新疆建筑科学研究院（有限责任公司） 乌鲁木齐 830002
摘要：由于历史原因，在城市附近进行的煤矿开采，形成的大片采空区随着城市空间的扩大，逐渐成为制约城市发展的因素，尤其是市政道路的建设，常常无法避开采空区，必须对采空影响的不良地质灾害区域进行治理。本文通过相关工程经验讨论浅部存在特殊性岩土的采空区治理技术。
关键词：复杂地层；路基工程；采空区；应用
引言
由于历史原因，在城市附近进行的煤矿开采，形成的大片采空区随着城市空间的扩大，逐渐成为制约城市发展的因素，尤其是市政道路的建设，常常无法避开采空区，在乌鲁木齐市，自城市西南角的大浦沟，至东北角的铁厂沟，即存在一条巨厚的储煤带贯穿城市中心，并且由于煤矿开采形成多个采空区。近年来乌鲁木齐规划的多条道路受采空区影响，本文针对该煤系采空区路基治理技术展开讨论
1工程概况
乌鲁木齐市西南至东北部，存在一系列煤矿，煤矿井田内均为陆相沉积地层，主要为侏罗系及第四系松散层，侏罗系地层大部分被巨厚湿陷性粉土和杂填土所覆盖，其下部岩相为一套河湖相，泥炭沼泽沉积，三组地层中，含煤部分位于西山窑组，倾角大于65°，属急倾斜岩层。主要由泥岩，砂质泥岩和砂岩组成，呈滞状延伸，地层总厚746．16米，含可采煤层33层，本含煤组又可分为上下两段，下段为一、二组煤（含B1＋2，B3＋6煤层），地层总厚359．07米。上段为三、四组煤（含B7－B21，B22－B33煤层）。上段（J11zx）：地层总厚387．09米，煤矿自解放前即有零星开采（含露天开采），新中国成立后进行了有序集中开采，开采深度几十米至数百米不等，开采面开采完成后均进行了爆破放顶处理，但地下仍存在大量空洞，地表塌陷、沉降明显，乌鲁木齐市喀什路南延、克西路西延南湖路、帕米尔街、外环路等道路都受其影响，我单位针对其上部杂填土和湿陷性土及下部采空区进行了综合治理设计，经检验，道路通行数年来未出现明显沉降。
2 整体方案思路
该煤层为急倾斜煤层，其放顶坍塌与开采均呈不规律性，造成其空洞与坍塌均呈各向异性。不能以缓倾角煤层采空区治理方法来处理。整体思路是，“上部地基加强，下部空洞充填固结”。即对于上部，对于组成物及其杂乱的杂填土进行挖除处理，对于巨厚的湿陷性粉土进行夯实挤密处理，低于设计路基部分进行三七灰土处理，同时，对路基结构层采用加筋增厚处理，进一步增强整体性及抗变形能力。对于深层采空区，采用注浆方法对空洞进行充填，对采空崩塌物进行固结。从而实现整体处理的思路。
3 治理方案
根据本工程特点和场地岩土工程条件，采用路基抗变形处理方案进行采空区路段地基处理，具体做法为：
⑴路基加固区范围内，挖除杂填土，并开挖至路面设计高程下1.0m；
⑵加固区进行强夯处理；
⑶对加固区，按照先帷幕、后充填、分序注浆的原则处理煤矿采空区；
⑷注浆治理效果检测；
⑸三七灰土处理回填至设计路基；
⑹对路基结构层进行加筋处理；
4、治理设计
4.1治理工程长度
根据勘察部门对采空区稳定性评价成果确定。
4.2治理宽度
注浆治理宽度包括路基宽度和安全储备宽度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据《公路路基设计规范》（JTJ D30-2015）要求，7.16.5-4，处理宽度按下式计算：
B=D+2d+（2hcotα+H上cotβ＇+H下cotγ＇） （规范公式：7.16.5-4）
cotβ＇=（cot2βcos2θ+cot2δsin2θ）1/2 （规范公式：7.16.5-5）
cotγ＇=（cot2γcos2θ+cot2δsin2θ）1/2 （规范公式：7.16.5-6）
B——垂直公路轴线的水平方向宽度（m）
D——公路路基底面宽度，该值为设计预定值；
d——路基维护带一侧宽度，一般取10m；
h——松散层厚度，根据勘察报告取值；
α——松散层移动角，根据我单位试验，取39°；
H——采空区上覆基岩厚度，根据勘察报告取值；
δ——走向方向采空区上覆岩层斜交移动角，根据我单位试验，取70°；
β＇——上山方向采空区上覆岩层斜交移动角；
γ＇——下山方向采空区上覆岩层斜交移动角；
θ——维护带边界与矿层倾向线之间所夹的锐角，根据我单位试验，取41°；
β——上山方向采空区上覆岩层移动角，根据我单位试验，取35°；
γ——下山方向采空区上覆岩层移动角，根据我单位试验，取65°.
