淺析呂梁環城高速公路郭家溝1號大橋采空區治理工程施工技術

馬海兵，成文海

（山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000）

呂梁環城高速公路郭家溝1號大橋采空區治理工程區內揭露地層從上到下有：雜填土、粉質黏土、石炭系泥砂巖及奧陶系灰巖。采空區埋深41.3～82.8 m，充分采動，采厚為2.5 m，回采率80%，該采空區屬于大空洞采空區。采空區場地不穩定。

1 實例探討郭家溝1號大橋采空區治理工程施工技術

1.1 工程概況

呂梁環城高速公路郭家溝1號大橋采空區治理工程采空區段落分布于K6+441-K6+747，采空區總長306 m。建設內容包括地面灌注細石混凝土及砂漿和井下砌筑止漿墻，本項目劃分為一個施工合同段。

1.2 施工前工程準備情況

1.2.1 相關技術工作準備

本項目在施工之前采用全站儀進行線路導線復測、項目測量方法采用水準點復測。施工前認真熟悉圖紙、技術規范，為鉆孔作好準備工作。

1.2.2 施工場地工作準備

工程施工場地應達到三通一平，滿足設計及規范要求即可。

工程用水方面就近用水車拉水，在施工現場修建兩個蓄水池，來保證工程用水。

工程用電方面就近從建管處專線或礦上接入動力電源至施工現場。并備用3套發電機組，作為應急措施，確保停電時正常灌漿。

工程場地及道路方面橋頭南側土臺整平，整平工作量約為14 500 m3。便道一側設置排水設施，確保雨季施工安全。便道路面用20 cm厚的石渣鋪設，并由專人負責維護。

1.2.3 施工工期安排

本工程計劃開工日期：2016年7月5日，具體開工時間以監理工程師（業主）下達的開工令為準；本工程計劃交工日期：2016年8月20日；計劃工期：45日歷天。

1.2.4 機械、材料準備

施工材料由第一批項目人員制定詳細的工程材料需求計劃表，就近采購，并在最短時間內完成開工材料的儲備工作。除業主指定的材料外，積極聯系工程用的其他材料和當地供貨商簽定合同，汽車運至現場。

1.3 采空區治理方案

根據設計，本治理工程采用地面灌注細石混凝土為主，井下砌筑為輔，塌陷冒落部位及礦柱孔灌注M10水泥砂漿的治理方案。

1.3.1 注漿孔平面設計[1]

在橋梁采空區影響范圍內注漿孔呈梅花型布設，由北向南排列，共11排，第一排距橋梁中心南側18 m，前7排排距、孔距均為5 m，后4排排距和孔距均為10 m，橋梁中心及南側布設兩排孔，排距和孔距均為10 m。

在0號橋臺西側灌注孔梅花型布設，由北至南排列，共4排，第一排距路基中心南側20 m，排距和孔距均為20 m。若相鄰兩個鉆孔均為采空區掉鉆孔，建議兩孔間增加1孔進行驗證并補漿處理。

3條主巷道灌注段累計長度430 m，孔間距10 m。平面設計圖如圖1。

圖1 灌注孔位平面設計圖（比例：1∶1000）

1.3.2 采空區的治理范圍

據設計資料顯示，影響區域范圍為K6+441-K6+747段，長度為306 m，寬度為橋梁中心至南邊最大距離96 m，最小距離64 m，治理面積約12 792 m2。

1.3.3 采空區治理施工順序

橋梁南側為礦層采區，根據規范規定，高速公路橋梁圍護帶寬度最小值為20 m，為保證橋梁運營安全，首先應加固橋梁南側20 m范圍，即18 m+15 m-12.5 m=20.5 m。所以首先應施工橋梁南側前4排孔。4排孔號為1～156號，沿橋梁方向處治長度為0號橋臺起，7號橋墩止，寬度為15 m。

處理完橋梁南側前4排孔7 d后方可進行橋梁正下方及橋梁北側物探異常區的鉆探驗證工作。

路基下的通風巷、運輸巷及材料巷穩定性評價為穩定。封堵工程目的是為了防止再次盜采，其危險性較低，故可以考慮推后施工。但考慮到通車迫在眉睫，故可考慮先施工路基下巷道。路基邊坡下巷道施工可推后。

