公路下伏淺層采空區治理施工技術小結

張德洋

中鐵十二局集團第三工程有限公司

公路下伏淺層采空區治理施工技術小結

張德洋

中鐵十二局集團第三工程有限公司

工作一年，一直從事采空區治理工作，現有總結若干，陳與紙上，請領導審閱。注漿是采空區治理工程的關鍵工序，注漿施工工藝、漿液質量的有效控制是采空區治理工程質量的保證。因此，根據施工中出現的現象，有效的控制漿液質量，并根據注漿情況實時調整工藝是漿液施工中的重點。

采空區治理；注漿治理；施工工藝

一、工程概況

1.1 采空區概況

山西省陽泉--左權高速公路起點位于平定縣冠山鎮北磛石村，主要以填、挖方、橋、隧道等構造物向東南方向經東白岸、立壁、土嶺頭、王家山，建都村，經過蒙山隧道、鳳居隧道，然后折向西南方向經東寨、翟絮村、黃嶺、北安驛、南安驛、河緒、里長、清河店，至本項目終點突堤村南部殷家莊附近。線路全長95.708km，為全封閉四車道高速公路，設計路面寬24.5m，設計行車速度80km/h。

線路沿線采空區煤系地層出露起訖里程為K68+701～K69+852，累計長度1151.0m，路線采空區長度約為812.1m， 主要開采太原組15#煤層形成的采空區，路線沿線經過兩個礦區，分別為青背煤礦、東仁煤礦，以上煤礦均屬村辦煤礦，于1984年建礦，設計生產能力為3萬噸/年，于2006年關閉。

通過地質調查、物探和鉆探相結合的方法對采空區進行了詳細勘察，經勘察，基本查明了采空區的分布。

收集資料表明影響線路采空區主要由青背煤礦和東仁煤礦開采15#煤形成，兩礦均為房柱式開采，煤層頂板巖性為砂質泥巖，底板為炭質泥巖。回采率約30%，開采時間均在1984年，礦井于2006年關閉，形成的采空區在自然地面下6.9～72.m，平均35～56m ，采空區內有少量積水。由于采空區埋深較淺，且開采厚度較大，因此造成地表塌陷、地裂縫等災害現象較常見。

1.2 采空區特點

調查資料顯示，本采空區有以下幾個顯著特點：

1)采空區埋深淺，煤層厚。本采空區煤層埋深6.9～72m，平均埋深不足50m。本層煤主采15＃煤，煤層厚度4.5～8.05m，平均厚度6.0m。

2)采空區頂板覆巖力學性能差。調查顯示，本區地層為石炭系上統太原組，巖性主要為砂巖、砂質泥巖、泥巖等，構造松散，力學性能差，從而導致巖層冒落，地表塌陷現象明顯。

3)煤礦開采無計劃。青背村煤礦與東仁村煤礦屬村辦煤礦，開采混亂無計劃，煤礦資料不齊全，從而給治理施工帶來一定難度。

二、區域工程地質條件

2.1 地層巖性

覆蓋層為第四系上更新統，平均厚度8m，主要為粉土；下伏巖層為石炭系上統太原組，巖性主要為砂巖、砂質泥巖、泥巖；下部為石炭系中統本溪組，巖性主要為鋁土質頁巖、炭質頁巖等。

2.2 地下水類型

根據收集到的井、泉資料結合地下水的補給、徑流、排泄條件、野外水文地質調查資料及線路走廊帶含水層巖性，地下水類型、水文地質條件的不同可劃分為松散巖類孔隙水和巖溶裂隙水兩個水文地質單元。

本區松散巖類孔隙水潛水水位埋深較深，局部段落在溝谷底部有淺層水，本區無大的化工廠礦，污染較小。

三、采空區治理設計施工方案

3.1 治理方案的選取

依據以往工程中對煤礦采空區治理的經驗，建議采用井下巷道漿砌法、井下巷道砌碹法和全充填壓力注漿法來治理煤礦采空區。

井下巷道漿砌是指從煤礦井口直接進入井下，對采空區治理范圍內尚未坍塌的巷道用片石、砂漿進行充填，對其上覆尚未冒落的巖層起直接支撐作用，阻止上覆巖層的進一步冒落，防止因冒落而引起的地面沉陷變形，保證路基的穩定。此方案優點是：費用低，安全性高；缺點是：井下施工難度較大，施工周期長。

