論采空區施工工藝

康振勝

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051）

1 引言

山西是一個煤炭大省，煤礦資源分布范圍廣，開采范圍和開采規模（原煤產量、礦井數量）也大，這對公路建設構成了嚴重的危害。釘對這個問題，可對采空區采用全填充壓力注漿，該法施工簡單、安全可靠、經濟合理。文章結合省道臨午線核桃凹采空區治理施工，簡單介紹采空區治理工程的施工工藝。

2 工程概況

核桃凹采空區分布于K29+610-K30+100，處治長度490 m，寬度110 m，面積53 900 m3，形成于2003—2005年，埋深218~267 m，傾角11°，煤層厚度5 m，刀柱式開采，采深采厚比44~53，回采率50%。采空區上覆地層為砂泥巖互層，中夾石灰巖，頂板為石灰巖，厚2.3 m，底板為薄層泥巖、石灰巖。

處治方法為全填充壓力注漿。為了保證施工質量，從原材料上嚴格把關，在施工順序及施工工藝上嚴格要求。結合本工程交叉施工的具體情況，制訂了切實可行的施工方案，為本工程在確保施工質量的前提下順利竣工打下了基礎。

3 采空區治理主要技術指標

治理長度：490 m，治理寬度：110 m，治理深度：216～267 m，帷幕孔孔距：15 m，注漿孔孔距：20 m，帷幕孔數量：65個，注漿孔數量：150 個，注漿管直徑：50 mm，注漿壓力：2～3 MPa，水泥、粉煤灰固相比：3∶7，水固比：1∶1.0～1∶1.5，注漿總方量：83377 m3，充填率：90%～95%。

4 采空區治理施工工藝流程

施工準備→測量定位→安裝鉆孔設備→鉆孔→驗孔→澆筑孔口管→制漿→泵壓輸送→檢查驗收。

5 采空區治理主要施工工藝

5.1 準備工作

在施工現場修建一級攪拌池3個、二級攪拌池2個、蓄水池2個。共安裝5套攪拌設備，二級攪拌池配備4臺BW-250/50泥漿泵，在鄰近一級攪拌池位置建設料場。現場配置150 kW發電機一臺，電源控制柜一個，每個攪拌池容量為5 m3。在一級攪拌池中，根據不同漿液配比，用水泥鋼釘作標志作為拌和水控制線，攪拌池、蓄水池均做防滲處理，并在周邊設立圍欄和安全警示牌。

5.2 測量放樣

帷幕孔與注漿孔定位采用坐標定位法。根據設計提供的孔位坐標，用全站儀準確定位，經監理復檢，孔位偏差在10cm范圍之內。

5.3 鉆孔施工

根據測量放樣結果，結合本工程的施工方法，在現場施工負責人的安排下鉆機就位。鉆探工藝要求鉆機安裝必須做到平衡，保證孔位中心、主軸中心、天車中心在同一直線上。經技術人員對鉆機的水平度、主軸垂直度進行檢查，確認符合設計要求后，報請監理工程師申請開鉆。鉆孔采用隔孔二序法施工，鉆機的成孔工藝采用Φ127 mm開孔，鉆至完整基巖6 m后，變徑為91 mm，鉆至采空區底板下1 m處終孔。開孔后先輕壓慢鉆，鉆進時為保證施工質量采取清水鉆進，設置泥漿沉淀池采用循環水將鉆雜帶出。在鉆進施工中隨時校正鉆具長度，其誤差不超過±5 cm，確保孔深數據準確，對循環液的漏失量變化以及掉鉆等發生的位置做了詳細記錄，以此判斷地層的完整度及采空區的特征。為了準確掌握采空區地層以及采空區特征，在施工中布置了7個取芯孔，其巖芯采取率均大于70%，并做好巖芯編錄與拍照工作，根據取芯孔的鉆探結果，對區域地層及采空區特征做到準確把握。具體鉆孔的施工順序如下：

帷幕孔：

第一序次：215、213、211、209、207、205、203、201、199、197、195、193、191、189、187、185、183、31、29、27、25、23、21、19、17、15、13、11、9、7、5、3、1

第二序次：214、212、210、208、206、204、202、200、198、196、194、192、190、188、186、184、182、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、2

注漿孔因受橋梁樁基交叉施工影響，具體施工順序如下：

第一序次第一批：57、33、32、60、126、93、63、34、36、38、40、102、69、42、104、71、106、44、73、108、46、75、77、48、114、81、50、116、52、83、118、54、85、120、87、122、89、56

第一序次第二批：181、155、121、179、153、177、119、150、151、175、117、149、147、115、173、112、113、110、111、144、171、109、142、141、169、107、139、167、105、137、103、135、165、100、101、133、163、98、99、131、96、97、129、161、94、95、127、159、92、125、157、90、91、123、124、156

第二序次第一批：158、160、128、162、130、164、132、166、134、168、136、170、138、140、172、143、145、174、146、176、148、178、152、180、154

