山西石州交通工程有限公司 山西吕梁 033000
摘要：为保证采空区上高速公路的路基稳定，在对采空区进行地质勘察后，计算采空区地表移动变形值，并评价其稳定等级，确定采空区处治方案。以采空区的特点以及治理后的地基容许变形值为控制指标，计算处治范围，拟定注浆布孔位置并计算注浆量。文章首先分析了注浆施工所应用的技术方法以及具体流程，通过流程上的相互配合来帮助提升工程加固施工的稳定性。在此基础上论述了注浆施工技术的作用，结合高速公路踩空治理问题整理具体技术应用方法，帮助提升高速公路的使用安全性，节省大量的建设资金。
关键词：高速公路；采空区；治理
引言
伴随着高速公路建设的快速发展，对于无法避免要经过采空区的高速公路，其路基下伏的采空区大多是无序开采，私挖乱采形成的，且无支护措施，若采空区产生沉降和不均匀变形，则会对公路路基和桥涵工程造成巨大破坏，所以查明路线经过区域煤矿采空区的现状和发展趋势，研究采空区治理技术和方法，对保证高速公路安全运营具有重要意义。采空区施工因其全部属于隐蔽工程的特殊性，决定其在施工过程中的质量控制尤其重要。
1、采空区概况
某某市东二环为设计速度80km/h的城市快速路，路基红线宽70m。道路在K11+560~K11+860段经过某煤矿的采空区，此段路基填筑高度约为2.4m，边坡坡率为1：1.5。此段煤层共两组，第一组厚28m，第二组厚45.8m，总厚度约为73.8m，煤层产状310°∠70°，采煤方式为仓储式，回采率约30%，采空区埋深在30～190m之间，采空区未充填、无积水。拟建路线从煤矿留有的安全煤柱中心通过，煤柱宽度为105m，安全煤柱区域地表建筑未有变形，采空区投影路线长度为300m。本合同段共需完成灌浆孔总进尺91804m，灌浆量215264m3。
2、采空区处治设计标准
通过对采空区的处治，以消除或减小地表的变形，从而确保路基在施工及运营期内的稳定，并减少由于路基变形造成的路面起伏、开裂等病害。根据《公路路基设计规范》（JTJD30—2015），高速公路选取以下变形值作为公路采空区地表的允许变形值：地表倾斜率i≤3mm/m，水平变形值ε≤2mm/m，曲率值K≤0.2mm/m。
3、工程质量控制
3.1定点
注浆孔应用全站仪、钢卷尺进行实地测量放样，钻孔实际放样坐标位置原则上不应超过设计位置5厘米。钻孔实际位置原则上不大于设计位置1.0米，当受地形影响，钻孔不能放在设计位置时，可视具体情况在设计代表和工程监理的认可下予以调整。
3.2钻孔
①钻机定位，要求误差不超过1米。
②钻机安装必须平整稳定，钻进时采用一定的导向措施。先用直径127毫米钻头开孔，钻至完整基岩下8米后，将配制好的1：2的水泥浆导入孔底，下入直径127毫米套管护壁，待水泥凝结后扫孔至孔底再改用直径91毫米钻头，钻至9#煤层采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下0.5米终孔。若9#煤层被采空时，应先完成对该层采空区的充填注浆，待浆液凝固后，再用φ91毫米钻头扫孔钻进至15#煤层采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下0.5米终孔。
成孔过程中应对瓦斯气体进行检测，并应采取相应的防护措施。即在钻孔时应监测瓦斯气体含量，遇到瓦斯气体含量较高时应采用三通管将瓦斯气体引至顺风一侧。钻探及注浆过程中，严禁采用爆破及明火与空口接触。
③φ91毫米钻头钻进时，采用清水钻进而不用泥浆钻进，以免泥浆堵糊岩石裂隙，影响注浆；
④严格按照操作规程施工，满足孔斜不大于2%，保证钻机垂直钻进，每个注浆孔钻孔中测斜至少一次。
⑤钻探施工过程中，对突然漏水掉钻、埋钻、掉快、卡钻等现象要详细记录其深度、层位和耗水量。
⑥钻孔完成后测量孔深，如果孔深小于终孔深度5.0米以上，应加深钻孔。
3.3注浆
注浆是采空区治理工程施工的核心。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆施工前，应根据合同段内的工程地质条件，合理选择具有代表性的区段进行试验工程，结合施工图纸及现场实际，按设计要求，对施工所用的原材料、浆液配比、浆液性能指标、灌浆孔成孔及灌浆施工方案、施工工艺、施工方法等进行论证选择，确保工程质量。
