[发明专利]一种注浆加固浆液扩散调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种注浆加固方法及工艺，尤其涉及一种用于裂隙发育的破碎围岩条件下的矿山巷道、水电硐室、隧道、地铁围岩的柱球面浆液扩散注浆加固方法及工艺体系。

背景技术

随着我国基础设施建设的迅速发展，越来越多的工程如矿山硐室、巷道，水利水电，铁路、公路、地铁隧道等工程面临恶劣地质条件。尤其是在围岩裂隙发育的情况下，围岩整体性差、承载能力不足，极易造成塌方、冒顶、片帮等工程事故，造成的人员伤亡事故频发，给工程的顺利施工、矿山资源的安全高效开采、施工人员的人身安全带来极大危害。以矿山巷道工程为例，在煤矿生产的五大灾害之中，由于围岩破碎导致的冒顶事故占煤矿总死亡事故的40％以上，顶板事故造成人员伤亡比率几乎占井下所有事故死亡人数的一半，是造成人员伤亡的最主要的矿井灾害。因此，破碎型围岩的稳定性控制是我国的基础设施的进一步安全高效推进需要解决的首要问题。

经过多年的现场工程经验的积累，注浆加固成为此类问题的有效解决途径之一。首先，注浆加固采用的是一种先进的围岩控制理念，它的核心作用在于通过浆液的填充和粘结作用，主动形成并维护围岩的自承结构，充分发挥围岩的自身承载能力，节省材料，经济高效，让围岩自身承载，符合新奥法的支护理念；其次，破碎围岩裂隙发育密集，岩块被切割严重，常用的锚杆或锚索在此类围岩中的锚固失效问题极易发生，围岩稳定性得不到保障，而注浆加固则可通过对围岩裂隙的填充从根本上解决该问题，保证围岩锚固效果；再次，围岩裂隙是地下水的天然通道，当破碎围岩遇水后则结构面强度急剧降低、稳定性下降，造成围岩失稳问题，浆液在加固围岩的同时也封堵了水流通道，防止地下水对围岩软化效应的出现。注浆加固通过以上方面的综合作用，在破碎围岩支护工程中得到广泛应用。

然而，在裂隙岩体注浆加固工程中，也暴露出一些问题严重制约着注浆加固的进一步发展和应用，其中尤其以注浆工程隐蔽性造成的浆液扩散范围不易掌控问题最为突出。在裂隙岩体注浆过程中，浆液的柱球面扩散(以注浆孔为中心轴柱面扩散，以注浆孔底端为球心球面扩散)能够形成理想的围岩加固圈，也是注浆加固设计的基础理论模型，如专利附图2、图3所示。然而针刺型扩散(多数或全部浆液沿着优势扩散通道向某一两个方向扩散较远且流量较大，使得最终的浆液扩散形成类似针刺的形态)却是实际工程中常见的一种浆液扩散模式，如本专利附图所示。这种浆液扩散模式的形成是因为在注浆孔周围的围岩裂隙中存在浆液扩散的优势通道(如张开度相对更大的结构面或者裂隙)，此优势通道浆液扩散阻力最小，浆液通过该优势通道所需的压力最小，所以注浆过程中注浆孔中的浆液将首先沿着该优势通道扩散；当该优势通道裂隙被填满从而注浆压力上升时，浆液才会沿着次级通道扩散；然而在裂隙发育严重的围岩中注浆时，经常遇到浆液压力从开始到结束一直保持在很低的水平，浆液仅沿优势通道扩散的情况，甚至有时浆液仅沿一个方向扩展至注浆孔外10m～20m以外而注浆孔周边其它方向围岩裂隙没有任何浆液填充的情况。在此条件下，虽然注浆量很大，但是对围岩裂隙的整体填充率却很低，无法在围岩中形成连续的充填加固区域，不能达到预期加固效果，而且还浪费了材料。

总体来说，对于日益复杂的裂隙岩体注浆加固工程而言，现有的注浆加固方法、技术和工艺仍然存在一定的问题，不能满足难度日益增长的支护需要，影响了深部岩体工程的生产和安全。

发明内容

本发明针对的问题是目前破碎围岩注浆加固工程中存在的浆液针刺型扩散导致浆液分配不合理、材料利用率低等，本发明通过采用一种新型的注浆加固工艺技术体系，提高人力对浆液扩散的控制能力，有效控制浆液的扩散范围及方式，尽量避免浆液在破碎围岩注浆加固中浆液的针刺型扩散，使浆液更多的集中在预定的加固岩体范围内，降低材料浪费，以更低的代价获得更优的围岩控制效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，包括以下步骤：

步骤1通过注浆加固基本单元，对破碎围岩断面中的注浆孔进行注浆加固；

步骤2利用浆液针刺型扩散判断单元，对步骤1中注浆孔的注浆过程实时进行监控判断，若发现加固浆液针刺型扩散情况，则将响应指令传递给步骤3中的浆液柱球面扩散调控单元；若没有发现加固浆液针刺型扩散情况，则继续注浆；