太原西山隧道豎井采空區(qū)處治

劉喜春

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030012)

1 工程概況

太原至古交高速公路起點(diǎn)位于太原西北環(huán)高速公路東社樞紐，經(jīng)太原市萬(wàn)柏林區(qū)化客頭鄉(xiāng)、王封鄉(xiāng)、古交市大南坪鄉(xiāng)，到達(dá)終點(diǎn)古交市河口鎮(zhèn)。本項(xiàng)目共有兩座隧道，其中太原西山隧道全長(zhǎng)13 680 m，為特長(zhǎng)隧道。隧道長(zhǎng)度位居亞洲第二長(zhǎng)、山西第一長(zhǎng)。該隧道是目前我國(guó)第一座由公路行業(yè)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)完成的最長(zhǎng)公路隧道。本隧道考慮到隧道長(zhǎng)度、施工期限、隧道通風(fēng)、逃生救災(zāi)等情況，共設(shè)2座豎井和2座斜井，其中1號(hào)豎井位于隧道左線左側(cè)45 m處，井深365 m，內(nèi)輪廓7.9 m，地質(zhì)圍巖為Ⅲ級(jí)～Ⅳ級(jí)。

2 地質(zhì)概況

太原西山隧道位于呂梁山脈東翼的石千峰山北麓，地貌特征屬中低山區(qū)，地形復(fù)雜、山勢(shì)陡峻，海拔高程介于888 m～1 385 m，相對(duì)高差497 m。地質(zhì)條件復(fù)雜，隧址區(qū)山梁、山坡被第四系黃土覆蓋，溝谷基巖裸露，隧道圍巖以?shī)W陶系中統(tǒng)上馬家溝組中～厚層狀石灰?guī)r為主，產(chǎn)狀平緩，傾角較小，斷層、巖溶、采空區(qū)、煤層、瓦斯、涌水等不良地質(zhì)共存。煤礦采空區(qū)主要分布在K4+600～K7+400段，對(duì)主洞無(wú)影響，1號(hào)斜井和1號(hào)豎井均穿越采空區(qū)，煤層為石炭系太原組(Ct3)8號(hào)、9號(hào)煤層，煤層厚2.4 m～3.6 m，為低瓦斯工區(qū)。隧道1號(hào)豎井穿越煤礦采空區(qū)埋深102 m，采厚2.3 m，采深采厚比44，一次采全高，回采率25%。豎井范圍8號(hào)煤層采空區(qū)底板標(biāo)高1 165 m～1 190 m。采空區(qū)有積水。采空區(qū)頂板巖性為厚層狀石灰?guī)r，底板為薄層泥巖。從采掘工程平面圖上計(jì)算煤層產(chǎn)狀為225°∠9°。

3 采空區(qū)處治

豎井采空區(qū)小窯采空區(qū)，回采率低，充水，采空區(qū)具有隱蔽性和復(fù)雜性，其變形特點(diǎn)具有持續(xù)性和突發(fā)性。處治除加固豎井圍巖、阻隔采空區(qū)積水與豎井范圍的水力聯(lián)系外，考慮到漿液的凝固時(shí)間和工期因素，豎井范圍采用純水泥漿加2%～4%的速凝劑進(jìn)行注漿充填處治。

采空區(qū)處治采用水泥與粉煤灰的重量比為2∶8的配比進(jìn)行處治。采空區(qū)經(jīng)處治后，采空區(qū)殘余空洞和松散冒落物巖體得到充填和有效的加固，提高隧道圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)注漿，在豎井一定范圍形成環(huán)形柱狀水泥漿液結(jié)石體，隔斷采空區(qū)積水涌入，有利于安全，便于施工。

3.1 處治標(biāo)準(zhǔn)

采空區(qū)注漿壓力及充填率等采用如下參數(shù):

1)注漿壓力:豎井采空區(qū)處治終孔壓力為 2.0 MPa～3.0 MPa。2)充填率:充填率為90%。3)結(jié)束時(shí)吸漿量:小于50 L/min，持續(xù)時(shí)間為10 min～15 min。4)漿液結(jié)石體強(qiáng)度:豎井采空區(qū)處治結(jié)石體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于5 MPa。5)漿液中速凝劑用量不超過(guò)水泥重量的4%。6)漿液配比宜采用由稀到濃的次序，逐級(jí)采用水灰比1∶1.0～1∶1.8。

