河南大有能源股份有限公司铁路运输处 河南省三门峡 472300
摘要：随着我国经济发展和能源需求快速增长，煤炭运输成为制约经济发展的瓶颈。而煤矿大面积采空区和煤炭资源的压覆成为控制选线的主要因素。而究其原因，由于采空处理难度极大，处理费用极高，并且采空区的复杂性，工程处理后也很难保证铁路的运营安全，会给铁路的运行留下无法估量的安全隐患，同时也会给建在上面的路基路面造成影响，因此，在充分考虑煤矿采空区对铁路安全影响的基础上，对煤矿采空区上层路基行加固处理，钻孔后压浆灌注施工技术无疑是一种在施工过程中普遍运用的并且经济简单的一种施工方法，并且施工加固效果显著。
关键词：铁路工程；采空区；地基加固处理；技术
一、采空区铁路地基加固处理的原则
1、根据工程的实际情况，在施工过程中运用压力注浆与自流注浆相结合的加固处理技术，这是一种动态的处理过程，在这个过程当中可以通过钻孔来反应出采空区的实际情况，运用调整浆液的类型配比以及钻孔的深度等方法来获得最好的填充结果。在施工的过程中，每一个钻孔彼此之间的注浆量相互之间要成互补关系。当遇到有空洞的注浆孔时，要先将砂注入到孔内然后再进行施工。
2、在对采空区进行加固施工时，要先将稀浆也就是渗入性注浆以较小的压力注入其中，此时的浆液是沿着裂隙带和孔隙进入到采空区当中的。当浆液将这些地方注满时就会在腔体产生一种压力，此时的注浆就会将裂缝或者是孔隙撑大，也会在新的比较软弱的地方产生新的孔隙和裂缝。在此注浆过程结束以后再进行浓浆注入施工，此过程的作用是为了抬升孔位周围的地面，并且能够使地面隆起，最终将地层压实。
二、采空区铁路地基加固处理方法分析
煤炭采空区经过一段时间后会形成塌陷，对采空区进行综合治理普遍认为是一个世界难题。因此，加强采空区地基处理，预防和控制地表残余沉陷的发化势在必行。而采空区铁路地基加固处理方法可细分为四种，具体如下：
其一，全部充填采空区支撑覆岩，以此彻底消除地基沉陷隐患，采用注浆充填、水力充填和风力充填等，其中，以此注浆法应用最广泛、效果最好；
其二，局部支撑覆岩或地面构筑物，减小采空区空间跨度，防止顶板的培落，常用的方法有注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩柱或直接采用桩基法等；
其三，注浆加固和强化采空区围岩结构，充填采动覆岩断裂带和弯曲带岩主体离层、裂缝，使其形成一个刚度大、整体性好的岩板结构，有效抵抗老采空区塌陷的向上扩展延伸，使地表只产生相对均衡的沉陷，以此保证地表构筑物的安全；
其四，采取措施释放老采空区的沉降潜力法，在采空区地表未利用前，采取强制措施加速老采空区的“活化”和覆岩沉陷过程，消除对地表安全有较大威胁的地下空洞，在沉陷基本稳定后再开发利用地表土地，常用方法有堆载预压法、高能级强穷法和水诱导沉降法等。
三、采空区铁路地基加固处理施工技术的应用研究
1、工程概况
某铁路工程构造类型以断裂构造为主，褶皱次之，根据勘察发现矿体一般埋深小于300m，规模以中、小型为主，多为个体开采，在挖深46m左右发现采空区，为防止线路通过产生较大塌落变形，影响行车安全，故对上层采空区进行地基处理。该段采空区地基处理范围起讫里程K40+900.00～DK41+300.00，全长400ｍ，新增二线在既有线右侧。主要工程数量如下：钻孔编号P孔6个，XW孔130个，SW孔140个，Z孔60个。TA孔176个，TB孔175个，共计687个；注浆总量合计131500m2。主要工程材料数量表见表１。
2、技术要求
2.1 设备及机具的选择
首先，在钻机的选择上，应根据采空区的岩层结构、岩性、注浆孔或帷幕孔的结构、止浆技术等要求进行选择。冲击式钻机或不取芯的钻具不宜使用，宜采用回转式钻机和带岩芯管的硬质合金钻头钻机；其次，在揽拌机的选择上，揽拌机的转速和制浆能力应与工程量、浆液类型和注浆粟的性能相适应。然后，在注浆设备上的选择，注浆泵每个浆站不少于两台，其最大排浆量应满足采空区注浆和施工进度的需耍；其最大累压宜不小于4MPa。而注浆管路及其连接部位，必须能承受最大注浆压力的1.5～2倍。注浆管路拐弯处可采用弧形弯管连接。还有就是注浆泉、注浆孔（或帷幕孔）孔口处必须安装压力表；最后，在水泵的选择上，根据工程实际情况宜选用潜水泵。并且泵的排水量和泵的数量应满足工程的需要。需要强调一点，上述设备都应有备用量和备用配件。
2.2 注浆孔布置
加固处理范围从距既有线4m开始，土层按与水平夹角30°、岩层70°夹角至采空底板。由线路中心开始，第一排孔距线路中心横向距离为4m，孔距为5m。路基面和路堑边坡范围，注浆孔间距为5×5m，围护带处理宽度，注浆孔间距12×12m，线路两侧的最外一排钻孔作为帷幕注浆孔；帷幕孔间距为3m交错布置。采用钻孔注浆措施加固采空区地基时，由于采空区的空间分布、充填情况的复杂性，整治中要贯彻边探边灌、探灌结合的原则，优先进行岩脉走向下方的帷幕孔施工，即编号字头为“XW”的孔；再按排脉走向上方的帷幕孔施工，即编号字头为“SW”的孔。帷幕孔完成后，根据“探灌结合”的原则，先施工编号字头为“TA”的孔和“z”字头编号的孔，并根据施工情况确定“TB”字头孔的取舍。
