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2025环球网校一级建造师《矿业工程管理与实务》考点精讲-第11讲
第6章 井巷工程
6.1 立井井筒表土设施
在立井井筒施工中,一般将覆盖于基岩之上的第三系、第四系冲积层和基岩风化带统称为表土层。
工程中按表土稳定性将其分成两大类:稳定表土层主要包括非饱和的黏土层、含少量水的砂质黏土层,
无水的大孔性土层和含水量不大的砾(卵)石层等;不稳定表土层包括含水砂土、淤泥层、饱和的黏
土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红黏土层等。
稳定表土层中立井井筒一般采用普通施工法,主要包括井圈背板施工法、吊挂井壁施工法和板桩
施工法。不稳定表土层中立井井筒多采用特殊施工法,立井井筒表土特殊施工法主要包括冻结法、钻
井法、沉井法、注浆法和帷幕法等,目前以冻结法和钻井法为主。
【例题·多选】稳定表土层中立井井筒一般采用的普通施工法包括( )。
A.井圈背板施工法
B.吊挂井壁施工法
C.板桩施工法
D.爆破施工法
E.人工施工法
【答案】ABC 8
7
1
【解析】稳定表土层中立井井筒4 9一般采用普通施工法,主要包括井圈背板施工法、吊挂井壁施工
8
3
法和板桩施工法。 信
微
【例题·多选】不稳定表系土层中立井井筒采用的特殊施工法包括( )。
联
A.冻结法 题
押
B.钻井法 准
精
C.沉井法
D.注浆法
E.开拓法
【答案】ABCD
【解析】不稳定表土层中立井井筒多采用特殊施工法,立井井筒表土特殊施工法主要包括冻结法、
钻井法、沉井法、注浆法和帷幕法等,目前以冻结法和钻井法为主。
6.1.1 立井井筒表土普通施工法
1.井圈背板施工法
井圈背板施工法是采用人工或抓岩机(土硬时可放小炮)出土,下掘一小段8后,即用井圈、背板
7
1
9
进行临时支护,临时支护段高不应大于2m,掘进一长段后(一般不超过30m)4,再由下向上拆除井圈、
8
3
信
背板,然后砌筑永久井壁。如此周而复始,直至基岩。
微
系
2.吊挂井壁施工法
联
一
吊挂井壁施工法是一种短段掘砌施工方法。为保持土的稳定性,减少土层的裸露时间,段高一般
唯
取 0.5~1.5m。按土层条件,段高内还可分别采用台阶式或分段分块法,并配以超前小井降低水位的
挖掘方法。吊挂井壁施工中,因段高小,不必进行临时支护。但由于段高小,每段井壁与土层的接触
面积小,土对井壁的围抱力小,为了防止井壁在混凝土尚未达到设计强度前失去自身承载能力,引起
井壁拉裂或脱落,必须在井壁内设置钢筋,并与上段井壁吊挂。吊挂井壁法使用的设备简单,但工序
转换频繁,井壁接茬多,封水性能差。故常在通过整个表土层后,自下而上复砌第二层井壁。为此,
需按井筒设计规格,适当扩大掘进断面。
吊挂井壁施工法适用于稳定性较差的土层,施工中要注意,吊挂井壁是自上而下进行的,要求井
壁上部应有壁座或混凝土锁口;井壁的接茬要严密,混凝土充填要密实;施工中要特别注意加强排水
工作,及时进行临时支护,防止井壁片帮垮落。
【例题·多选】吊挂井壁的普通施工法包括( )。
A.井壁上部应有壁座或混凝土锁口
B.井壁的接槎要严密
C.混凝土充填要密实
D.自下而上复砌第二层井壁
E.不必注意加强排水工作
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【答案】ABCD
【解析】吊挂井壁的普通施工法要求井壁上部应有壁座或混凝土锁口;井壁的接槎要严密,混凝
土充填要密实;如果表土不稳定,要特别注意加强排水工作,及时进行临时支护,防止井壁片帮垮落。
3.板桩施工法