（1）将施工准备时做好的浆液配合比试验报告报监理工程师批准。
① 浆液配制应按设计浆液配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。
② 原材料：
水用水表或定量容器计量；
水泥按袋或按定量容器（散装水泥）计量；
粉煤灰用定量容器计量，并要求用磅称抽查水泥、粉煤灰的数量。
（4）封孔装置：①当钻进过程中遇9#煤采空区时，采用φ114毫米钢管（套管）。当钻孔至完整基岩下8米时，将配制好的1：2的水泥浆导入孔底，把套管下入孔底，待水泥凝结后用钻机扫孔至9#煤底板以下0.5米。采用φ114毫米套管（钢管）注浆，在套管上端地表处安装变径设备后变为50毫米，与注浆管相连。待9#煤注浆的浆液凝固后，取掉变径设备，在原有的φ114毫米钢管（套管）位置继续钻进至15#煤底板以下0.5米，然后继续注浆施工。②当钻孔位置内没有9#煤采空区时，钻进至15#煤层底板以下0.5米，采用φ50毫米钢管，丝扣连接，进行注浆施工。
（5）注浆顺序：先灌注路线边缘帷幕孔，再灌注中间的注浆孔。
①帷幕孔灌浆，帷幕孔灌浆是确保整个治理工程的关键，亦是治理工程难度最大的环节。
依据帷幕孔成孔过程中的岩芯破碎程度、孔内循环液的漏失及钻进过程的掉钻、卡钻等现象，判断孔内采空区空洞、孔隙的大小，以选择确定灌注浆液的类型，即水泥粉煤灰浆或水泥粉煤灰砂浆。并对帷幕孔进行单孔灌浆设计（包括材料、配合比、灌浆工艺、灌浆量等）。
帷幕孔注浆，宜采用定量定压分段注浆方法施工。为了使帷幕孔注浆浆液尽快凝固形成帷幕，在浆液中渗入水泥重量2%的速凝剂。
帷幕孔的灌浆方法及工艺除执行设计要求外，对于灌浆量较大的帷幕孔，采用低压稠浆小泵量多间歇的方法灌注，以控制灌浆量，达到最佳的灌浆效果，防止浆液过量流失到非注浆部位或地段。
②注浆孔灌注时，分二步进行。
钻探至9#煤层位置时，应准确判断其是否被采空，当为采空时，应采用套管对其注浆充填，达单孔注浆结束标准后结束注浆。再经钻探至15#煤层采空区，仍采用套管对其注浆充填，达单孔注浆结束标准后结束注浆。当9#煤层位置未被采空时，只对15#煤层采空区进行充填。
每一次注浆前，先注入清水2～3立方米，以便将岩石裂缝疏通，利于浆液扩散；
每一次注浆时采用浆液浓度先稀后稠的办法。注浆开始后定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际灌注情况随时听取监理工程师意见，及时调整注浆量和浆液浓度。
（6）注浆孔注浆时单孔注浆结束标准：
①、在注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于50升/分钟，压力管压力在1.0～1.5兆帕，稳定15分钟时，可结束该孔的注浆施工。
②、当注入一定浆量，孔口压力≮0.3兆帕，若出现地表裂隙大量跑浆时，即可暂停该孔的注浆施工。间歇适当时间后（以12小时为宜），再进行注浆。如此反复最少三次以上，仍跑浆时即可结束该孔注浆施工。
3.4注浆质量检测方法
目前，采空区处治质量的检测方法主要包括弹性波法、地震勘探、高密度电法、钻孔检查等，通过一种或多种方法对加固区进行质量检测，可确保处治效果。
结束语
公路下覆采空区变形将导致路基路面的不均匀下沉、开裂，严重影响行驶安全，同时，大幅增加了养护费用，因此，相关工作人员必须重视公路下覆采空区的处治。采空区的处治必须在大量收集采矿资料、地质资料和地质勘探的基础上进行，并采用动态设计的理念，不断优化处治方案，对施工过程进行严格被控，对处治效果进行检测，确保处治质量。
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论文作者:李进峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/28
标签：采空区论文; 注浆论文; 浆液论文; 煤层论文; 钻孔论文; 路基论文; 帷幕论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;