公路桥梁下伏采空区处治施工技术研究

陈斌，胡达亨，王思琪

（中建隧道建设有限公司，重庆 400000）

1 引言

山西省国道307、207 线阳泉市绕城改线工程苏村河特大桥路线范围内小窑、兴裕煤业煤矿采用长壁式机械化综合开采，全部垮落法管理顶板，根据JTG/T D31-03—2011《采空区公路设计与施工技术细则》中相关规定评价上述采空区，属于不稳定场地，对在建公路的影响程度为中等，需对桥梁下伏采空区全处理。

2 采空区处治施工安排

2.1 采空区处治的施工方法及范围确定

采空区埋深超过180 m，采用地表全充填压力注浆法。处治长度为桥梁下全采空区范围，处治宽度为路线中线往两侧各80 m。

2.2 采空区处治的参数

1）围护带宽（B）：29 m。

2）注浆材料：材料选用水泥及粉煤灰。

3）浆液配比：水固比1∶1～1∶1.3，水泥、粉煤灰固相比3∶7。

4）注浆压力：终孔压力2.0～3.0 MPa。

5）浆液充填率：95%。

6）浆液结石率：90%。

2.3 采空区处治的布置

采空区处治首先施工帷幕孔，然后施工采空区底板标高较低位置及存在构造物位置的注浆孔，之后沿采空区倾斜方向由低向高、由边部向中心依次处治。

3 采空区处治的场站建设

3.1 制浆站建设

新建大型水泥浆液搅拌站，利用散装水泥及粉煤灰，采用搅拌设备进行浆液的集中拌和，供应整个采空区注浆处理。少量区域输浆管道难以到达的位置，建立二级搅拌池作为长距离浆液输送的中转站，其采用小型拌和设备拌制浆液。

3.2 现场管道

采用BW-250 注浆泵，作为浆液输送的动力源，其额定排浆量≥200 L/min，注浆泵额定压力大于注浆量设计压力的1.5倍。利用直径为50 mm 的钢管作为主干管道，直径为50mm 钢丝编制液压支架软管作为附属管道，作为浆液输送的主要途径。

3.3 注浆系统

注浆系统由料场、搅拌池（机）、供水系统、注浆泵、压力表、注浆管道等组成。

3.4 蓄水池

蓄水池以能满足浆液搅拌站用水及钻探用水储备能力为基准。按每日注浆600 m3计算，每日需用水414 m3，新建蓄水量约为120 m3的蓄水池，水泵循环抽水使用。蓄水池的修筑以机械挖掘为主，人工修整为辅，池壁采用砖混结构，基础为500 mm 厚3∶7 灰土，分2 次夯实。上部做150 mm 厚C20 钢筋混凝土垫层。周边为240 mm 厚砖砌结构。蓄水池周边设立围栏并设置安全警示牌及警示标志。

3.5 搅拌池

浆液搅拌站位置选择时要考虑到材料运输及堆放是否便利、距注浆作业区距离以及地形条件等问题。为满足正常施工需求，搅拌池场地整体规划为宽10 m、长27 m。设置2 个深2 m、直径2.5 m 的一级搅拌池，1 个深1.8 m、直径3.5 m 的椭圆形二级搅拌池，采用二对一的模式出浆。一级搅拌池为圆柱体，二级为椭圆体，中间设置搅拌机，以保证搅拌后浆液均匀。如图1 和图2 所示。施工方法采用人工挖掘修整，池壁为砖混结构，池口加盖板，周边设立围栏并设置安全警示牌及警示标志。

图1 注浆系统平面布置示意图

图2 注浆系统结构示意图

4 采空区处治施工技术

4.1 钻孔

4.1.1 钻孔

1）每段沿桥轴线两侧80 m 范围最外一圈为帷幕孔，孔距15 m，内部为注浆孔，孔距纵向20 m，横向15 m。

2）钻机安装必须平整稳定，钻进时采用一定的导向措施防止钻孔偏斜。本工程根据地层情况采用复合片钻头，采用泥浆护壁水钻成孔。成孔过程中应对瓦斯气体进行检测，并采取相应防护措施。

3）成孔工艺。钻孔采用XY-2 回转式钻机，用φ127 mm 钻头开孔，钻进至基岩面下6 m 后，下入直径114 mm 套管护壁，将配制好的1∶2 加水玻璃的水泥浆导入孔底，待水泥凝结后变径为91 mm 扫孔至孔底，再改用直径89 mm 钻头，钻至煤层采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下1 m 终孔。

4.1.2 取芯孔岩芯

1）采空区冒落带部位岩芯采取率≥30%，其他部位岩芯采取率≥60%。

2）取芯时每2 m 一个回次，防止卡钻。对取出的岩芯进行检查，分析并记录岩石变化情况，查看其岩芯取芯率。本工程最终岩芯采取率在60%～80%。

4.2 注浆

4.2.1 注浆

1）帷幕孔注浆

针对个别帷幕孔注浆量较大的情况，可采用灌低压稠浆小泵量多间歇注浆，以控制注浆量，达到预期的注浆效果，并防止浆液过量流失到非注浆部位或地段[1]。

2）注浆孔注浆

（1）注浆采用浆液浓度先稀后稠，注浆过程中定时观测注浆泵的吸浆量和泵压，及时调整注浆量和浆液浓度。（2）注浆过程中浆液大量流失至地表时，可采用间歇式注浆，或减小泵量并采取地表充填裂隙方式处理。

4.2.2 单孔注浆结束标准

1）采空区注浆结束标准：在达到规定压力标准，单位吸浆量小于或等于70 L/min，注浆压力在2～3 MPa，并稳定15 min以上时，可结束该孔注浆施工。

2）当浆液的注入量超过处治单孔平均注浆量的5%时，应查明原因，并进行综合分析，必要时可进行补充注浆。

3）在注浆过程中孔口压力不小于0.3 MPa，若出现浆液大量流失至地表裂隙，即可暂停注浆作业。之后一般间歇12 h，再进行最少3 次以上补充注浆，仍流失浆液即可结束该孔注浆作业。

5 采空区处治效果

5.1 测试方法

根据JTG/TD 31-03—2011《采空区公路设计及施工技术细则》，应进行剪切波速检测。由于检测的钻孔深度大，若采用常规叩板法，则深部信号难以识别，容易造成误判，因此，对同一地点的地层波速值，采用纵波进行波速值转换，间接检测剪切波波速。

首先，钻孔采用SWS-6 地震仪及配套的井中三分量探头，进行地层剪切波速检测。对同一钻孔，采用SY-7 自动循测仪及孔内一发双收波速测试探头进行纵波波速检测，检测点频率为1 点/m。通过采集大量地层波速值，运用统计学方法，获得声波和剪切波的关系模型。最后对孔内纵波波速值进行横波波速转换[2]。

纵波波速测试数据主要通过识别首波位置，计算时间差，求取波速。运用波速转换模型，将纵波波速值转换为剪切波波速值。根据要求，采空区处治后，孔内波速测井值Vse＞350 m/s。

5.2 处治效果

通过数据分析对比，检测采空区处治后钻孔孔内波速值均大于350 m/s，满足规范要求。

6 结语

1）地表全充填压力注浆法能够较好地固结由基岩变形引起的裂缝和空隙，同时充填局部地段小窑采空造成的空洞。通过浆液的渗透力将岩体结构面黏结，提高岩体完整性，提升了路基的整体性和稳定性，确保工程安全建设及运营。

2）本工程实践表明，通过地表全充填压力注浆法提高了施工效率，保证了进度节点，并可显著提升工程安全及质量。