隧道過采空區(qū)施工技術(shù)探討

郭 濤

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 概論

1.1 地形地貌

忻保高速全長為190.2 km，分布在山西北中部忻州、原平兩市境內(nèi)，郝家里煤礦采空區(qū)位于山西省保德縣橋頭鎮(zhèn)，根據(jù)施工圖設(shè)計階段工程地質(zhì)勘查報告，煤礦采空區(qū)分布在黃土丘陵區(qū)。微地貌表現(xiàn)為黃土梁、峁、坡地和沖溝。沖溝方向為北西—南東向，寬度10 m～120 m，切割深度為8 m～50 m，形態(tài)呈樹枝狀。溝底兩側(cè)有小面積的基巖出露。由于人工整修，地表多為臺階和耕地，大多與路線斜交。海拔高程在1 104 m～886 m之間。植被稀少，以農(nóng)作物為主，局部有灌木。

1.2 氣象

項目區(qū)內(nèi)地處中緯度地帶的晉西北黃土高原，既遠(yuǎn)離海洋，又受山岳阻隔和內(nèi)蒙古沙漠的影響，屬典型的溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，地形復(fù)雜，多為山地丘陵，地形切割劇烈。降水少，晝夜溫差大。區(qū)內(nèi)年平均氣溫為8.8℃，1月份溫度最低，7月份溫度最高。極端最低氣溫－25.5℃，極端最高氣溫37.2℃。區(qū)內(nèi)降水量受地形地貌的控制而出現(xiàn)差異性，隨海拔標(biāo)高增高降水量增大，春季偏少，夏季集中，全年降水集中7月～9月三個月，保德縣年平均降水量493.6 mm，年最大降水量862.4 mm，年最小降水量194.8 mm。無霜期161 d。凍結(jié)期始于11月上旬，解凍期為3月中旬，最大凍土深度150 cm。

1.3 施工條件

1)交通:施工地點(diǎn)距岢嵐至保德省道很近，交通方便。

2)通訊:可在施工現(xiàn)場安裝固定電話，亦可使用移動電話。

3)居住條件:現(xiàn)場附近租用民房，亦可自建臨設(shè)。

4)施工用電:可通過煤礦接動力電，也可自備電源。

5)施工用水:朱家川河水。

1.4 勘察成果概述

郝家里煤礦對工程影響嚴(yán)重，左線采空區(qū)長度1 413 m，右線采空區(qū)長度1 365 m，左右線累計長度2 778 m。剩余空洞總體積169 159 m3。

郝家里煤礦性質(zhì)為村辦，開采時間為1995年～2006年，已關(guān)閉，年生產(chǎn)能力5萬t，斜井開拓，房柱式開采，開采8號、10號和11號煤層，采厚分別為3 m，2 m，2 m，回采率60%，煤層產(chǎn)狀270°∠5°，煤層偽頂偽底均為泥巖，老頂為厚層狀砂巖，老底為砂質(zhì)泥巖。采空區(qū)埋深0 m～52 m，最大累計采厚7 m，采深采厚比0～11。煤礦采空區(qū)對郝家里隧道影響嚴(yán)重。

煤礦采空區(qū)分布于左線ZK174+790～ZK174+830為10號和11號煤層雙層采空區(qū);右線 K174+790～K175+000，左線ZK174+830～ZK174+970為8號、11號煤層三層采空區(qū)，右線K175+000～K176+217，左線 ZK174+970～ZK176+115為8號煤層單層采空區(qū)。

2 處治設(shè)計原則和依據(jù)

2.1 設(shè)計原則

采空區(qū)經(jīng)過處治后，地基能夠更有效地保證穩(wěn)定性，達(dá)到公路工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 設(shè)計依據(jù)

本設(shè)計文件所依據(jù)和參考的主要技術(shù)文件有:《忻保線初步設(shè)計階段煤礦采空區(qū)工程地質(zhì)勘察報告》《高速公路采空區(qū)勘察設(shè)計與施工手冊》。

2.3 處治標(biāo)準(zhǔn)

本項目的采空區(qū)處治設(shè)計依據(jù)采空區(qū)勘察成果，結(jié)合工程類型及其重要程度采用不同治理標(biāo)準(zhǔn)，工程類型分橋隧和路基兩大類，治理范圍、注漿材料、注漿壓力及充填率、檢測視工程類型有所差異。

