1. 工程地質(zhì)采礦條件

　　陽(yáng)泉西環(huán)高速公路沿線有5段采空區(qū)的沉降變形尚未完成，其持續(xù)變形對(duì)擬建高速公路產(chǎn)生極大危害，為確保高速公路的安全運(yùn)營(yíng)，必須采取工程措施進(jìn)行治理。文中以陽(yáng)泉西環(huán)高速公路的K1+100～K2+400路段為例說(shuō)明處置方案。

　　K1+100～K2+400路段經(jīng)9#和15#煤層采空區(qū)，9#煤層平均厚2m，長(zhǎng)壁式開(kāi)采，礦井回采率為15%;15#煤層平均厚6m，平均埋深134m，煤層傾角7°，長(zhǎng)壁式開(kāi)采，采寬150m;礦井回采率約30%，剩余孔隙率約為30%。采深采厚比22～67，地面欠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)塌陷;采寬采深比1.1，煤礦為不充分采動(dòng)，局部會(huì)發(fā)生塌陷。該路段路表已出現(xiàn)波段沉陷、裂縫等現(xiàn)象，經(jīng)綜合分析計(jì)算，該采空區(qū)欠穩(wěn)定，對(duì)路線影響較嚴(yán)重，需治理。

　　2.采空區(qū)空洞治理范圍的確定

　　2.1 采空區(qū)治理長(zhǎng)度

　　采空區(qū)治理長(zhǎng)度為采空塌陷區(qū)沿路線延伸方向的邊界所確定的長(zhǎng)度。

　　2.2 采空區(qū)治理寬度

　　公路橫向上采空區(qū)的治理寬度采用公式，水平巖層采用：

　　L=D+2B+2(H1*ctgφ+H2*ctgβ)，

　　其中，L——垂直公路軸線的水平方向的治理寬度(m);

　　D——公路路基底面寬度(m);

　　B——路基圍護(hù)帶一側(cè)的寬度(m)，(一般路基取10m，橋梁取20m);

　　H1——松散層厚度(m);

　　H2——覆巖厚度(m);

　　φ——松散層移動(dòng)角，取值45°;

　　β——巖層移動(dòng)角，取值68°;

　　2.3 采空區(qū)治理深度

　　采空區(qū)處治深度為地面至采空區(qū)(或煤層)底板以下不小于3m。

　　3.采空區(qū)空洞體積和注漿量的確定

　　3.1 采空區(qū)空隙體積的確定

　　采空區(qū)空隙體積即煤層被采出后，原空間經(jīng)塌陷冒落巖塊充填后剩余的空隙。

　　采空區(qū)空隙體積采用公式為：V=S×H×K-ΔV;

　　其中，S——采空塌陷區(qū)面積(m2);

　　H——煤層厚度(m);

　　K——采取率;

　　ΔV——截至目前已沉降變形的垮落巖石碎脹所重填的體積(m3);

　　3.2 采空區(qū)注漿量

　　本項(xiàng)目根據(jù)公式Q總=A×V×η/C確定，其中，A為注漿量總量漿液損耗系數(shù)，取值在1.0～1.5之間;η為漿液重填系數(shù)，取值在0.75～0.95之間，該值宜根據(jù)公路工程的性質(zhì)確定，對(duì)于路基范圍內(nèi)的采空區(qū)取值在0.75～0.85之間，對(duì)于構(gòu)筑物范圍的采空區(qū)取值在0.85～0.95之間;C為漿液結(jié)石率，取值在0.70～0.95之間，一般由試驗(yàn)確定。

　　經(jīng)上述公式計(jì)算，K1+100～K2+400路段內(nèi)的采空區(qū)的注漿漿液體積為120007m3，其中路基注漿漿液體積為80354m3，橋梁注漿漿液體積為39653m3。

　　4.注漿孔的設(shè)計(jì)

　　4.1 鉆孔布設(shè)