3.2 注漿孔設(shè)計(jì)

1號(hào)豎井采空區(qū)以豎井中心為圓心，半徑15 m范圍進(jìn)行灌漿處治。環(huán)形布設(shè)，孔距10 m。采空區(qū)注漿孔的設(shè)計(jì)深度為地表至采空區(qū)底板以下1.0 m?？卓诠懿捎忙?50 mm鋼管。豎井考慮采空區(qū)充填加固為冒落帶松散巖體，注漿管長(zhǎng)度為地表至中～微風(fēng)化的較厚灰?guī)r，每百米孔斜不超過(guò)2°。

3.3 注漿材料及其質(zhì)量要求

水泥為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，粉煤灰需符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰國(guó)家Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。速凝劑可選用水玻璃等。

3.4 漿液配合比

1號(hào)豎井采空區(qū)注漿采用純水泥漿，漿液水固比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。施工時(shí)視水泥漿的凝結(jié)情況，在漿液中摻速凝劑，含量為水泥重量的3%左右。

4 豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在采空區(qū)治理并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的80%后，進(jìn)行隧道豎井施工，并采用超前小導(dǎo)管和中空注漿錨桿進(jìn)行補(bǔ)充注漿。預(yù)留變形量為10 cm～13 cm。采空區(qū)地段襯砌采用全封閉式瓦斯段襯砌，向不含采空區(qū)段延伸10 m～20 m。噴射混凝土和二次襯砌混凝土中須摻NF-B抗透氣型防水劑，提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性，以防瓦斯溢出。噴射混凝土的透氣系數(shù)小于10-10cm/s。模筑混凝土透氣系數(shù)小于10-11cm/s。水泥采用硅酸鹽水泥;砂不得采用細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)Mx≥2.7，含泥量不大于1%;石子最大粒徑不大于40 mm，含泥量不大于1%，針片狀顆粒含量不大于15%。防水板全環(huán)向鋪設(shè)，施工縫處全環(huán)向設(shè)置膨脹型橡膠止水帶。要求施工時(shí)必須做好瓦斯的探測(cè)工作，制定好瓦斯的稀釋措施、防爆措施、緊急救援措施等。

5 工程實(shí)踐情況

在豎井采空區(qū)處治后，設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開(kāi)始對(duì)豎井進(jìn)行開(kāi)挖等施工。在豎井達(dá)到采空區(qū)頂部標(biāo)高前20時(shí)，進(jìn)行超前鉆孔探測(cè)，發(fā)現(xiàn)無(wú)突涌水可能后，繼續(xù)對(duì)豎井進(jìn)行開(kāi)挖和襯砌作業(yè)。當(dāng)達(dá)到豎井采空區(qū)標(biāo)高時(shí)，進(jìn)行了超前小導(dǎo)管注漿，注漿采用φ42超前小導(dǎo)管，在進(jìn)入采空區(qū)標(biāo)高范圍時(shí)，局部有少量出水，又進(jìn)行了環(huán)向小導(dǎo)管注漿。處治后，采用波紋管對(duì)較小出水點(diǎn)進(jìn)行引排處理。到目前為止，該工程無(wú)不良現(xiàn)象發(fā)生。通過(guò)工程實(shí)踐表明，本文所述采空區(qū)治理方案是合理可行的。

6 結(jié)語(yǔ)

采空區(qū)會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生不良影響，因此，選線時(shí)應(yīng)盡量避免通過(guò)采空區(qū)。在勘測(cè)、設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)采空區(qū)的具體情況進(jìn)行全面的勘察，根據(jù)采空區(qū)和隧道的相對(duì)關(guān)系采取可靠而有效的處治措施。我們應(yīng)總結(jié)出適用于公路隧道的采空區(qū)處治方法及標(biāo)準(zhǔn)，并把其中成熟的經(jīng)驗(yàn)納入規(guī)范，以便指導(dǎo)今后公路隧道的施工;并逐步完善和提高隧道采空區(qū)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平，為保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定安全提供保障。

［1］ JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.