公路下伏淺層采空區(qū)治理施工技術(shù)小結(jié)

張德洋

中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司

公路下伏淺層采空區(qū)治理施工技術(shù)小結(jié)

張德洋

中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司

工作一年，一直從事采空區(qū)治理工作，現(xiàn)有總結(jié)若干，陳與紙上，請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)審閱。注漿是采空區(qū)治理工程的關(guān)鍵工序，注漿施工工藝、漿液質(zhì)量的有效控制是采空區(qū)治理工程質(zhì)量的保證。因此，根據(jù)施工中出現(xiàn)的現(xiàn)象，有效的控制漿液質(zhì)量，并根據(jù)注漿情況實(shí)時(shí)調(diào)整工藝是漿液施工中的重點(diǎn)。

采空區(qū)治理；注漿治理；施工工藝

一、工程概況

1.1 采空區(qū)概況

山西省陽泉--左權(quán)高速公路起點(diǎn)位于平定縣冠山鎮(zhèn)北磛石村，主要以填、挖方、橋、隧道等構(gòu)造物向東南方向經(jīng)東白岸、立壁、土嶺頭、王家山，建都村，經(jīng)過蒙山隧道、鳳居隧道，然后折向西南方向經(jīng)東寨、翟絮村、黃嶺、北安驛、南安驛、河緒、里長(zhǎng)、清河店，至本項(xiàng)目終點(diǎn)突堤村南部殷家莊附近。線路全長(zhǎng)95.708km，為全封閉四車道高速公路，設(shè)計(jì)路面寬24.5m，設(shè)計(jì)行車速度80km/h。

線路沿線采空區(qū)煤系地層出露起訖里程為K68+701～K69+852，累計(jì)長(zhǎng)度1151.0m，路線采空區(qū)長(zhǎng)度約為812.1m， 主要開采太原組15#煤層形成的采空區(qū)，路線沿線經(jīng)過兩個(gè)礦區(qū)，分別為青背煤礦、東仁煤礦，以上煤礦均屬村辦煤礦，于1984年建礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3萬噸/年，于2006年關(guān)閉。

通過地質(zhì)調(diào)查、物探和鉆探相結(jié)合的方法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)勘察，經(jīng)勘察，基本查明了采空區(qū)的分布。

收集資料表明影響線路采空區(qū)主要由青背煤礦和東仁煤礦開采15#煤形成，兩礦均為房柱式開采，煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖，底板為炭質(zhì)泥巖?；夭陕始s30%，開采時(shí)間均在1984年，礦井于2006年關(guān)閉，形成的采空區(qū)在自然地面下6.9～72.m，平均35～56m ，采空區(qū)內(nèi)有少量積水。由于采空區(qū)埋深較淺，且開采厚度較大，因此造成地表塌陷、地裂縫等災(zāi)害現(xiàn)象較常見。

1.2 采空區(qū)特點(diǎn)

調(diào)查資料顯示，本采空區(qū)有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

1)采空區(qū)埋深淺，煤層厚。本采空區(qū)煤層埋深6.9～72m，平均埋深不足50m。本層煤主采15＃煤，煤層厚度4.5～8.05m，平均厚度6.0m。

2)采空區(qū)頂板覆巖力學(xué)性能差。調(diào)查顯示，本區(qū)地層為石炭系上統(tǒng)太原組，巖性主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等，構(gòu)造松散，力學(xué)性能差，從而導(dǎo)致巖層冒落，地表塌陷現(xiàn)象明顯。

3)煤礦開采無計(jì)劃。青背村煤礦與東仁村煤礦屬村辦煤礦，開采混亂無計(jì)劃，煤礦資料不齊全，從而給治理施工帶來一定難度。

二、區(qū)域工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

覆蓋層為第四系上更新統(tǒng)，平均厚度8m，主要為粉土；下伏巖層為石炭系上統(tǒng)太原組，巖性主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖；下部為石炭系中統(tǒng)本溪組，巖性主要為鋁土質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖等。

2.2 地下水類型

根據(jù)收集到的井、泉資料結(jié)合地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件、野外水文地質(zhì)調(diào)查資料及線路走廊帶含水層巖性，地下水類型、水文地質(zhì)條件的不同可劃分為松散巖類孔隙水和巖溶裂隙水兩個(gè)水文地質(zhì)單元。

本區(qū)松散巖類孔隙水潛水水位埋深較深，局部段落在溝谷底部有淺層水，本區(qū)無大的化工廠礦，污染較小。

三、采空區(qū)治理設(shè)計(jì)施工方案

3.1 治理方案的選取

依據(jù)以往工程中對(duì)煤礦采空區(qū)治理的經(jīng)驗(yàn)，建議采用井下巷道漿砌法、井下巷道砌碹法和全充填壓力注漿法來治理煤礦采空區(qū)。