板桩施工法在开挖之前,先用人工或打桩机在地面或工作面沿井筒荒径依次打入一圈板桩,形成
一个四周密封的圆筒,用以支承井壁,并在其保护下进行掘进。板桩材料可采用木材和金属材料两种。
木板桩多采用坚韧的松木或柞木制成,彼此采用尖形接榫。金属板桩常用 12 号槽钢相互正反扣合相
接。根据板桩入土的难易程度可逐次单块打入,也可多块并成一组,分组打入。木板桩一般比金属板
桩取材容易,制作简单,但刚度小,人土困难,板桩间连接紧密性差,故适用于厚度为 3~6m的不稳
定土层。而金属板桩可根据打桩设备的能力条件,适用于厚度 8~10m 的不稳定土层。若与其他方法
相结合,其应用深度可加大。
3.板桩施工法
板桩施工法在开挖之前,先用人工或打桩机在地面或工作面沿井筒荒径依次打入一圈板桩,形成
一个四周密封的圆筒,用以支承井壁,并在其保护下进行掘进。板桩材料可采用木材和金属材料两种。
木板桩多采用坚韧的松木或柞木制成,彼此采用尖形接榫。金属板桩常用 12 号槽钢相互正反扣合相
接。根据板桩入土的难易程度可逐次单块打入,也可多块并成一组,分组打入。木板桩一般比金属板
桩取材容易,制作简单,但刚度小,人8 土困难,板桩间连接紧密性差,故适用于厚度为 3~6m的不稳
7
1
定土层。而金属板桩可根据打桩设备4 9的能力条件,适用于厚度 8~10m 的不稳定土层。若与其他方法
8
3
相结合,其应用深度可加大。 信
微
6.1.2 立井井筒冻结施工系法
联
1.基本原理 题
押
冻结法凿井是在井筒准掘进之前,采用人工制冷技术,将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结形成
精
一个封闭的冻土帷幕—— 冻结壁,用以抵抗周围水土压力,隔绝冻结壁内、外地下水的联系,然后在
冻结壁的保护下进行井筒掘砌施工的一种特殊施工方法。因冻结壁在外荷载作用下会呈现弹性区和塑
性区,如塑性区或塑性变形超 过允许值,冻结壁和冻结管可能遭受破坏。因此,冻结壁设计既要满足
强度条件要求,又要满足变形条件 要求。
2.施工工艺
立井井筒冻结施工法的主要工艺过 程有冻结孔钻进、地层冻结、井筒掘进与支护、冻结管(孔)
处理等。立井井筒冻结参数有冻结深度、 盐水温度、井帮温度、主冻结孔相邻孔间距、冻结壁厚度和
平均温度等。
1)冻结孔钻进 8
1
7
9
为了形成封闭的冻结壁,先要在井筒周围钻一 定数量的冻结孔,以便在
8
4孔内安设带底锥的冻结管
信
3
和底部开口的供液管。冻结孔一般等距离地布置在与井筒同心的圆周上。冻结孔钻场布置要与井筒冻
微
结、掘砌综合考虑,不要妨碍冻结和掘砌施工用地。冻结孔 的圈数一般根
系
据要求的冻结壁厚度来确定,
联
一
表土较浅时一般采用单圈冻结,对于深厚表土可采用双圈或 三圈冻
唯
结。
【例题·多选】立井井筒冻结施工法的主要工艺过程包括( )。
A.冻结孔钻进
B.地层冻结
C.井筒掘进与支护
D.冻结管(孔)处理
E.井壁处理
【答案】ABCD
【解析】立井井筒冻结施工法的主要工艺过程有冻结孔钻进、地层冻结、井筒掘进与支护、冻结
管(孔)处理等。
2)地层冻结
立井井筒地层冻结有一次全深冻结、差异冻结、局部冻结、分期冻结和双圈或多圈孔冻结等方案,
具体应根据井筒检查孔提供的冲积层深度、土性、含水层、隔水层、冻土试验报告和基岩含水层、岩
性等资料,以及井筒安全施工需要,选择合理的地层冻结方案。
(1)一次全深冻结
一次全深冻结方案适应性强,应用比较广泛,一般冲积层以下基岩风化带涌水量大、围岩稳定性
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差,宜采用一次全深冻结方案。实际应用中,除采用同径冻结管,还有采用异径管、双供液管等。
