高速公路下伏煤礦采空區(qū)勘察與注漿處治淺析

曹欣宇，祝 塘，胡 蝶

(貴州交通巖土工程有限責(zé)任公司)

?

高速公路下伏煤礦采空區(qū)勘察與注漿處治淺析

曹欣宇，祝 塘，胡 蝶

(貴州交通巖土工程有限責(zé)任公司)

以貴陽東北繞城高速公路尖坡至小碧改建工程為主要研究對象，簡單介紹了下伏煤礦采空區(qū)對高速公路的危害，并提出看了勘察與處治的方法，旨在為工程的順利完成提供有利的依據(jù)。

高速公路；煤礦采空區(qū)；勘察與防治

1 工程概況

擬建貴陽東北繞城高速公路尖坡至小碧改建工程是蘭(州)海(口)國家高速公路遵義至貴陽段擴(kuò)容工程的貴陽過境段，起于現(xiàn)有的東北繞城高速與貴遵高速交叉的尖坡樞紐立交，止于貴陽環(huán)城高速與貴新公路交叉的下壩樞紐立交。與2009年建成的貴陽繞城高速西南段形成新的完整的閉合環(huán)線系統(tǒng)，進(jìn)一步完善城市出入口及過境環(huán)線功能，擴(kuò)展城市發(fā)展空間，對促進(jìn)黔中經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)、建設(shè)貴陽西南陸路交通樞紐有極為重要的意義。

2 高速公路下伏煤礦采空區(qū)的危害

2.1 對路基危害

對路基而言，如果路基整體能夠均勻的下沉，危害不大，但下伏煤礦采空區(qū)的塌陷將會帶來極大的危害，所以在工程建設(shè)中應(yīng)密切注意空洞探測。路堤以及路塹，下伏煤礦采空區(qū)的不規(guī)則塌陷對其造成的危害是不同的。塌陷導(dǎo)致的路基下沉?xí)孤返淘诖怪狈较蛏袭a(chǎn)生一定大小的拉伸力，使其變形，還有可能出現(xiàn)脫層等病害，進(jìn)而對路基的承載能力造成影響。采空區(qū)塌陷還會導(dǎo)致路塹的穩(wěn)定性下降，嚴(yán)重時會引起滑坡現(xiàn)象。路基在逐漸下沉的過程中，其水平方向會持續(xù)形成作用力，使路基一直保持的方向發(fā)生改變，而且這種橫向改變大多都是十分不均勻的，所以會使高速公路的坡度出現(xiàn)較大的變化，車輛在這種條件下運行，極易發(fā)生安全事故。

2.2 對路面危害

地表結(jié)構(gòu)的不規(guī)則運動與變形，會在一定條件下作用到高速公路的路面上，使路面的恒定坡度發(fā)生變化。如果地表的實際傾斜方向與公路的坡向保持一致，路面的坡度將明顯增加，如果相反，則坡度減小，甚至出現(xiàn)反坡。公路坡度的增加與減少，會使公路線路出現(xiàn)彎曲，主要集中在垂直方向上，進(jìn)而使公路的曲率半徑發(fā)生不規(guī)則變化，為行車造成了很大的影響。另外，如果情況較為嚴(yán)重且無法得到及時有效的處理，還會引發(fā)公路路面的開裂等嚴(yán)重后果。

2.3 對橋梁結(jié)構(gòu)體的危害

橋梁工程的技術(shù)要求十分嚴(yán)格，這主要是由于橋梁經(jīng)受形變的能力十分有限，如果形變量較大，極難在短時間內(nèi)恢復(fù)。對于橋梁工程而言，下伏煤礦采空區(qū)主要會對其樁基施工造成一定影響，如果樁基在采空區(qū)的上方或周邊建設(shè)，采空區(qū)的塌陷勢必會造成樁基出現(xiàn)形變，進(jìn)而對橋梁產(chǎn)生一定危害。

3 高速公路下伏煤礦采空區(qū)的勘察與處治

3.1 采空區(qū)的基本特征

對高速公路具有一定影響的采空區(qū)主要由兩部分構(gòu)成，其一是開采形成的塌陷區(qū)域，其二則是抽水巷道。由于開采的間接影響，該地段的地表已經(jīng)出現(xiàn)了較為顯著的變形和沉降，與未發(fā)生沉降的地表相比，十分明顯，經(jīng)測算得知，地表沉降的最大值達(dá)到了80 cm。抽水巷道分布于公路的斜交線上，屬于高速公路影響范圍，抽水巷道的底端寬度為2.2 m，高度達(dá)到了2.6 m，根據(jù)該路段中抽水巷道的基本特征及資料顯示，此抽水巷道是在最近幾年完成修建的，雖然現(xiàn)階段地面未發(fā)生較大的沉降，但仍需對此引起高度的重視。