1)圍護(hù)帶(B):橋隧B值取20 m。

2)注漿材料:橋隧水泥、粉煤灰固相比為3∶7。

3)注漿壓力:橋隧終孔壓力一般為2 MPa～3 MPa。

4)充填率:橋隧充填率為90%～95%。

3 處治工程設(shè)計

3.1 處治方案的選取

依據(jù)我省在大運(yùn)高速公路、太長高速公路、離軍等高速公路對采空區(qū)的處治經(jīng)驗，本方案采用全填充注漿法來處治。

郝家里煤礦巷道塌落，井口封閉，不能進(jìn)行井下巷道砌筑。綜合考慮采用水泥粉煤灰漿液充填法進(jìn)行處治。

3.2 灌漿孔設(shè)計

灌漿孔分帷幕孔和注漿孔。帷幕孔孔距為20 m～25 m，注漿孔孔距為20 m～30 m。

采空區(qū)灌漿孔設(shè)計深度一般都在地表至采空區(qū)底板1 m以下。每百米孔斜不超過2°。

采用φ=50 mm鋼管對孔口管進(jìn)行注漿，注漿管長度為地面之上1 m至完整基巖下6 m處的深度。

花管注漿采用φ=75 mm的PVC管，注漿管長度為地面至采空區(qū)底板的深度。

3.3 漿液配合比設(shè)計

采空區(qū)治理的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)視所處工程類型的重要程度有所差異，對橋隧工程，用水泥粉煤灰作為注漿漿液，漿液配比、注漿壓力、充填率及結(jié)石率等參數(shù)取高值，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，水固比1∶1.5～1∶1.0。

3.4 采空區(qū)注漿量設(shè)計

考慮在注漿過程中漿液損失，注漿量按下式計算:

其中，A為漿液損耗系數(shù)，取值1.1;ΔV為采空區(qū)剩余空隙體積，m3;η為漿液充填率，取值0.9;C為漿液結(jié)石率，取值80%～85%。

橋隧及路基工程處治標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對比見表1。

表1 橋隧及路基工程處治標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對比

3.5 本項目工程量

總鉆孔數(shù)460個，鉆探總進(jìn)尺53 789 m，注漿總量169 159 m3。

4 工藝設(shè)計

4.1 注漿系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)由料場、一級攪拌池(機(jī))、二級攪拌池(機(jī))、供水系統(tǒng)、注漿泵、壓力表、封孔裝置、注漿管道和投砂漏斗等構(gòu)成。

4.2 施工工藝及要求

本工程施工工藝流程見圖1。

本工程制漿工藝流程見圖2。

圖2 工程制漿工藝流程

5 工程質(zhì)量檢測

工程質(zhì)量檢測包括施工過程中的質(zhì)量檢測和施工結(jié)束后的工程質(zhì)量檢驗。

5.1 施工過程中的工程質(zhì)量檢驗

施工技術(shù)人員必須掌握采空區(qū)治理工程的目的、加固原理、技術(shù)要求和質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)等。施工中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)質(zhì)量控制和檢測，并做好施工記錄。

施工單位的自檢:原材料檢驗，包括水泥、粉煤灰、砂或細(xì)骨料的檢驗，原材料的出廠檢驗單、每批量的檢驗等。每班對漿液配合比、漿液參數(shù)如結(jié)石率、粘度進(jìn)行測試和試塊制作。

5.2 施工結(jié)束后工程質(zhì)量檢驗和驗收

采空區(qū)處治效果的檢驗和評定在處治結(jié)束后的3個～6個月后進(jìn)行。

工程質(zhì)量檢驗的方法:有鉆探、物探、漿液結(jié)石體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)測試、地表變形觀測、孔內(nèi)二次注漿和電視攝影等方法。

隧道的檢查孔按每100 m布置一個，孔位按左右線跳隔設(shè)置，隧道的進(jìn)出口深30 m須設(shè)置檢查孔。

6 施工注意事項

1)采空區(qū)的施工經(jīng)檢測驗證，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)行下一工序即主體工程的施工。2)PVC花管注漿先做現(xiàn)場試驗，根據(jù)實際情況進(jìn)行工藝調(diào)整。3)協(xié)調(diào)煤礦留設(shè)高速公路保安煤柱，避免形成新的采空區(qū)，對公路工程造成影響。

[1] JTJ 076-95，公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例[S].

[4] 中華人民共和國安全生產(chǎn)法[S].

[5] 忻保線初步設(shè)計階段煤礦采空區(qū)工程地質(zhì)勘察報告[R].2009.

[6] 山西省建設(shè)廳.高速公路采空區(qū)空洞勘察設(shè)計與施工治理手冊[M].北京:人民交通出版，2006.