其余注漿處治順序為從西到東、從南到北，先做帷幕孔再做其他注漿孔。

1.4 采空區灌漿加固[2]

1.4.1 采空區灌漿孔的布設

在本工程中運用了帷幕孔布設和灌漿孔布設兩種。

1.4.1.1 帷幕孔布設

為了防止在壓力注漿過程中漿液的四處蔓延，為此設計了帷幕孔。帷幕孔布在處理區周邊，重點是橋梁西側邊緣，V-1～V-7號帷幕孔孔距 5 m，V-7～V-11號帷幕孔孔距10 m。南側邊緣帷幕孔孔距10 m。

1.4.1.2 灌漿孔布設

在橋梁采空區影響范圍內注漿孔呈梅花型布設，由北向南排列，共11排，第一排距橋梁中心南側18 m，向南依次排序。前7排排距、孔距均為5 m，后4排排距和孔距均為10 m，橋梁中心及南側布設兩排孔，排距和孔距均為10 m。在0號橋臺西側灌注孔梅花型布設，由北至南排列，共4排，第一排距路基中心南側20 m，排距和孔距為20 m。若相鄰兩個鉆孔均為采空區，兩孔間增加一個孔。3條主巷道灌注段累計長度430 m，孔間距10 m。

1.4.2 灌漿孔施工工藝

1.4.2.1 定點

灌漿孔應用全站儀進行實地測量放樣，鉆孔實際位置原則誤差不應超過0.5 m，當受地形影響，無法就位時，經監理和設計代表認可后適當予以調整。具體放孔方案為：首先布設取芯孔，分為采空區邊緣取芯孔與采空區內取芯孔及橋梁附近取芯孔3種。

根據設計要求，采空區取芯孔數量為5%的鉆孔總數。鉆孔總數為440個，取芯孔數量為22個。

具體取芯孔位置為6個橋墩附近安排12個，采空區周邊安排6個孔，采空區內安排4個孔。

1.4.2.2 鉆探

地質鉆機施工（水鉆）用φ146鉆頭開孔，鉆至完整基巖6 m后，下入管徑φ146的PVC管護壁，然后變徑為φ127，在第四系卵石、礫石層采用跟管鉆進。用φ127鉆頭鉆至采空區底板或礦層以下1 m。5%的鉆孔進行全孔取芯，其他鉆孔開孔不取芯，鉆至設計深度以上20 m開始取芯，以便指導鉆探和灌漿施工。鉆孔施工過程中，如發現漏水、掉鉆、埋鉆等現象要詳細記錄深度、層位和耗水量。

考慮大橋邊緣及橋下礦層范圍內存在的冒落碎屑物及上部的松散層遇水后會破壞自身的結構性產生變形甚至坍塌。為保持地層原有結構不受破壞，項目部決定橋周圍及正下方的鉆孔采用潛孔錘鉆機鉆探成孔。

其工藝為用φ150的鉆頭開孔，鉆至穩定基巖6 m后，變徑130 mm鉆至設計深度，下入護壁管及注漿管。及時做好鉆探過程記錄，仔細觀察吹起的巖粉顏色及灰塵大小，如發現出現漏風、掉鉆、卡鉆、埋鉆等現象，要詳細記錄深度、層位及漏風量。

1.4.2.3 鉆孔施工順序

先用風鉆施工大橋南側前4排，即1～156號孔。考慮到地形及工期要求等影響因素，故先施工場地平整區的鉆孔，采用流水作業施工。

1.4.3 材料要求

灌漿材料：C20細石混凝土，塌落度宜為160～200 mm；水泥砂漿M10；PVC管厚度3～5 mm。

1.4.4 采空區工程量

鉆孔總數440個，其中巷道孔38個，帷幕孔31個，注漿孔371個；鉆孔總進尺35 999 m，其中土層厚度15 848 m，次堅石20 151 m等。

1.5 采空區施工工藝[3]

1.5.1 注漿孔

注漿孔應用全站儀、皮尺進行實地測量放樣，鉆孔實際位置原則誤差不應超過0.5 m。因受地形影響，鉆孔不能放在設計位置時，可視具體情況在設計代表和工程監理的認可下予以調整。