【例题·多选】立井井筒地层冻结方案包括( )。
A.一次全深冻结
B.差异冻结
C.局部冻结
D.分期冻结
E.后期冻结
【答案】ABCD
【解析】立井井筒地层冻结有一次全深冻结、差异冻结、局部冻结、分期冻结和双圈或多圈孔冻
结等方案
(1)一次全深冻结
一次全深冻结方案适应性强,应用比较广泛,一般冲积层以下基岩风化带涌水量大、围岩稳定性
差,宜采用一次全深冻结方案。实际应用中,除采用同径冻结管,还有采用异径管、双供液管等。异
径管冻结是通过加大上部或局部冻结管直径,增大冻结管与地层热交换面积,来加快上部或局部冻土
扩展速度,以达到上部或局部冻结壁早日交圈或防止浅部片帮的目的。
(2)差异冻结
差异冻结也称为长短管冻结,是根8 据地层热学性能差异采用差异性的冻结方案,来协调不同地层
7
1
的冻结效率,控制冻结壁发展,从而4 9提高冻结工程的安全性和经济性。
8
3
(3)局部冻结 信
微
冲积层厚度较浅,且井筒系中上部赋存较稳定的、用其他施工方法可通过的地层,或发生淹井需要
联
恢复施工的井筒,宜采用局题部冻结方案。局部冻结的应用效果还取决于冻结器的结构及控制,常用的
押
冻结器结构有充填气压式准、充填盐水式、隔板式和套管式四种。
精
(4)分期冻结
分期冻结也称为分段冻结,当冻结深度较大时,为避免使用过多的制冷设备,将一个井筒所需要
的冻结深度分为两段或两段以 上进行顺序冻结,当冻结一定时间并转入井筒掘砌后,再开始下段冻结,
达到减少冻结总需冷量的目的。
(5)双圈或多圈孔冻结
冻结深厚冲积层且深部有厚黏土层 ,冻结壁厚度大于6.5m时,可采用双圈或多圈孔冻结方案。
3)井筒掘进与支护
冻结井筒掘进特点是井筒内无涌水、淋水,不设排水设备,一般不用临时支护。
采用冻结法施工,井筒的开挖时间要选择适 时。通常,选择当冻结壁已形成8而又尚未冻至井筒范
1
7
9
围以内时开挖最为理想。井筒开挖,必须具备以下 条件:
8
4
信
3
(1)水文观测孔内的水位有规律地上升并溢出管口不应少于 7d;当水文观测孔失效或无水文孔
微
时,井筒内的水位应有规律地上升。
系
联
一
(2)测温孔的温度已符合设计规定。井筒浅部不应发 生较大
唯
片帮,且不同深度、不同土层的冻
结壁厚度应符合设计规定,同时应满足连续掘砌施工要求。
(3)地面提升、搅拌、运输、供热、材料供应等辅助设施均已具备井筒连续施工的条件。
冻结井筒井壁一般采用钢筋混凝土双层或者复合井壁。外层井壁厚度为 400~600mm,随掘随进行
浇筑。内层井壁厚度一般为500~1000mm,它是在通过冻结段后自下向上一次施工到井口。
4)冻结管(孔)处理
冻结管拔管前,利用热盐水在冻结器里循环,使冻结管周围的冻土融化达100mm,以便顺利拔管,
冻结管拔起 500mm 左右后,便可停止循环热盐水。拔冻结管要占用井口工期至少 1~1.5 个月,目前
大多数井筒不拔冻结管。冻结管是否回收由冻结施工单位和建设单位协商确定。无论是否回收冻结管,
冻结孔废弃之前,应用水泥砂浆对全管(孔)充填,防止上下含水层串通。
【例题·多选】采用冻结法,井筒开挖必须具备条件包括( )。
A.水文观测孔内的水位有规律地上升并溢出管口不应少于7d
B.测温孔的温度已符合设计规定
C.地面辅助设施均已具备井筒连续施工的条件
D.冻结管(孔)合理处理
E.水文观测孔内的水位有规律地上升并溢出管口不应少于3d
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【答案】ABCD
【解析】采用冻结法施工,井筒开挖,必须具备以下条件:
(1)水文观测孔内的水位有规律地上升并溢出管口不应少于7d;(2)测温孔的温度已符合设计
