長為681.61m，由兩段斜井和三段平洞組成，斜井與水平夾角50°，斜井段長度為279.25m，開挖斷面采用圓斷面，洞徑為3.3m。隧洞大部分洞段圍巖以Ⅲ類～Ⅴ類為主，其中Ⅲ類約占34%，Ⅳ類約占34%，Ⅴ類約占32%。壓力鋼管道下斜井導井形成后，在人工鉆孔爆破擴挖時，出現導井塌方后導井堵塞，經處理后查明塌方段樁號為鋼管道0+355處，塌方空腔完全顯露，經測量塌方空腔約為12*10*3.5米。該段巖石巖性為互層狀砂巖、泥巖，巖層產狀N40°W，傾角52度左右，接近斜井軸線角度，塌方段可見區域斜井底板有部分滲水。

二、塌方空腔處理特點

該電站塌方段如不能及時有效的處理，則有繼續冒頂塌方趨勢。因斜井斷面?。ㄩ_挖直徑為3.1m）、坡度及高度較大，人員、設備和材料運輸比較困難且具有較大危險性。采用傳統的塌方空腔打錨桿及掛網，回填混凝土等已不能滿足進度、安全需要，采用礦用新材料羅克休對加固充填高冒區能很好的發揮其優勢。

三、羅克休性能及參數

3.1產品性能

羅克休是一種由2種組份（樹脂和催化劑）組成的灌漿注射產品，樹脂和催化劑以體積4：1混合后，直接注入到需處理區域，發生快速反應生成泡沫，50～60S反應完畢，硬化時間短（約為20分鐘），膨脹系數為25～30倍，具有較好的抗水性能，10%變形時抗壓強度0.1～0.3兆帕，阻燃性為高難燃，能夠很好地充填地下開挖及煤炭開采冒頂空間，形成對塌方區圍巖的支撐控制，阻止區域圍巖的運動。

3.2產品參數

（1）原產品技術參數

1）基本成分：樹脂、催化劑;2）樹脂、催化劑20℃時的密度（g/cm3）為1.2/1.5;3）混合比例（體積比）4/1;

（2）聚酯產品泡沫技術參數（20℃時的數據）

1）膨脹系數25-30;2）反應時間/min0.8-1;3）抗壓強度/MPa大于25;

4）粘接強度/MPa大于1.5。

3.3羅克休灌漿施工設備及材料

使用多功能氣動注漿泵，采用雙液注漿系統，其中：

（1）注漿泵，型號為：MVF3/7G;

（2）注漿泵一臺，型號為：3ZBQ-5/18;

（3）注漿管：4分鋼管;

（4）封口器：長約350mm;

（5）注漿鐵管;

（6）注射槍;

（7）高壓膠管DN13;

（8）羅克休樹脂;

（9）羅克休催化劑。

3.4材料用量計算

Q=V*（1+i）d/（n*25）;

Q=材料用量，桶;

V=空洞體積，m3;

i=施工誤差系數，取10%;

d=羅克休泡沫密度，t/m3.一般取1.26;

n=發泡倍數，25-30倍;

四、灌漿施工方案

4.1塌方區的掘進

（1）塌方區掘進要遵循圍巖和“時間效應”與“空間效應”，由于斜井段與平硐成50°坡度較大，且塌方時斜井反井鉆機施工后形成導井洞斷面小，經項目部討論研究，在下斜井反弧段采用大管棚超前施工，并進行固結灌漿后人工擴挖至塌方段后導井疏通。

（2）管棚鋼管規格為熱軋無縫鋼管Ф50*5mm，節長6m，兩管之間的環向間距布置為25cm;管棚鋼管管身打孔，梅花形布置注漿孔形成花管，以便加壓向塌方地層中注漿，加以固結。鋼管兩頭加工套絲，以便進行根管連接，將管棚鋼管頭加工成楔形鉆頭，管棚鋼管尾部與鉆機相連接作為鉆桿鉆進。

（3）測量放樣后用坐標法測設管棚的起始中心樁號落點，布設控制點，在開挖面上設置受力鋼拱架，并在其上正確標明管棚位置，按照布置好的孔位及鉆孔的方向和傾斜度開始鉆孔[2]?？卓谖恢门c設計位置的允許偏差為±5cm，孔底位置偏差小于孔深度的10‰。鉆孔會向軟巖層方向偏斜[6]，開孔時要低壓、慢轉，以便控制方向，然后提高鉆速，保持正常壓力，如遇到塌方孤石時，則需要高壓、低速進行，要根據地質不斷變化，相應的調整鉆進參數。