计算可得出B值，考虑到地基处理设计方便，一般取整数值。同时考虑到采空区变形破坏对拟建道路的影响模式，将道路轴线两侧各一定范围内确定为加固区，加固区外侧至处理边界为保护区。
4.3治理深度
根据勘察单位的采空区稳定性评价分析成果确定。
5、注浆设计
根据与本采空区煤层情况和开采情况相类似工程经验，注浆孔距按照加固区和保护区分别布设。注浆材料以水泥黄土浆为主，固定比例。
5.1注浆施工顺序
1）先帷幕孔施工，后充填、固结孔施工。
2）帷幕孔按“分序加密、隔孔灌注”原则实施，共分二序施工。
3）固结孔按“分序加密、隔排隔孔灌注”的原则实施，即间隔一排灌注，同一排的孔与孔之间隔孔灌注，共分四序施工。
4）每一次序的注浆孔施工，均应先施工该序中设计孔深最大的钻孔，以保证从采空区最低处开始充填。
5）同一次序的孔可以同时施工；不同次序的孔，在前一次序的孔全部注浆完成后，方可进行后一次序孔的钻孔施工。
5.2注浆方法
根据本工程采空区岩土工程条件，结合类似工程成功经验，本工程采用孔口封闭综合注浆方法。具体做法为：
⑴对于能够一次成孔的注浆孔，采用孔口封闭自下而上注浆法。即将射浆管下至距孔底2.0m处，孔口封闭，进行注浆，达到该段终止注浆条件后，结束该段注浆。上拔注浆管，测量孔内浆液面位置，将射浆管下至距浆液面2.0m处，开始下一段注浆工作，依次类推，直至完成全孔注浆。
⑵对于不能一次成孔的注浆孔，采用自上而下注浆法，在终止钻孔位置，即开始注浆，将射浆管下至距孔底2.0m处，孔口封闭注浆，达到该段终止注浆条件后，结束该段注浆。上拔注浆管，测量孔内浆液面位置，将射浆管下至距浆液面2.0m处，开始下一段注浆工作，依次类推，直至完成孔口段注浆。待浆液终凝后，再次进行钻孔作业，依次类推，直至完成该孔全孔注浆。
6、质量检测
6.1注浆工程的质量检测方法
⑴钻孔取芯。
⑵注浆前后岩体纵波波速测试。
⑶钻孔内取出的浆液结实体无侧限抗压强度。
6.2注浆工程检测频率
注浆工作结束后，应布设占注浆孔总数3％的钻孔进行注浆质量检测。检测孔的布设应按以下原则进行：
1）岩体破碎、塌孔、掉钻等地质条件复杂的部位；
2）末序孔注浆量大的孔段附近；
3）注浆情况不正常以及分析认为注浆质量有问题的部位。
6.3注浆质量检测各项指标为：
⑴检测孔岩心采取率大于75％，且钻进过程中无掉钻、漏水等情况发生。
⑵注浆后岩体纵波波速提高值强风化基岩为10％-20％，中风化基岩为5％-15％。
⑶检测孔中所取的浆液结实体无侧限抗压强度大于0.3MPa。
7浅部的三七灰土处理和路基加筋处理是处理一般软弱土地基的基本处理方法，此处不再叙述。
8结束语
浅层复杂地层下的急倾斜煤层采空区治理虽没有经验可循，但经我院在数个项目的工程经验，变形监测证实完全满足道路路基变形要求，治理是成功的，且有以下几点经验可供分享。
1）采空区煤柱地质状况及其复杂，应搜集大量煤矿区域地质资料，查明煤矿开采的范围、深度、时间、方法和顶板管理，采空区的塌落、密实程度、孔隙和积水等资料，并进行科学的勘察设计工作，对煤矿采空区稳定性影响范围进行准确分区，进行动态的岩土工程设计。
2）采用“上部地基加强，下部空洞充填固结”的综合处理方法效果好，且易于施工。
3）对复杂的采空区灾害治理，应采取先进行“试验段”治理，为设计提供必须的岩土工程治理参数，使后期施工接近最佳可能的治理效果。
参考文献
[1]《乌鲁木齐市外环路东北段六道湾煤田采空区路基抗变形治理注浆技术研究》（新疆建筑科学研究院有限责任公司，2011年6月）
[2]《岩土注浆理论与工程实例》科学出版社 2001年
[3]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 煤炭工业出版社 2000年6月
[4]高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册-山西省交通厅-2005
[5]《建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程》JGJT 211-2010
论文作者:刘震
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：采空区论文; 注浆论文; 路基论文; 煤层论文; 浆液论文; 地层论文; 岩层论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;