MJS高压旋喷帷幕桩在可可盖煤矿中央回风立井井筒施工中的应用

MJS高压旋喷帷幕桩在可可盖煤矿中央回风立井井筒施工中的应用

付新鹏1,2,3冯金亮1,2,3刘全辉4王宗金1,2,3杨光1,2,3郑立锋1,2,3

1.中煤特殊凿井有限责任公司公司；2.煤矿深井建设技术国家工程实验室，3.安徽省特殊凿井工程技术研究中心，4.延长石油可可盖煤业有限责任公司

摘  要：本文介绍了钻井工法首次在我国西北地区应用。针对施工场区内特殊地质条件，为了防止钻进施工静、动荷载对锁口地基的稳定性和井筒临时支护期间井帮的安全性的影响。采用MJS高压旋喷帷幕桩对井筒上部第四系松散砂层0~30m深度范围内进行了环形帷幕加固。通过设计、施工、检测和实际应用的结果，证明了该项目特殊地质条件采用MJS高压旋喷桩帷幕加固技术是成功的，为类似地质条件下地基加固处理提供工法选择和技术参考。

关键词：钻井法  第四系松散层  MJS高压旋喷桩  加固帷幕

1 项目背景

可可盖煤矿位于陕西省榆林市榆阳区小纪汗镇可可盖村，中央回风立井井筒设计净直径Φ6m，深度521.5m，采用钻井法施工。项目地处毛乌素沙漠，地表被厚度约5.2m风积沙覆盖，下部为萨拉乌苏组砂层，厚度约56.51m，钻井施工锁口基础位于砂质地层之中，锁口自重约1500t，钻井设备及钻具总重约1100t，地基在承载约2600t静荷载的同时还须承载钻进施工过程中设备产生的振动荷载。钻井法施工是依靠泥浆液柱压力平衡地层测压而达到临时支护井帮安全的目的，而该项目由于上部砂层松散无胶结，所以钻井施工时虽然有泥浆液柱平衡地层测压，但由于振动荷载的作用易导致锁口基础以下3倍于钻孔直径深度范围内发生片帮甚至塌孔事故。故经过研究论证，确定采用MJS高压旋喷桩对上部0-30m松散砂层进行帷幕加固处理。

2 地质概况

第四系砂层结构松散无胶结，地下水初见水位5.75m，单井涌水量321m3/d，含水层的富水性中等，透水性能良好。砂层下是黄土层，该地层岩性为浅黄色，粉砂土，黏土，失水黏性较大，易污手，手搓可成条，下部类钙质结核层。具体见表1。

表1可可盖煤矿J2地质柱状图第四系地层统计表

3 方案设计

加固帷幕设计采用φ1500mm的MJS高压旋喷桩，搭接长度510mm，单桩深度30.0m，设计数量34根，布置圈径10.7m，引孔直径300mm，引孔深度31m。采用360度摆喷施工，垂直度偏差不应大于1/300，桩身误差不大于50mm，成桩直径不应小于设计直径，实际成桩最小搭接长度不小于300mm。采用普通硅酸盐水泥P.O.42.5，水灰比1.0，喷浆压力不小于38MPa，空气压力1.05MPa，空气流量1.0~2.0m³/min，注浆管提升速度在-30m~-15m不应大于41mm/min，-15m~0m不应大于55mm/min，浆液流量85~100L/min，水流量50~75L/min。成桩后无侧限抗压强度应达到1.5MPa以上。帷幕桩平面布置见图1。

图1 MJS高压旋喷桩平面布置图

4 设备配置

因本项目选用安曼180型引孔机，此机型可自动调整施工水平和垂直度，满足现场施工要求。采用YBM50型主机，并且YBM50型喷浆机，可承受60MPa压强，可以满足成桩桩径和咬合度要求。具体见表2。

表2 MJS高压旋喷桩拟投入的主要施工机械设备表

5 施工方案

5.1 工艺原理

MJS高压旋喷桩工法，是将浆液加压输送、喷射、地层切削、混合、强制排浆等一系列工序作为监控对象，是一种能360°全方位地基加固的施工方法，对于周边环境及地基扰动影响微小，能实应大深度地基加固和水下地基加固。MJS高压旋喷桩工法在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用独特的多孔管和前端造成装置，实现了孔内强制排浆和地下压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地下喷射压力有效的保证成桩直径。工艺原理图见图2。

图2 MJS高压旋喷桩工法工艺原理图

5.2 参数控制

表3 MJS高压旋喷桩施工参数控制表

5.3 施工步骤

（1）场地平整

施工前，平整、夯实施工场地，合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“四通一平”。

（2）导墙施工

场地平整后进行导墙施工，导墙设计为素混凝土结构，混凝土强度为C30，浇筑厚度0.3m，外圈直径17.1m，内圈直径4.3m。旋喷桩布置圈径10.7m。中心位置预留1.5m的导向槽，导墙面高出地面0.3m。导墙平、剖见图3。

