淺談某市區地下采空區治理方法

龔福初，王文軍

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，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巖采石場所遺留的采石坑，礦坑邊坡為近環狀陡邊坡，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。石灰巖礦山地下采空區在露天采空區中存在采空區入口，采空區內大部分有泥漿及水充填。

2 采空區穩定性分析

2.1 采空區形態

地下采空區開采地層為泥盆系灰巖及泥灰巖，現已停采，地下開采部區分為2部分，數據詳見表1。

表1 采空區形態匯總表

采空區礦層厚度較穩定，產狀較平穩，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，偶有危矸掉落現象，礦體直接頂板為礦體本身灰巖，膠結良好，但有少量裂隙，溶洞破壞了巖石的完整性；底板圍巖亦為灰巖，其物理力學性質與礦體基本相同。圍巖體為微風化灰巖，巖體較完整，圍巖分級為II類。

2.2 分析方法

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

（2）采空區地基的穩定性驗算。根據《工程地質手冊》驗算地基的穩定性。得出地基穩定性結論為治理后穩定。

（3）普氏塌落拱

表2 典型斷面計算統計表

根據統計結果，絕大多數斷面采空區頂板埋深＜壓力拱高度＜崩壞拱高度，由于規劃地面比現狀地面高出5～10m，且局部采空區頂部有構建筑物，因此需要進行加固治理。

（4）數值模擬分析。根據數值分析結果，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）最大位移量和地表最大位移量均＞6mm/m不宜作為建筑場地。圍巖為脆性結構，發生位移后，將形成脆性破壞，采空區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，采空區嚴重威脅地表人員安全，因此，需要進行治理。而根據對采空區支護后的工況模擬，洞頂（側）最大位移量和地表最大位移量均增加較小，保證了采空區的穩定，滿足場地變形允許值。

圖2 采空區某斷面未支護地面加載后總位移變形圖

圖3 采空區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 采空區治理分區圖

根據采空區形態大小，洞頂荷載情況，將本采空區分為7小塊（標號①～⑦），礦山地下采礦巷道或采空區通常采用尾砂膠結體充填，該工藝較成熟且施工造價較低，但本場地位于市區內，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大部分地區均可進入，因此，為節省造價和工期，以及考慮到施工的安全性，該采空區在可進入的采空區（非規劃建筑物范圍內），采用系統錨桿+梁柱支撐+半回填；其余淤泥較厚地段或在建筑物規劃范圍內的空區，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≥0.9。機械及人員無法進入的上部區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 采空區分區治理表

圖6 采空區典型剖面治理圖

4 結語

結合本項目地下采空區實際情況，采用全充填和半充填+支撐的方式，從經濟和技術上取得了較好的協調，但在施工過程中，還存在較多的問題，如充填物的加工配比，采空區內作業施工工序安排等問題，均需在施工過程中探索。