論采空區(qū)施工工藝

康振勝

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051）

1 引言

山西是一個(gè)煤炭大省，煤礦資源分布范圍廣，開(kāi)采范圍和開(kāi)采規(guī)模（原煤產(chǎn)量、礦井?dāng)?shù)量）也大，這對(duì)公路建設(shè)構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。釘對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可對(duì)采空區(qū)采用全填充壓力注漿，該法施工簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。文章結(jié)合省道臨午線核桃凹采空區(qū)治理施工，簡(jiǎn)單介紹采空區(qū)治理工程的施工工藝。

2 工程概況

核桃凹采空區(qū)分布于K29+610-K30+100，處治長(zhǎng)度490 m，寬度110 m，面積53 900 m3，形成于2003—2005年，埋深218~267 m，傾角11°，煤層厚度5 m，刀柱式開(kāi)采，采深采厚比44~53，回采率50%。采空區(qū)上覆地層為砂泥巖互層，中夾石灰?guī)r，頂板為石灰?guī)r，厚2.3 m，底板為薄層泥巖、石灰?guī)r。

處治方法為全填充壓力注漿。為了保證施工質(zhì)量，從原材料上嚴(yán)格把關(guān)，在施工順序及施工工藝上嚴(yán)格要求。結(jié)合本工程交叉施工的具體情況，制訂了切實(shí)可行的施工方案，為本工程在確保施工質(zhì)量的前提下順利竣工打下了基礎(chǔ)。

3 采空區(qū)治理主要技術(shù)指標(biāo)

治理長(zhǎng)度：490 m，治理寬度：110 m，治理深度：216～267 m，帷幕孔孔距：15 m，注漿孔孔距：20 m，帷幕孔數(shù)量：65個(gè)，注漿孔數(shù)量：150 個(gè)，注漿管直徑：50 mm，注漿壓力：2～3 MPa，水泥、粉煤灰固相比：3∶7，水固比：1∶1.0～1∶1.5，注漿總方量：83377 m3，充填率：90%～95%。

4 采空區(qū)治理施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→安裝鉆孔設(shè)備→鉆孔→驗(yàn)孔→澆筑孔口管→制漿→泵壓輸送→檢查驗(yàn)收。

5 采空區(qū)治理主要施工工藝

5.1 準(zhǔn)備工作

在施工現(xiàn)場(chǎng)修建一級(jí)攪拌池3個(gè)、二級(jí)攪拌池2個(gè)、蓄水池2個(gè)。共安裝5套攪拌設(shè)備，二級(jí)攪拌池配備4臺(tái)BW-250/50泥漿泵，在鄰近一級(jí)攪拌池位置建設(shè)料場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)配置150 kW發(fā)電機(jī)一臺(tái)，電源控制柜一個(gè)，每個(gè)攪拌池容量為5 m3。在一級(jí)攪拌池中，根據(jù)不同漿液配比，用水泥鋼釘作標(biāo)志作為拌和水控制線，攪拌池、蓄水池均做防滲處理，并在周邊設(shè)立圍欄和安全警示牌。

5.2 測(cè)量放樣

帷幕孔與注漿孔定位采用坐標(biāo)定位法。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的孔位坐標(biāo)，用全站儀準(zhǔn)確定位，經(jīng)監(jiān)理復(fù)檢，孔位偏差在10cm范圍之內(nèi)。

5.3 鉆孔施工

根據(jù)測(cè)量放樣結(jié)果，結(jié)合本工程的施工方法，在現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人的安排下鉆機(jī)就位。鉆探工藝要求鉆機(jī)安裝必須做到平衡，保證孔位中心、主軸中心、天車中心在同一直線上。經(jīng)技術(shù)人員對(duì)鉆機(jī)的水平度、主軸垂直度進(jìn)行檢查，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求后，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師申請(qǐng)開(kāi)鉆。鉆孔采用隔孔二序法施工，鉆機(jī)的成孔工藝采用Φ127 mm開(kāi)孔，鉆至完整基巖6 m后，變徑為91 mm，鉆至采空區(qū)底板下1 m處終孔。開(kāi)孔后先輕壓慢鉆，鉆進(jìn)時(shí)為保證施工質(zhì)量采取清水鉆進(jìn)，設(shè)置泥漿沉淀池采用循環(huán)水將鉆雜帶出。在鉆進(jìn)施工中隨時(shí)校正鉆具長(zhǎng)度，其誤差不超過(guò)±5 cm，確?？咨顢?shù)據(jù)準(zhǔn)確，對(duì)循環(huán)液的漏失量變化以及掉鉆等發(fā)生的位置做了詳細(xì)記錄，以此判斷地層的完整度及采空區(qū)的特征。為了準(zhǔn)確掌握采空區(qū)地層以及采空區(qū)特征，在施工中布置了7個(gè)取芯孔，其巖芯采取率均大于70%，并做好巖芯編錄與拍照工作，根據(jù)取芯孔的鉆探結(jié)果，對(duì)區(qū)域地層及采空區(qū)特征做到準(zhǔn)確把握。具體鉆孔的施工順序如下：