（4）管棚鉆進塌方區位置后進行故結灌漿，純水泥漿灌漿，漿液濃度為1：0.5～1：1，灌漿壓力控制在1kg～3kg，根據吃漿量情況調整壓力，塌方部位由滲水，可在水泥漿中加入一定量的速凝劑，灌漿順序為先兩邊在中間。固結灌漿完成后最少待凝約1天。

（5）掘進時應自下而上進行人工鉆爆，首先進行速噴砼5cm封閉，再進行鉆爆，單循環進尺0.5米，支護方式為I16工字鋼，間距30公分，Ф25鋼筋連接，間距50cm，工字鋼底腳位置布設鎖腳錨桿。周邊鋪設直徑6.5毫米鋼筋網，網格間距20厘米，噴混凝土厚度15cm，以確保另圍巖穩定施工至塌方區。

4.2施工準備

羅克休回填灌漿前先從上斜井反弧段利用鋼爬梯至塌方工作面上方，保證人員安全，清理塌方區周邊緣松動巖石，然后在冒頂區洞口范圍進行簡易支護，形成一個基本的封閉空間。

4.3羅克休灌漿填充

在塌方冒頂區頂部布置填充注射孔，深度根據布置孔位置至塌方冒頂區頂部，經測量約為11m。連接壓風管至專用泵，高壓膠管連接注射槍和注射泵，將兩根吸液管分別插入裝有樹脂和催化劑的桶內，開泵向冒頂區域注射兩種組份溶劑，施工順序由低處向高處，直至溶劑住不進去為止，注漿結束后使用清洗劑清洗灌漿泵，拆卸注射槍。

五、效果分析

羅克休泡沫材料含有樹脂和催化劑，將其注入塌方區域巖層后生成具有高膨脹率的聚酯類產物，能在圍巖松動裂隙中快速膨脹，將其粘接為一起，使得圍巖與羅克休泡沫共同受力，提高其整體穩定性;

冒項區多為破碎性巖體，項板斷裂，僅憑人工監護頂板危險系數大，人員安全缺乏保障用注射羅體克泡沫代替人監護不僅能將破碎的頂板和巖體快速粘結，而且無需施工人員在冒頂現場實時監護，因而在一定程度避免了人員傷亡，將羅克休泡淋注入裂隙巖體中，大大改善了圍巖的破碎狀態，冒頂事故得到了有效控制;

按照常規的做法，通常采用架棚、穿梁、打木垛法或采用錨桿支護法來加固冒頂區，這些加固措施的作業環境差，工作任務繁重，而通過羅克休材料加固圍巖，不僅工序簡單，而且工作量小，勞動強度低;

通過羅克休注入空腔圍巖中只需幾秒鐘即可迅速發生反應，并快速硬化，作業時間短，不會對后續工序產生大的影響，適用于隱患部位的“急救”處理。

六、結論

羅克休回填灌漿安全系數高，操作簡單，施工速度快，可最大限度的防止次生巖石位移，抑制了軟巖軟化變形的有害發展，避免了進一步塌方，有效縮短工程工期，節省大量人力物力，提高了斜井施工效率和安全性，取得了較好的安全經濟效益。

參考文獻：

[1]張勝.張永鵬.羅克休泡沫在煤礦堵漏過程中的應用[J].煤炭技術，2007（11）：75-76.

[2]顧新安.華安水電站擴建工程引水隧洞塌方處理技術[J].水電與新能源，2015（4）：9-11.

[3]白宗喜.盧運良.小型水電站采用羅克休治理隧洞塌方的經驗探索[J].中國水能及電氣化，2016（10）：34-36.

[4]何滿朝.李國峰.興安礦深部軟巖巷道大面積高冒落支護設計研究[J].巖石力學與工程學報，2007（05）：56-58.

作者簡介：崔偉強（1984-），男，西安市人，工程師，主要從事水利水電建設監理、安全監測、水土混凝土缺陷修補施工與工程建設管理工作。