规定。(3)地面辅助设施均已具备井筒连续施工的条件,4)冻结管(孔)合理处理
3.适用条件
冻结法适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层。对
于含水率非常小或地下水流速相当大的地层不适用。
【例题·单选】冻结法不适用条件包括( )。
A.松散不稳定的冲积层
B.裂隙含水层
C.松软泥岩层
D.地下水流速相当大的地层
【答案】D
【解析】冻结法适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的
岩层。对于含水率非常小或地下水流速相当大的地层不适用。
6.1.3 立井井筒钻井施工法
1.基本原理 8
7
1
钴井法是利用钻头刀具将岩石破4 9碎,用泥浆或其他介质进行洗井、护壁和排渣,将井筒分次扩孔
8
3
钻成或全断面一次钻成至设计直信径和深度后,再进行永久支护的一种机械化凿井方法。钻井法的井筒
微
支护与其他施工法的井筒支护系不同,采用的是泥浆中悬浮下沉带有井壁底的钢筋混凝土预制井壁,每
联
节井壁的上下端预埋供连接题用的金属法兰盘,在井口用螺栓和焊接的方法把井壁逐节连接、悬浮下沉
押
至井底,最后在井壁与井准帮的间隙中下放充填管道,分段充填水泥浆等最终固结成井。
精
2.施工工艺
钻井法的主要工艺过程包括钻机钻进、泥浆洗井与护壁、井壁预制与悬浮下沉和壁后充填固井等。
1)钻机钻进
井筒钻进方式多采用分次扩孔 钻进,即首先用超前钻头一次钻到基岩,在基岩部分占的比例不大
时,也可用超前钻头一次钻到井底;而后分次扩孔至基岩或井底。
【例题·多选】钻井法的主要工艺 过程包括( )。
A.钻机钻进
B.泥浆洗井
C.井壁预制与悬浮下沉 8
1
7
9
D.壁后充填固井
8
4
信
3
E.壁后焊接固井
微
【答案】ABCD
系
联
一
【解析】钻井法的主要工艺过程包括钻机钻进、泥浆洗 井与护
唯
壁、井壁预制与悬浮下沉和壁后充
填固井等。
2)泥浆洗井护壁
钻头破碎下来的岩屑必须及时用循环泥浆从工作面清除,使钻头上的刀具始终直接作用在未被破
碎的岩石面上,提高钻进效率。洗井即是钻进时利用连续流动的泥浆将破碎岩屑从钻井工作面清除的
过程。洗井方式可采用正循环和反循环,钻井直径超过 3m 宜采用反循环洗井。正循环和反循环的泥
浆流速均应满足携带钻渣要求,反循环时最大钻渣粒径应小于排浆管过流断面的 3/4。冲洗过钻井工
作面的泥浆需要恢复其性能参数,称为泥浆净化,目前多采用单级净化方式,净化方法包括重力、机
械和化学方法。
泥浆的另一个重要作用就是护壁。护壁的作用,一方面是借助泥浆的液柱压力平衡地压,另一方
面是在井帮上形成泥皮,堵塞裂隙,防止片帮。
【例题·多选】钻井法泥浆的护壁作用体现在( )。
A.液柱压力平衡地压
B.堵塞裂隙
C.防止片帮
D.防止偏斜
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E.清除泥浆
【答案】ABC
【解析】洗井即是钻进时利用连续流动的泥浆将破碎岩屑从钻井工作面清除的过程。泥浆的另一
个重要作用就是护壁。一方面是借助泥浆的液柱压力平衡地压,另一方面是在井帮上形成泥皮,堵塞
裂隙,防止片帮。
3)井壁预制与下沉
钻井井壁的结构形式包括钢筋混凝土井壁和钢板-混凝土复合井壁,钢板-混凝土复合井壁有单层
和双层两种。井壁结构应考虑竖向附加力的影响,根据地质条件宜在井筒的适当位置设置可缩井壁。
地面预制井壁吊运时的混凝土强度不应低于设计强度的70%,且不得小于25MPa。
钻井井壁悬浮下沉是根据井壁在泥浆中的悬浮平衡条件进行的,下沉过程中井壁不断接长。由于
浮力大于井壁的重量,必须向井壁内灌注配重水,并把原井筒内和下沉井壁等体积的泥浆排掉,使井