　　注漿孔和帷幕孔的排距、孔距設(shè)計(jì)一般經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。本工程綜合考慮了采煤方法、覆巖地層結(jié)構(gòu)及巖性、煤層采出率、塌落帶和裂隙帶以及經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在公路軸線布置1排，孔距20m(橋梁在墩臺(tái)中心置位布孔)，采空區(qū)左右兩側(cè)治理邊界各布設(shè)1排帷幕孔，孔距為20m，其余注漿孔排距20～35m，孔距25m。注漿孔位置如圖1;

　　圖1 注漿孔平面布置圖

　　Figure 1 The layout plan of grouting hole

　　注漿孔的設(shè)計(jì)深度為地面至15#煤層或采空區(qū)底板以下0.5m(能確認(rèn)層位即可)的深度，注漿孔的注漿長(zhǎng)度為采空區(qū)最上部完整基巖頂面以下5m至15#煤層或采空區(qū)底板，孔口管長(zhǎng)度為地表之上1m至完整基巖5m處的深度。縱斷面布置圖詳見(jiàn)圖2。

　
　圖2 采空區(qū)注漿孔縱斷面圖

　　Figure 2 The sectional drawing of grouting hole

　　4.2 漿液配合比設(shè)計(jì)

　　根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況，確定注漿漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比為1:1.0～1:1.4。一般路基段水泥占固相的15%，粉煤灰占固相的85%;在橋梁段水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。這種漿液配合比已經(jīng)考慮了受采空區(qū)充水影響的情況。

　　帷幕孔需根據(jù)具體情況，采用較稠的漿液或在漿液中摻加一定量的速凝劑(水泥重量的2%)，使注入采空區(qū)的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液流失。

　　5.注漿工藝設(shè)計(jì)

　　5.1 施工工藝及要求

　　本項(xiàng)目注漿施工從定點(diǎn)到注漿結(jié)束，可見(jiàn)施工工藝流程圖圖3。

　　
圖3 施工工藝流程圖

　　Figure 3 Process flow diagram of construction

　　施工過(guò)程中需注意的幾個(gè)參數(shù)：1)定點(diǎn)時(shí)，鉆孔實(shí)際位置原則上不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)位置的0.5m;2)成孔時(shí)，用φ127mm鉆頭開(kāi)孔，鉆至完整基巖6m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(guò)程中采用跟管鉆進(jìn)。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。

　　5.2 注漿工藝及其參數(shù)

　　采空區(qū)治理中注漿是尤為關(guān)鍵的一步，尤其注意：

　　1)施工順序：按采空區(qū)的傾斜方向，先施工采空區(qū)底板標(biāo)高較低位置的注漿孔及構(gòu)造物工點(diǎn)處的注漿孔，再沿傾斜方向由低向高、由邊部向中心展開(kāi)施工，鉆孔分二序次進(jìn)行。

　　2)注漿過(guò)程：注漿時(shí)，應(yīng)避免在短時(shí)間內(nèi)注入大量的水泥粉煤灰漿，當(dāng)注漿量較大時(shí)，應(yīng)采用間歇式注漿法施工，或在孔口加一漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或石屑帶入孔內(nèi)，或在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑。

　　3)單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在灌漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵量小于70L/min時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)物類型和采空區(qū)特征，孔口壓力在1.0～3.0MPa，穩(wěn)定10～15分鐘，可結(jié)束該孔的注漿施工。

　　4)注漿技術(shù)的其他指標(biāo)及參數(shù)：注漿及間歇注漿前必須用清水洗孔，壓水時(shí)間不得小于10分鐘;稀漿灌注量取單孔注漿量的30%為宜。

　　6. 結(jié)語(yǔ)

　　本項(xiàng)目工作合理的確定了采空區(qū)治理范圍，施工工藝及采空區(qū)注漿量，使地基能有效的承受公路和車輛荷載，保證公路的安全運(yùn)行。

　　采空區(qū)治理還需做好施工過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)、變形觀測(cè)和施工結(jié)束后的處置效果檢測(cè)。

　　采空區(qū)治理前應(yīng)要求沿線正在生產(chǎn)或準(zhǔn)備生產(chǎn)的礦井給擬建高速公路留設(shè)足夠的保安煤柱并嚴(yán)禁越線開(kāi)采，以確保公路路基的穩(wěn)定及構(gòu)造物的安全。

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