淺談某市區(qū)地下采空區(qū)治理方法

龔福初，王文軍

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

某擬建場地地塊為一露天開采的石灰?guī)r采石場所遺留的采石坑，礦坑邊坡為近環(huán)狀陡邊坡，坑頂近南北縱向最長約為480m，近東西橫向最長約450m。礦坑底縱向最長約為390m，橫向最長約為380m，坡度45～90°。該地塊是打造主題公園，各建筑物單體大部分在坑頂邊線40m以外。樂園局部場地及單體建筑物下存在遺留采空區(qū)。石灰?guī)r礦山地下采空區(qū)在露天采空區(qū)中存在采空區(qū)入口，采空區(qū)內(nèi)大部分有泥漿及水充填。

2 采空區(qū)穩(wěn)定性分析

2.1 采空區(qū)形態(tài)

地下采空區(qū)開采地層為泥盆系灰?guī)r及泥灰?guī)r，現(xiàn)已停采，地下開采部區(qū)分為2部分，數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 采空區(qū)形態(tài)匯總表

采空區(qū)礦層厚度較穩(wěn)定，產(chǎn)狀較平穩(wěn)，巖石抗壓、抗剪強度較高，巖體較完整，礦井開采多年，未采取支護措施，偶有危矸掉落現(xiàn)象，礦體直接頂板為礦體本身灰?guī)r，膠結(jié)良好，但有少量裂隙，溶洞破壞了巖石的完整性；底板圍巖亦為灰?guī)r，其物理力學性質(zhì)與礦體基本相同。圍巖體為微風化灰?guī)r，巖體較完整，圍巖分級為II類。

2.2 分析方法

（1）采空區(qū)適宜性評價。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版），采空區(qū)采深采厚比小于30的地段，應評價其適宜性。該采空區(qū)采深采厚比范圍0.2～7.5，評價結(jié)果為治理后較適宜。

（2）采空區(qū)地基的穩(wěn)定性驗算。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》驗算地基的穩(wěn)定性。得出地基穩(wěn)定性結(jié)論為治理后穩(wěn)定。

（3）普氏塌落拱

表2 典型斷面計算統(tǒng)計表

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，絕大多數(shù)斷面采空區(qū)頂板埋深＜壓力拱高度＜崩壞拱高度，由于規(guī)劃地面比現(xiàn)狀地面高出5～10m，且局部采空區(qū)頂部有構(gòu)建筑物，因此需要進行加固治理。

（4）數(shù)值模擬分析。根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，在未支護情況下，地表由于堆土填高，修筑建筑物，再加上人為車輛活動的情況下，洞頂（側(cè)）最大位移量和地表最大位移量均＞6mm/m不宜作為建筑場地。圍巖為脆性結(jié)構(gòu)，發(fā)生位移后，將形成脆性破壞，采空區(qū)頂部圍巖由于變形逐步掉落，最終將會塌陷至地表。本擬建場地為大型游樂場所，使用年限長，人員流動密集，采空區(qū)嚴重威脅地表人員安全，因此，需要進行治理。而根據(jù)對采空區(qū)支護后的工況模擬，洞頂（側(cè)）最大位移量和地表最大位移量均增加較小，保證了采空區(qū)的穩(wěn)定，滿足場地變形允許值。

圖2 采空區(qū)某斷面未支護地面加載后總位移變形圖

圖3 采空區(qū)某斷面支護后地表加荷載總位移變形圖

3 充填方法的選擇

目前常用的采空區(qū)治理方法主要有垮落法、充填法、支撐法、緩慢下沉法。

圖4 采空區(qū)治理分區(qū)圖

根據(jù)采空區(qū)形態(tài)大小，洞頂荷載情況，將本采空區(qū)分為7小塊（標號①～⑦），礦山地下采礦巷道或采空區(qū)通常采用尾砂膠結(jié)體充填，該工藝較成熟且施工造價較低，但本場地位于市區(qū)內(nèi)，尾砂屬于污染物，不可采用其作為充填材料，考慮到本項目治理的采空區(qū)大部分地區(qū)均可進入，因此，為節(jié)省造價和工期，以及考慮到施工的安全性，該采空區(qū)在可進入的采空區(qū)（非規(guī)劃建筑物范圍內(nèi)），采用系統(tǒng)錨桿+梁柱支撐+半回填；其余淤泥較厚地段或在建筑物規(guī)劃范圍內(nèi)的空區(qū)，采用底部拋石擠淤，再采用碎石：石粉：粘性土=3：1：8（體積比）混合充填，壓實系數(shù)≥0.9。機械及人員無法進入的上部區(qū)域采用氣泡混凝土接頂，最后通過高壓注漿確保全充填治理滿足要求。

表3 采空區(qū)分區(qū)治理表

圖6 采空區(qū)典型剖面治理圖

4 結(jié)語

結(jié)合本項目地下采空區(qū)實際情況，采用全充填和半充填+支撐的方式，從經(jīng)濟和技術(shù)上取得了較好的協(xié)調(diào)，但在施工過程中，還存在較多的問題，如充填物的加工配比，采空區(qū)內(nèi)作業(yè)施工工序安排等問題，均需在施工過程中探索。