3、加固处理
3.1 定点钻进
钻机与注浆设备移动至钻孔位置，完成钻机就位。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥，然后根据现场地质情况调整钻孔位置以及钻进深度。在钻井需要注意将钻杆对准所标孔位，用Ф130mm钻头开孔，钻至完整基岩5m后，下入Φ127mm套管护壁，然后变径为Φ91mm。最后用Φ89mm钻头，钻至采空区中的塌陷冒落带底板以下3m终孔。这里需要注意的是，在第四系卵、砾石层的钻探过程中采用跟管钻进。开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜。
3.2 压浆灌注
首先，待钻孔完毕后，需进行清孔检查，确认无坍孔和探头石后进行下管安装。否则，就需用钻机进行扫孔，待确定注浆管内无阻塞物后，方可进行注浆管安装。注浆管安放好后，在注浆管管口加上孔口盖，防止杂物进入。
其次，待注浆管安装完毕后，要严格按要求进行压力试验和注水试验。在进行压力试验时，压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min。而钻孔注水试验要按孔数的10%均匀选定注水孔进行，以此确定注浆段的单位长度吸水量和浆液配方、配合比和泵压等参数
然后，待试验完毕后，严格按配合比准确计量各种材料用量，进行浆液的配制，注浆材料以水泥粉煤灰为主。配置完毕后进行注浆，注浆采用一次压浆灌注的施工方法，注浆时要观测泵的吸浆量和泵压，记并及时做好记录。在出现问题时，就可根据记录收集原始数据，并根据实际情况及时调整。注浆过程中若出现地表大量跑浆，应采用间歇式注浆，或减小泵量及采用地表冲填裂隙的措施，阻止浆液从地表大量流失。同时也要避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当注浆量较大时，同样要采用间歇式注浆法，或在浆液中加入水泥重量２％的速凝剂，当孔内有大的裂隙或空洞时，可采用水泥砂浆灌注。
最后，待注浆结束后，要检验注浆是否达标，检验标准在灌浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力在1.5～2.0MPa，稳定10～15minｍ。当达检验不达标时，应清孔再次注浆。待注浆完毕并符合检验标准时就可进拔管，拔管施工必须及时。拔出管后留下的孔洞，及时用水泥砂浆封孔。
3.3 上部路基填筑及加筋格栅布设
在铁路采空区上部路基填筑及加筋格栅布设强夯完毕后，并经质量检验合格后开始填筑上部膨胀土路基，这里需要强调一点，当路堤填高不足1m时，需挖去地表50～80cm膨胀土，换填非膨胀土，然后按相关规定的压实度进行压实。在膨胀土的有效回收利用上，应该采用非膨胀土包边膨胀土填芯的物理处治方案进行该采空区膨胀土路基填筑。为保证填筑路基的强度和整体稳定性，必须将土工格栅布设于填方路堤底部，填土高H≤10m时采取两层加筋；填土高10＜H≤15m时加筋三层；根据实际如遇到特殊地质情况也可调整；挖方路段将１层土工格栅布设在路床底部；半填半挖路基土工格栅的布设参照图1。
土工格栅之间则用铁丝绑扎连接，叠合长度不小于15cm，格栅铺设按照有关规范操作，不允许有褶皱，并且格栅的土层表面应平整，无碎、块石等坚硬凸出物，在距格栅层8cm以内的路堤填料的最大粒径不得大于6cm。
结束语
总而言之，在铁路工程建设过程中，铁路通过矿区采空区出现塌陷的问题越来越被人们重视，而随着新兴技术的发展，钻孔灌浆加固地基技术近年来在铁路采空区地基加固中得到广泛应用，取得了较好效果，积累了些许经验。文章通过对实际工程进行了详细的分析探讨，阐明了采空区铁路地基加固处理施工技术的重要性。但由于其工程的隐蔽性，该类工程的的处理方法仍处在探索阶段，所以还需不断积累、总结经验，结合理论分析，不断改进方案的可行性。
参考文献：
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[3]杨和平，等.用强夯加筋法处治膨胀土地区中浅层采空区路基[J].中外公路.2013（1）：10-13.
论文作者:魏平茹
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：采空区论文; 注浆论文; 地基论文; 钻孔论文; 钻机论文; 浆液论文; 铁路论文; 《基层建设》2016年10期论文;