壁逐步下沉。控制加入配重水的速度和数量就可控制井壁下沉的速度和深度。井壁下沉时,井壁上沿
应高出泥浆浆面1.5m以上,同时要及时排除泥浆,以免泥浆外溢和沉淀。
【例题·单选】井壁下沉时,井壁上沿应高出泥浆浆面( )以上。
A.1.5m
B.0.5m
C.0.6m 8
7
1
D.0.7m 4 9
8
3
【答案】A 信
微
【解析】井壁下沉时,井系壁上沿应高出泥浆浆面 1.5m 以上,同时要及时排除泥浆,以免泥浆外
联
溢和沉淀。 题
押
4)壁后充填固井 准
精
壁后充填固井是通过 充填管道向井壁外侧与钻井井帮之间的环形空间注入相对密度大于泥浆的
充填材料,并自下而上地将泥浆置换出来,充填材料凝固后,起固结井壁和封水的作用。壁后充填固
井方法包括井壁加压外管充填 、井壁漂浮外管充填和井壁漂浮内管充填方法。
3.适用条件
钻井法机械化程度高,全部作业在地面进行,工作条件好,是一种劳动强度小、安全可靠、成井
质量好的立井井筒施工方法,适用于各 种不同的地质及工程条件。但受钻机规格和能力的限制,往往
只能钻凿一定直径和深度的井筒。
6.1.4 立井井筒注浆施工法
1.基本原理 8
1
7
9
注浆法是矿山井巷工程中治水和地层改良的重 要手段之一。
8
4
信
3
注浆法的分类方法很多,一般有以下几种:
微
(1)按注浆工作与开挖、掘砌的先后顺序分为预注 浆法和后注浆
系
法。
联
一
(2)按使用的注浆材料分为水泥注浆、黏土注浆、化学 注浆
唯
等。
(3)按注浆压力分为静压注浆和高压喷射注浆两大类。静 压注浆一般压力较低,通常所说的注
浆泛指静压注浆。高压喷射注浆一般压力较高(20~70MPa),流体在喷嘴外呈射流状。
(4)按浆液对土体的作用机理分为充填注浆、渗透注浆、挤密注浆、劈裂注浆等。
2.施工工艺
井筒注浆主要包括地面预注浆、工作面预注浆和壁后注浆三类施工作业。地面预注浆通常是在建
井准备期,在地面打注浆孔进行注浆。这种方法作业条件好,不占用施工工期,但技术要求高,施工
工艺相对复杂。工作面预注浆是指在井巷掘进至离含水层一定距离,在预留止浆岩帽或浇筑混凝土止
浆垫的条件下,从掘进工作面钻孔注浆。这种方法施工需占用施工工期,作业条件不如地面好,有高
压水时需有防护装置。立井井筒穿过预测涌水量大于10m3/h的含水岩层或破碎带时,应采用地面预注
浆或工作面注浆进行堵水或者加固。
1)地面预注浆
距地表小于1000m的裂隙含水岩层,当层数多、层间距又不大时,宜采用地面预注浆法施工。止
浆塞是实现分段注浆的重要手段,采用止浆塞分段注浆时,可采用上行式注浆、下行式注浆或上行与
下行混合式注浆。
【例题·多选】地面预注浆采用止浆塞分段注浆时,可采用( )。
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A.上行式注浆
B.下行式注浆
C.上行与下行混合式注浆
D.阶段混合式注浆
E.稳定式注浆
【答案】ABC
【解析】地面预注浆适用于距地表小于1000m的裂隙含水岩层,当层数多、层间距又不大时,宜
采用地面预注浆法施工。止浆塞是实现分段注浆的重要手段,采用止浆塞分段注浆时,可采用上行式
注浆、下行式注浆或上行与下行混合式注浆。
2)工作面预注浆
当立井井筒穿过的含水岩层厚度不大、埋藏较深或者含水层间距较大、中间有良好隔水层时,宜
采用工作面预注浆法施工。根据裂隙发育情况可分层处理、布置灵活,有利于提高堵水效果。
为了保证浆液在压力下沿裂隙有效扩散,并防止从工作面跑浆,可采用工作面预留止浆岩帽的方
法。当含水层上部有致密的不透水层时,井筒掘进至注浆段以上一定距离即可停止施工,为含水层注
浆预留一段止浆岩帽;当井筒工作面不具备预留止浆岩帽条件时,则需砌筑人工止浆垫,人工止浆垫