第二序次第二批：88、86、55、84、53、82、79、80、51、78、49、76、47、74、45、72、43、70、41、67、68、65、66、64、37、39、62、35、61、59、58

鉆孔終孔經監理驗收合格后，下置孔口管。孔口管采用Φ50mm鋼管，在其前端200 mm處焊接直徑為120 mm圓形法蘭托盤，下入孔內變徑處。為了防止澆注孔口管的水泥漿進入孔內形成堵塞，先向孔內填入厚約10 cm的礫石（其規格5~10 mm）后，再填入厚200 mm的粘土來增加密封效果，最后用水灰比為1∶1.2的水泥漿對孔口管進行澆鑄，澆鑄厚度為6 m，孔口管高出地表1 m，深至完整基巖下6 m處，絲扣連接。

5.4 注漿施工

注漿施工從原材料檢驗、漿液配比、制漿工藝、注漿工藝4方面嚴格把關，保證施工質量達到設計要求。

5.4.1 原材料檢驗

（1）水泥：本工程選用臨汾黃河水泥廠生產的九泰牌32.5#礦渣水泥，經山西省臨汾公路工程質量檢測中心檢驗，其28天強度為2.4 MPa。報請試驗監理工程師復檢合格后進入施工場地，進場后每200 t抽檢一次，抽檢結果均滿足設計要求。

（2）粉煤灰：采用蒲縣長益晟電廠的粉煤灰，經山西省臨汾公路工程質量檢測中心檢驗，其各項指標均滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596）國家Ⅲ級技術要求。

（3）水：采用下垣煤礦坑水，經山西省城市供水水質監測網臨汾監測站檢測，均符合《混凝土拌和用水標準》的要求。

5.4.2 漿液配比選用

漿液配比根據設計要求，固相比為3∶7（水泥占30%，粉煤灰占70%），水固比為1∶1~1∶1.5。本工程采用了水固比為1∶1.2和1∶1.3兩種漿液，以1∶1.3漿液為主，原因在于1∶1和1∶1.1的漿液可注性好，填充率高，但強度較低；1∶1.4和1∶1.5的漿液可注性較差，填充率低，但強度較高；而1∶1.3漿液從強度上滿足（超過）設計要求，可注性、填充率居中，故選擇了1∶1.2和1∶1.3的漿液灌注。

5.4.3 制漿工藝

先在一級攪拌池中按漿液配比（1∶1.2，1∶1.3），加入定量的水、水泥、粉煤灰（1∶1.2 水 670 kg/m3，水泥 241 kg/m3，粉煤灰563 kg/m3；1∶1.3 水 652 kg/m3，水泥 254 kg/m3，粉煤灰 593 kg/m3）進行攪拌，攪拌時間不少于3 min，然后將攪拌好的漿液放入二級攪拌池進行二次攪拌，攪拌時間不少于3 min，隨后將配制好的漿液通過注漿泵送入孔內進行注漿。

5.4.4 注漿工藝

①施工順序：先帷幕空，后注漿孔。根據鉆孔及設計提供的采空區傾斜方向，先施工采空區底板標高較低位置的注漿孔及構造物處的注漿孔在沿傾斜方向由低向高、由邊部向中心展開施工。

②注漿前先用清水洗孔，洗孔時間不低于10 min。洗孔后開始注漿，每孔注漿前100 m3的漿液配比為1∶1.2，其后改用1∶1.3的漿液灌注，直至終孔。

本工程注漿施工不同于以往注漿施工之處在于很少投入速凝劑和骨料，而是采用多次間歇的方法完成。因投入骨料或加入速凝劑易形成一個快速堆積的圓錐體，造成注滿的假象，對工程質量造成一定的影響。在注漿間歇前，先用清水洗孔，洗孔時間不少于10min，間歇時間均在12h以上，間歇后再用清水洗孔10min，再次開始注漿。如此反復，直至達到單孔注漿結束標準而終孔。

根據設計要求，單孔注漿結束標準為孔口壓力2~3 MPa，泵量小于70 L/min，穩定10~15 min，方可結束該孔的注漿施工。然而由于本采空區地層裂隙發育，連通性強，個別孔在注漿中發生地表冒漿現象，冒漿位置距離注漿孔十幾米至數百米不等。此類孔由于裂隙泄壓，無法達到設計的孔口壓力而終孔，其余注漿孔均達到設計要求的孔口壓力。通過對單孔注漿結石面高度的測量結果發現，其在0.2~28 m之間。

6 施工中質量保證措施

認真貫徹施工工藝及施工技術要求，對施工中可能產生的質量隱患及突發性質量事件實行事前預控措施，見表1。

7 結論

通過對施工過程中各個環節的有效控制，在注漿結束后，對采空區處治效果進行鉆探檢測，漿液結石體抗壓強度達到了2.7MPa。大橋布設的變形觀測點測得的數據顯示，均未發生變形沉降，說明對該段采空區采用全填充壓力注漿的質量及效果良好，能保證公路正常運營。

表1