3.2 鉆孔注漿設計實施方案

1)采空區地基采用鉆孔注漿充填加固，通過注漿充填土洞、采空區空洞和基巖裂隙，并截斷地表水與地下水、注漿范圍及非注漿范圍之間的水力聯系，防止采空區變形引起地面塌陷。

2)鉆孔注漿整治寬度原則上為線路中心至兩側采空區影響范圍。

3)鉆孔注漿整治深度原則上為采空區底板完整基巖下1.0m。

4)孔位布設采取梅花形布孔，注漿孔孔間距20m，帷幕孔間距15m。采空區治理范圍內邊緣孔為帷幕孔，內部孔為注漿孔

5)使用水泥粉煤灰漿為主的混合液注漿，固相比為1：3， 水灰比為1：1～1：1.4；水泥強度不低于32.5級。

6)按施工順序逐步安排室內試驗、現場測試。室內試驗主要有：不同配合比條件下的固結強度、結石率、流動性及初、終凝時間；現場測試方法主要有：壓水(或注水)試驗、電測深法檢測、波速測井或瑞雷波法、鉆孔取芯驗證、地下水動態觀測。

3.3 設計施工技術要求

場地地層向線路左側傾斜，施工時由上至下首先施工線路左側最外帷幕孔，然后施工該層采空區其它注漿孔，注漿孔間隔施工。

3.3.1 鉆孔

1)鉆孔位置依據平面圖施放。

2) 用φ130mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖4m后，下入φ114mm套管或焊管護壁，然后變徑為φ91mm。在第四系卵、礫石層的鉆探過程中采用跟管鉆進。

3)用φ89mm鉆頭，鉆至煤層采空區中的塌陷冒落帶或煤層底板以下1m。

4)布置3～5%的鉆孔進行全取芯，以便指導鉆探和注漿施工。對于全取芯孔，采空區冒落帶部位巖芯采取率不應小于30%，其它部位巖芯采取率不應小于60-70%。

5)注漿、帷幕孔分二序間隔成孔，二序孔可兼作檢查孔。

3.4 施工工藝的選取

3.4.1 鉆孔。根據現場地質條件及施工技術要求，覆蓋層中的鉆孔我們采取跟管鉆進的工作方法，達到變徑要求后進行變徑，然后繼續鉆進。對于塌陷冒落嚴重的地區，全孔采取擴大孔徑，跟管鉆進的工作方法，以確保鉆孔的完整度，便于后期注漿工作的進行。

3.4.2 封孔。根據采空區注漿治理的要求，針對本區地層特點，對于止漿工藝，我們采取孔內封孔，即一端帶有法蘭盤的注漿管下至孔內變徑處，用水泥漿澆筑鉆孔上部，以達到止漿目的。此種工藝可以有效的控制加壓注漿時漿液外泄，從而達到徹底充填空區的目的。

3.4.3 注漿。根據采空區治理工期的要求，我們采取了大型攪拌站集中拌合漿液，管道輸送漿液的注漿工藝。由于受采空區地形限制及注漿終注要求，我們同時在施工現場建立二次攪拌站，對漿液進行二次攪拌，輸送，加壓，以達到漿液質量要求及注漿終注要求。

四、 注漿治理中存在的問題及補救方案

由于本采空區屬于村辦煤礦，后期又有個人開采，以及煤層頂板冒落嚴重，局部地區的漿液擴散范圍難以達到設計要求。因此對于施工過程中發現的不足及時進行了修改，根據現場施工中得到的資料，合理的修改了實際方案，進行孔位加密，以達到最大限度的充填采空區，提高工程質量，減少工程隱患。