采空區(qū)的基本特征主要表現(xiàn)為以下幾點：

(1)煤礦采空區(qū)上方巖層主要由第四系、三疊或二疊系構(gòu)成，巖層性質(zhì)主要表現(xiàn)為軟巖與煤層，而且還常見張性斷層。

(2)煤礦采空區(qū)在項目場區(qū)中的分布極不規(guī)律，由于塌陷區(qū)處在向斜翼處，所以煤礦采空塌陷區(qū)主要呈現(xiàn)出緩傾斜的狀態(tài)，且開采的深度并不統(tǒng)一，視煤層深度而定。

(3)該路段的采空區(qū)經(jīng)多年采煤所成，中、深層的煤層在很早就已經(jīng)開始開采，而淺層的煤層還沒有開采完畢，因此該采空區(qū)的沉降并未完全結(jié)束。

(4)采空區(qū)含有豐富的地下水，常見巖溶、裂縫。

3.2 注漿施工

(1)成孔工藝

對于單層采空區(qū)或孔深較小的多層采空區(qū)而言，在實際情況中通常運用單次全灌注法。然而孔深較大的多層采空區(qū)而言，則需使用上下段注漿法。

使用回轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，127 mm鉆機(jī)，開鉆過程中需用清水進(jìn)行循環(huán)。再鉆入基巖8 m之后，運用水灰比為1∶1.5左右的泥漿對套管的外側(cè)進(jìn)行封閉，封閉完成之后使用89 mm鉆機(jī)，在鉆頭到達(dá)采空區(qū)底端時緩慢拔出鉆機(jī)，在鉆孔中安裝注漿管，套管的頂端需安裝封孔裝置，為首次注漿操作做好準(zhǔn)備。在首次注漿結(jié)束的一段時間以后，孔道內(nèi)的漿液已基本完成初凝，此時還需使用89 mm鉆機(jī)對其進(jìn)行二次鉆探，直至鉆頭到達(dá)采空區(qū)底端1 m處，此后將注漿管下放至采空區(qū)頂端上方的3～5 m處，孔中預(yù)留少量的粘土，將事先準(zhǔn)備妥當(dāng)?shù)哪酀{灌入其中，完成封閉工作，等到注漿管與孔壁完全固結(jié)以后，方可注漿。

(2)注漿工藝

①注漿工序開始之前，需先清洗孔道。

②本工程主要運用水固比為1∶1或1∶1.3的配合漿液。

③在運用間歇式注漿法時，間隔時間不能低12 h。在間歇以前，應(yīng)對孔道進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲核幚?，以此防止注漿管堵塞。本工程項目要求間隔注漿的時間不能在36 h以內(nèi)。

④在第1序孔中，主要運用間歇式注漿法，實際注漿量為平均水平的1.3～1.5倍。

⑤在第2序孔中，主要運用壓漿法，在完全滿足結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以后，完成注漿。

⑥與第1序孔相同，在邊緣孔中同樣運用間歇式注漿法，實際注漿量的平均值為300 m3。

(3)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在切實滿足下列指標(biāo)時，可結(jié)束注漿操作。

①中間注漿孔：對于中間注漿孔而言，如果注漿的壓力在0.6 MPa以上，且注漿速度可維持在50～70 L/min之間，維持時間在15 min以上時，視作注漿完成，可立即結(jié)束注漿。

②邊緣注漿孔：對于邊緣注漿孔而言，如果注漿的壓力在0.5～2.0 MPa之間，且注漿速度維持在20～50 L/min之前，持續(xù)時間在15 min以上時，視作注漿完成，可立即結(jié)束注漿。注漿處治法的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 高速公路下伏煤礦采空區(qū)處治——注漿法的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1

4 總 結(jié)

下伏煤礦采空區(qū)是影響高速公路工程質(zhì)量的常見因素，在完善的地質(zhì)勘察工作以后，本工程成功避讓了大型不良地質(zhì)，但仍需對一定距離的煤礦采空區(qū)進(jìn)行處治。在充分了解地段中采空區(qū)基本情況之后，選取注漿法對其進(jìn)行處治，在合理可靠、完善科學(xué)的施工與管理之下，采空區(qū)得到了良好的處治，為后續(xù)施工建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1] 童立元,邱鈺,杜廣印,等.高速公路下伏多層采空區(qū)注漿充填法治理試驗研究[J].公路交通科技,2012,19(5):12-13.

[2] 顏榮貴.地基開采沉陷及其地表建筑[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012,(11):25-26.

[3] 郭廣禮.老采空區(qū)上方建筑地基變形機(jī)理及其控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2012,(12):141-142.

[4] 楊耀亮,張剛.有限元數(shù)值分析在銅綠山礦殘柱回采方法選擇中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與發(fā)展,2012,21(2):21-23.

[5] 李俊平,彭作為,周創(chuàng)兵,等.木架山采空區(qū)處理方案研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2011,23(22):3884-3890.

2015-03-26

曹欣宇(1985-)，男，貴州湄潭人，工程師，主要從事勘察設(shè)計工作。

U416.1

C

1008-3383(2015)11-0025-01