井下巷道漿砌是指從煤礦井口直接進(jìn)入井下，對(duì)采空區(qū)治理范圍內(nèi)尚未坍塌的巷道用片石、砂漿進(jìn)行充填，對(duì)其上覆尚未冒落的巖層起直接支撐作用，阻止上覆巖層的進(jìn)一步冒落，防止因冒落而引起的地面沉陷變形，保證路基的穩(wěn)定。此方案優(yōu)點(diǎn)是：費(fèi)用低，安全性高；缺點(diǎn)是：井下施工難度較大，施工周期長(zhǎng)。

3.2 鉆孔注漿設(shè)計(jì)實(shí)施方案

1)采空區(qū)地基采用鉆孔注漿充填加固，通過注漿充填土洞、采空區(qū)空洞和基巖裂隙，并截?cái)嗟乇硭c地下水、注漿范圍及非注漿范圍之間的水力聯(lián)系，防止采空區(qū)變形引起地面塌陷。

2)鉆孔注漿整治寬度原則上為線路中心至兩側(cè)采空區(qū)影響范圍。

3)鉆孔注漿整治深度原則上為采空區(qū)底板完整基巖下1.0m。

4)孔位布設(shè)采取梅花形布孔，注漿孔孔間距20m，帷幕孔間距15m。采空區(qū)治理范圍內(nèi)邊緣孔為帷幕孔，內(nèi)部孔為注漿孔

5)使用水泥粉煤灰漿為主的混合液注漿，固相比為1：3， 水灰比為1：1～1：1.4；水泥強(qiáng)度不低于32.5級(jí)。

6)按施工順序逐步安排室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。室內(nèi)試驗(yàn)主要有：不同配合比條件下的固結(jié)強(qiáng)度、結(jié)石率、流動(dòng)性及初、終凝時(shí)間；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法主要有：壓水(或注水)試驗(yàn)、電測(cè)深法檢測(cè)、波速測(cè)井或瑞雷波法、鉆孔取芯驗(yàn)證、地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

3.3 設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求

場(chǎng)地地層向線路左側(cè)傾斜，施工時(shí)由上至下首先施工線路左側(cè)最外帷幕孔，然后施工該層采空區(qū)其它注漿孔，注漿孔間隔施工。

3.3.1 鉆孔

1)鉆孔位置依據(jù)平面圖施放。

2) 用φ130mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖4m后，下入φ114mm套管或焊管護(hù)壁，然后變徑為φ91mm。在第四系卵、礫石層的鉆探過程中采用跟管鉆進(jìn)。

3)用φ89mm鉆頭，鉆至煤層采空區(qū)中的塌陷冒落帶或煤層底板以下1m。

4)布置3～5%的鉆孔進(jìn)行全取芯，以便指導(dǎo)鉆探和注漿施工。對(duì)于全取芯孔，采空區(qū)冒落帶部位巖芯采取率不應(yīng)小于30%，其它部位巖芯采取率不應(yīng)小于60-70%。

5)注漿、帷幕孔分二序間隔成孔，二序孔可兼作檢查孔。

3.4 施工工藝的選取

3.4.1 鉆孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及施工技術(shù)要求，覆蓋層中的鉆孔我們采取跟管鉆進(jìn)的工作方法，達(dá)到變徑要求后進(jìn)行變徑，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。對(duì)于塌陷冒落嚴(yán)重的地區(qū)，全孔采取擴(kuò)大孔徑，跟管鉆進(jìn)的工作方法，以確保鉆孔的完整度，便于后期注漿工作的進(jìn)行。

3.4.2 封孔。根據(jù)采空區(qū)注漿治理的要求，針對(duì)本區(qū)地層特點(diǎn)，對(duì)于止?jié){工藝，我們采取孔內(nèi)封孔，即一端帶有法蘭盤的注漿管下至孔內(nèi)變徑處，用水泥漿澆筑鉆孔上部，以達(dá)到止?jié){目的。此種工藝可以有效的控制加壓注漿時(shí)漿液外泄，從而達(dá)到徹底充填空區(qū)的目的。

3.4.3 注漿。根據(jù)采空區(qū)治理工期的要求，我們采取了大型攪拌站集中拌合漿液，管道輸送漿液的注漿工藝。由于受采空區(qū)地形限制及注漿終注要求，我們同時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)建立二次攪拌站，對(duì)漿液進(jìn)行二次攪拌，輸送，加壓，以達(dá)到漿液質(zhì)量要求及注漿終注要求。

四、 注漿治理中存在的問題及補(bǔ)救方案

由于本采空區(qū)屬于村辦煤礦，后期又有個(gè)人開采，以及煤層頂板冒落嚴(yán)重，局部地區(qū)的漿液擴(kuò)散范圍難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此對(duì)于施工過程中發(fā)現(xiàn)的不足及時(shí)進(jìn)行了修改，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工中得到的資料，合理的修改了實(shí)際方案，進(jìn)行孔位加密，以達(dá)到最大限度的充填采空區(qū)，提高工程質(zhì)量，減少工程隱患。