1.5.2 鉆探

a）用φ146鉆頭開孔，鉆至完整基巖6 m后，下入φ146 PVC管護臂，然后變徑為φ127。

b）做好鉆探原始記錄和巖芯編錄及拍照工作。

c）鉆孔施工過程中，如發現漏水、掉鉆、埋鉆等現象要詳細記錄深度、層位和耗水量。

1.5.3 注漿工藝

a）C20細石混凝土 灌注系統由商品混凝土、混凝土輸送泵和注漿管道等組成。混凝土輸送泵：要求能滿足正常施工要求，灌注速度要求。灌注導管：采用89 mm導管，絲扣聯接。

b）M10水泥砂漿 注漿系統由注漿泵、壓力表、封孔裝置和注漿管道等組成。

1.5.4 施工工藝流程

本工程施工工藝流程：定點→成孔及下PVC管→下灌注管→灌注→終止注漿。

1.5.5 材料要求

a）灌注材料 C20細石混凝土，塌落度宜為160～200 mm。

b）水泥砂漿 M10。

c）PVC管厚度 3～5 mm。

1.6 采空區注漿施工應注意的相關事項

a）首批混凝土入孔后，混凝土應連續灌注，不得中斷。

b）導管隨灌注高度不斷提升，但不應高于混凝土面。

c）灌注中發生故障時，應查明原因，合理確定處置方案，進行處理。

d）灌注孔應間隔成孔，成孔后立刻灌注。嚴禁批量成孔，同時灌注。

e）本項目計劃采用商混結合現場制拌的方式供應C20細石混凝土及水泥砂漿，以保證材料供應，解決因堵孔等施工因素引起的施工暫停問題。

1.7 灌漿加固的檢測

采空區施工結束1個月后，鉆孔取芯、孔內波速測試、孔內紅外可視探測及采空區監測等方法對采空區處治效果進行檢驗。

檢查孔位置一是考慮布置在代表性的采空區位置，二是施工過程中出現異常情況的部位，檢測孔總量為15個。

檢查孔深度為地表至采空區地板的深度，終孔直徑89 mm，全孔取芯。通過孔內取芯直接觀察采空區的漿液充填情況，鉆孔的巖芯采取率大于90%。

漿液結石率強度標準為混凝土柱不小于20 MPa，其他不小于 2.0 MPa。

孔內紅外可視探測可以識別漿液對空洞、裂隙的充填情況和巖體的完整程度，并可用錄像保存，評價采空區的處治效果。

1.8 施工過程中的重點難點分析及應對方案

1.8.1 施工重點難點分析

本工程的施工重點是將C20細石混凝土及M10水泥砂漿灌入采空區及覆巖裂縫中，依經驗及公路穿越采空區治理技術研究科研成果，我部認為：

a）C20細石混凝土灌注孔與M10水泥砂漿同孔灌注可能會相互影響，致使水泥砂漿難以完全填充采空區空洞。φ89灌注管下至礦層位置，灌注混凝土后難以拔起。

b）依設計C20細石混凝土采用φ89灌注管進行灌注，灌注過程中可能會發生堵孔情況。采用混凝土輸送泵輸送混凝土難以控制混凝土面至礦層頂板。

c）現場進入工地僅有一條道路，且道路大車聚集，交通壓力大，很可能因交通阻塞導致灌注暫停。

1.8.2 應對方案

針對以上問題，我部采用以下方案，確保工程按期、如約、保質、保量地完成。

a）當混凝土灌注過程中堵塞，我們優先采取振搗疏通措施，必要時拔起灌注管采用鉆機掃孔重新灌注。若反復疏通無效，則采用φ140灌注管澆筑在穩定基巖中做為灌注管直接灌注混凝土至孔口，然后在相鄰兩孔中間另鉆孔專門灌注水泥砂漿的方案。

b）為確保灌注質量，我部采用邊勘察邊施工邊檢查的“三邊”動態施工方法。灌注混凝土后及時鉆探周邊鉆孔兼做施工孔與檢查孔。

c）對于道路不暢，我部考慮充分利用高速公路，混凝土罐車停在高速公路大橋上，采用二次輸送的辦法，在施工現場配置混凝土輸送泵進行二次泵送。

2 結語

本工程通過采用地面灌漿細石混凝土為主，井下砌筑為輔，塌陷冒落部位及礦柱孔灌注M10水泥砂漿的治理方案，取得明顯的效果，為高速公路的安全運營保駕護航。