图3导墙平、剖面图

（3）桩位放样

施工前测定旋喷桩施工的控制点，根据桩位布置图（见图1），用钢尺和测线实地布设桩位，做到一桩一标识，确保桩孔中心位置偏差小于50mm。

（4）引孔钻机就位

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差在10mm以内，钻孔垂直度误差小于1/300；钻孔前要调试施工设备，确保正常运转；校验钻杆长度，确保孔底标高满足设计深度。

（5）引孔施工

钻空孔前，应首先在地面进行试喷，同时现场配置泥浆（比重1.1~1.2g/cm³），在引孔时进行泥浆护壁；在钻机试运转正常后，开始引孔钻进，过程中要做好钻杆节数记录，和孔深校核。

（6）喷浆施工

首先连接电源、数据线、各路管线、钻头和地内压力监测显示器，确认在钻头无荷载的情况下清零，管线连接确保密封，使管内没有空气。检查设备各系统运行情况，确保主机、高压泵、空压机、泥浆搅拌系统、MJS管理装置等处于正常工作状态下进行主机就位。然后开始在引孔内将喷浆钻杆下放至设计深度，如果在钻杆下放过程中下放困难，打开削孔水进行正常削孔钻进。当钻头到达预定深度后，开始校零，使动力头“0”刻度、喷嘴、钻杆上的标线处于同一条直线，然后设定各工艺参数，包括摇摆角度、引拔速度、回转速度等，即可开始喷浆施工。

（7）质量检测

按照设计要求做了无侧限抗压强度、桩径、咬合度进行检测，抗压强度均达到1.5MPa以上，桩径1.5m，咬合度在300mm以上，超声波检测井筒孔帮时未发现塌帮现象，加固帷幕质量复合设计要求。

6 注意事项

（1）钻孔口径应大于喷射管外径100~200mm，喷射管外径为140mm，选取引孔钻头直径为275mm。

（2）造孔时每对接1根钻杆，用水平尺测量机身水平和立轴垂直度1次，以保证钻孔垂直。过程中注意对钻孔垂直度的检测，发现异常及时调整引孔设备。

（3）钻孔中随时注意地层变化，对孔深、塌孔、漏浆等情况，详细记录。

（4）终孔深度应大于开喷深度1.0m，以满足少量沉淀和喷嘴前端距离，终孔后将孔内残留物置换干净。

（8）钻杆和钻头对接时，要对称紧固，保证钻杆垂直度，并认真检查密封圈情况。

（9）定位喷射时，先开倒吸水流和倒吸空气，确认排浆正常时，打开排泥阀门，开启高压水泥泵和主空压机。为保证桩底端的施工质量，首先用水向上喷设1m，压力为20MPa，喷射时间5min，然后把水切换成水泥浆，钻杆重新下放到位后开始向上喷射施工。

（10）在开启高压水泥泵时，压力不可太高，应逐步增压，直到达到指定压力，经确认地内压力正常后，方可开始提升。水切换成水泥浆时，压力会自动上升，压力有突变时方可调节压力。

（11）施工时密切监测地内压力，压力不正常时，必须及时调整排浆阀大小控制地内压力在安全范围以内。

（12）每提升一根钻杆，拆卸钻杆时，需把水泥浆切换成水后方可拆卸，当水泥浆泵压力有下降趋势，说明水流已经到达喷嘴位置，此时关闭水泥浆泵、主空压机，倒吸空气和倒吸水流。

（13）每孔喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

7 结 束 语

可可盖煤矿中央回风立井采用MJS高压旋喷桩加固处理技术。在井筒上部第四系松散砂层形成环形帷幕加固体，以确保了锁口地基的稳定和井筒临时支护期间的安全。加固结束后，进行了取芯和单桩承载检测，开挖井筒时，对桩径和咬合宽度进行了检测均达到了设计要求，在钻井施工中通过超声波检测井帮，没有发现塌帮现象。表明采用MJS高压旋喷桩帷幕桩对第四系松散砂层固处理技术是成功的，为类似地质条件下地基加固处理提供工法选择和技术参考。

参考文献

［1］铁道部旋喷注浆科研协作组．旋喷注浆加固地基技术．中国铁道出版社．1984，1-23。

［2］程云朋．高压旋喷桩在地基加固中的应用探讨．山西建筑．2007（33）：119-120。

［3］曹作龙．采用高压旋喷桩加固软弱地基．西部探矿工程．

2005，12：43-46．图书馆，2005。

［4］胡金保．提高旋喷桩单桩承载力的有效方法．山西建筑．2003，5：51-52。

作者简介

付新鹏，宁夏盐池人，1980年出生，毕业于宁夏大学，土木工程专业，矿建高级工程师，中煤特殊凿井有限责任公司钻井业务部副经理。