结构形式包括单级球面形止浆垫、平底形止浆垫和双级水下浇筑止浆垫等;
【例题·多选】工作面预注浆人工8 止浆垫结构形式包括( )。
7
1
A.单级球面形止浆垫 4 9
8
3
B.平底形止浆垫 信
微
C.双级水下浇筑止浆垫 系
联
D.三级水下浇筑止浆垫题
押
E.四级水下浇筑止浆准垫
精
【答案】ABC
【解析】当井筒工作面不具备预留止浆岩帽条件时,则需砌筑人工止浆垫,人工止浆垫结构形式
包括单级球面形止浆垫、平底 形止浆垫和双级水下浇筑止浆垫等;
3)壁后注浆
建成后的井筒或正施工的井壁段,遇有井壁渗漏水、漏水带砂、壁后空洞或为提高围岩稳定性等,
可采用壁后注浆进行堵水或加固。一般 漏水量超过 6m³/h(井筒深度<600m)或超过 10m³/h(井筒深
度>600m)或井壁有集中漏水,漏水量超过 0.5m³/h 的出水点的情况,均应进行壁后注浆处理,并应
采取防止井壁破坏的措施。
【例题·多选】必须壁后注浆进行堵水或加 固的条件包括( )。 8
1
7
9
A.漏水量超过6m³/h(井筒深度<600m)
8
4
信
3
B.超过10m³/h(井筒深度>600m)
微
C.井壁有集中漏水,漏水量超过0.5m³/h的出水点
系
联
一
D.井壁有集中漏水,漏水量超过0.2m³/h的出水点
唯
E.井壁有集中漏水,漏水量超过0.3m³/h的出水点
【答案】ABC
【解析】一般漏水量超过6m³/h(井筒深度<600m)或超过10m²/h(井筒深度>600m)或井壁有集
中漏水,漏水量超过0.5m³/h的出水点的情况,均应进行壁后注浆处理,并应采取防止井壁破坏的措
施。
4)注浆设计的主要内容
在进行注浆设计之前,要进行工程地质和岩土工程性质调查。在调查基础上,进行注浆设计,目
前注浆参数的精确计算尚有一定困难,故多根据经验来确定。
注浆设计的主要内容包括:
(1)注浆结构计算。(2)确定注浆量。(3)确定注浆压力。(4)确定注浆孔的间距。
(5)确定注浆孔深度。
井筒地面预注浆注浆深度应超过所注含水层底板以下 10m,当井筒底部位于含水层中时,注浆深
度应超过井筒底部10m以上。在井壁上钻注浆孔时,钻孔深度应小于井壁厚度,剩余的井壁起止浆垫
作用。井筒在流砂层部位时,注浆孔深度必须小于井壁厚度 200mm。井筒采用双层井壁支护时,注浆
孔应穿过内壁进入外壁,进入外壁深度不应大于 100mm。当井壁破裂必须采用破壁注浆时,必须制定
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专门措施。
(6)确定注浆材料。
【例题·多选】注浆孔深度条件包括( )。
A.井筒地面预注浆注浆深度应超过所注含水层底板以下10m
B.井筒注浆孔深度必须小于井壁厚度200mm
C.井筒采用双层井壁支护时,注浆孔应穿过内壁进入外壁,进入外壁深度不应大于 100mm
D.注浆孔应穿过外壁
E.注浆孔应进入岩层
【答案】ABC
【解析】井筒地面预注浆超过所注含水层底板以下 10m。在井壁上钻注浆孔时,钻孔深度应小于
必须小于井壁厚度200mm。井筒采用双层井壁支护时,注浆孔进入外壁深度不应大于100mm。
3.适用条件
注浆法目前在井巷施工中应用十分广泛,它既可用于为了减少井筒涌水,加快凿井速度,对井筒
全深范围内的所有含水层(除表土外)进行预注浆的“打干井”施工,又可对裂隙含水岩层和松散砂
土层进行堵水、加固。在大裂隙、破碎带和大溶洞等复杂地层中也可采用。
对于开度小于5μm的孔隙岩体(例如粉、细砂岩)及裂隙岩体则不适合进行注浆。
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