高速公路下伏煤矿采空区勘察与注浆处治浅析

曹欣宇，祝 塘，胡 蝶

(贵州交通岩土工程有限责任公司)



高速公路下伏煤矿采空区勘察与注浆处治浅析

曹欣宇，祝 塘，胡 蝶

(贵州交通岩土工程有限责任公司)

以贵阳东北绕城高速公路尖坡至小碧改建工程为主要研究对象，简单介绍了下伏煤矿采空区对高速公路的危害，并提出看了勘察与处治的方法，旨在为工程的顺利完成提供有利的依据。

高速公路；煤矿采空区；勘察与防治

1 工程概况

拟建贵阳东北绕城高速公路尖坡至小碧改建工程是兰(州)海(口)国家高速公路遵义至贵阳段扩容工程的贵阳过境段，起于现有的东北绕城高速与贵遵高速交叉的尖坡枢纽立交，止于贵阳环城高速与贵新公路交叉的下坝枢纽立交。与2009年建成的贵阳绕城高速西南段形成新的完整的闭合环线系统，进一步完善城市出入口及过境环线功能，扩展城市发展空间，对促进黔中经济区建设、建设贵阳西南陆路交通枢纽有极为重要的意义。

2 高速公路下伏煤矿采空区的危害

2.1 对路基危害

对路基而言，如果路基整体能够均匀的下沉，危害不大，但下伏煤矿采空区的塌陷将会带来极大的危害，所以在工程建设中应密切注意空洞探测。路堤以及路堑，下伏煤矿采空区的不规则塌陷对其造成的危害是不同的。塌陷导致的路基下沉会使路堤在垂直方向上产生一定大小的拉伸力，使其变形，还有可能出现脱层等病害，进而对路基的承载能力造成影响。采空区塌陷还会导致路堑的稳定性下降，严重时会引起滑坡现象。路基在逐渐下沉的过程中，其水平方向会持续形成作用力，使路基一直保持的方向发生改变，而且这种横向改变大多都是十分不均匀的，所以会使高速公路的坡度出现较大的变化，车辆在这种条件下运行，极易发生安全事故。

2.2 对路面危害

地表结构的不规则运动与变形，会在一定条件下作用到高速公路的路面上，使路面的恒定坡度发生变化。如果地表的实际倾斜方向与公路的坡向保持一致，路面的坡度将明显增加，如果相反，则坡度减小，甚至出现反坡。公路坡度的增加与减少，会使公路线路出现弯曲，主要集中在垂直方向上，进而使公路的曲率半径发生不规则变化，为行车造成了很大的影响。另外，如果情况较为严重且无法得到及时有效的处理，还会引发公路路面的开裂等严重后果。

2.3 对桥梁结构体的危害

桥梁工程的技术要求十分严格，这主要是由于桥梁经受形变的能力十分有限，如果形变量较大，极难在短时间内恢复。对于桥梁工程而言，下伏煤矿采空区主要会对其桩基施工造成一定影响，如果桩基在采空区的上方或周边建设，采空区的塌陷势必会造成桩基出现形变，进而对桥梁产生一定危害。

3 高速公路下伏煤矿采空区的勘察与处治

3.1 采空区的基本特征

对高速公路具有一定影响的采空区主要由两部分构成，其一是开采形成的塌陷区域，其二则是抽水巷道。由于开采的间接影响，该地段的地表已经出现了较为显著的变形和沉降，与未发生沉降的地表相比，十分明显，经测算得知，地表沉降的最大值达到了80 cm。抽水巷道分布于公路的斜交线上，属于高速公路影响范围，抽水巷道的底端宽度为2.2 m，高度达到了2.6 m，根据该路段中抽水巷道的基本特征及资料显示，此抽水巷道是在最近几年完成修建的，虽然现阶段地面未发生较大的沉降，但仍需对此引起高度的重视。

采空区的基本特征主要表现为以下几点：

(1)煤矿采空区上方岩层主要由第四系、三叠或二叠系构成，岩层性质主要表现为软岩与煤层，而且还常见张性断层。

(2)煤矿采空区在项目场区中的分布极不规律，由于塌陷区处在向斜翼处，所以煤矿采空塌陷区主要呈现出缓倾斜的状态，且开采的深度并不统一，视煤层深度而定。

(3)该路段的采空区经多年采煤所成，中、深层的煤层在很早就已经开始开采，而浅层的煤层还没有开采完毕，因此该采空区的沉降并未完全结束。

(4)采空区含有丰富的地下水，常见岩溶、裂缝。

3.2 注浆施工

(1)成孔工艺

对于单层采空区或孔深较小的多层采空区而言，在实际情况中通常运用单次全灌注法。然而孔深较大的多层采空区而言，则需使用上下段注浆法。

使用回转式钻孔机进行钻孔，127 mm钻机，开钻过程中需用清水进行循环。再钻入基岩8 m之后，运用水灰比为1∶1.5左右的泥浆对套管的外侧进行封闭，封闭完成之后使用89 mm钻机，在钻头到达采空区底端时缓慢拔出钻机，在钻孔中安装注浆管，套管的顶端需安装封孔装置，为首次注浆操作做好准备。在首次注浆结束的一段时间以后，孔道内的浆液已基本完成初凝，此时还需使用89 mm钻机对其进行二次钻探，直至钻头到达采空区底端1 m处，此后将注浆管下放至采空区顶端上方的3～5 m处，孔中预留少量的粘土，将事先准备妥当的泥浆灌入其中，完成封闭工作，等到注浆管与孔壁完全固结以后，方可注浆。

(2)注浆工艺

①注浆工序开始之前，需先清洗孔道。

②本工程主要运用水固比为1∶1或1∶1.3的配合浆液。

③在运用间歇式注浆法时，间隔时间不能低12 h。在间歇以前，应对孔道进行适当的压水处理，以此防止注浆管堵塞。本工程项目要求间隔注浆的时间不能在36 h以内。

④在第1序孔中，主要运用间歇式注浆法，实际注浆量为平均水平的1.3～1.5倍。

⑤在第2序孔中，主要运用压浆法，在完全满足结束标准以后，完成注浆。

⑥与第1序孔相同，在边缘孔中同样运用间歇式注浆法，实际注浆量的平均值为300 m3。

(3)注浆结束标准

在切实满足下列指标时，可结束注浆操作。

①中间注浆孔：对于中间注浆孔而言，如果注浆的压力在0.6 MPa以上，且注浆速度可维持在50～70 L/min之间，维持时间在15 min以上时，视作注浆完成，可立即结束注浆。

②边缘注浆孔：对于边缘注浆孔而言，如果注浆的压力在0.5～2.0 MPa之间，且注浆速度维持在20～50 L/min之前，持续时间在15 min以上时，视作注浆完成，可立即结束注浆。注浆处治法的质量标准如表1所示。

表1 高速公路下伏煤矿采空区处治——注浆法的质量标准

续表1

4 总 结

下伏煤矿采空区是影响高速公路工程质量的常见因素，在完善的地质勘察工作以后，本工程成功避让了大型不良地质，但仍需对一定距离的煤矿采空区进行处治。在充分了解地段中采空区基本情况之后，选取注浆法对其进行处治，在合理可靠、完善科学的施工与管理之下，采空区得到了良好的处治，为后续施工建设打下了坚实的基础。

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2015-03-26

曹欣宇(1985-)，男，贵州湄潭人，工程师，主要从事勘察设计工作。

U416.1

C

1008-3383(2015)11-0025-01