帷幕孔：

第一序次：215、213、211、209、207、205、203、201、199、197、195、193、191、189、187、185、183、31、29、27、25、23、21、19、17、15、13、11、9、7、5、3、1

第二序次：214、212、210、208、206、204、202、200、198、196、194、192、190、188、186、184、182、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、2

注漿孔因受橋梁樁基交叉施工影響，具體施工順序如下：

第一序次第一批：57、33、32、60、126、93、63、34、36、38、40、102、69、42、104、71、106、44、73、108、46、75、77、48、114、81、50、116、52、83、118、54、85、120、87、122、89、56

第一序次第二批：181、155、121、179、153、177、119、150、151、175、117、149、147、115、173、112、113、110、111、144、171、109、142、141、169、107、139、167、105、137、103、135、165、100、101、133、163、98、99、131、96、97、129、161、94、95、127、159、92、125、157、90、91、123、124、156

第二序次第一批：158、160、128、162、130、164、132、166、134、168、136、170、138、140、172、143、145、174、146、176、148、178、152、180、154

第二序次第二批：88、86、55、84、53、82、79、80、51、78、49、76、47、74、45、72、43、70、41、67、68、65、66、64、37、39、62、35、61、59、58

鉆孔終孔經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，下置孔口管。孔口管采用Φ50mm鋼管，在其前端200 mm處焊接直徑為120 mm圓形法蘭托盤，下入孔內(nèi)變徑處。為了防止?jié)沧⒖卓诠艿乃酀{進(jìn)入孔內(nèi)形成堵塞，先向孔內(nèi)填入厚約10 cm的礫石（其規(guī)格5~10 mm）后，再填入厚200 mm的粘土來(lái)增加密封效果，最后用水灰比為1∶1.2的水泥漿對(duì)孔口管進(jìn)行澆鑄，澆鑄厚度為6 m，孔口管高出地表1 m，深至完整基巖下6 m處，絲扣連接。

5.4 注漿施工

注漿施工從原材料檢驗(yàn)、漿液配比、制漿工藝、注漿工藝4方面嚴(yán)格把關(guān)，保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.4.1 原材料檢驗(yàn)

（1）水泥：本工程選用臨汾黃河水泥廠生產(chǎn)的九泰牌32.5#礦渣水泥，經(jīng)山西省臨汾公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心檢驗(yàn)，其28天強(qiáng)度為2.4 MPa。報(bào)請(qǐng)?jiān)囼?yàn)監(jiān)理工程師復(fù)檢合格后進(jìn)入施工場(chǎng)地，進(jìn)場(chǎng)后每200 t抽檢一次，抽檢結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）粉煤灰：采用蒲縣長(zhǎng)益晟電廠的粉煤灰，經(jīng)山西省臨汾公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心檢驗(yàn)，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596）國(guó)家Ⅲ級(jí)技術(shù)要求。

（3）水：采用下垣煤礦坑水，經(jīng)山西省城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)臨汾監(jiān)測(cè)站檢測(cè)，均符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

5.4.2 漿液配比選用

漿液配比根據(jù)設(shè)計(jì)要求，固相比為3∶7（水泥占30%，粉煤灰占70%），水固比為1∶1~1∶1.5。本工程采用了水固比為1∶1.2和1∶1.3兩種漿液，以1∶1.3漿液為主，原因在于1∶1和1∶1.1的漿液可注性好，填充率高，但強(qiáng)度較低；1∶1.4和1∶1.5的漿液可注性較差，填充率低，但強(qiáng)度較高；而1∶1.3漿液從強(qiáng)度上滿足（超過(guò)）設(shè)計(jì)要求，可注性、填充率居中，故選擇了1∶1.2和1∶1.3的漿液灌注。

5.4.3 制漿工藝

先在一級(jí)攪拌池中按漿液配比（1∶1.2，1∶1.3），加入定量的水、水泥、粉煤灰（1∶1.2 水 670 kg/m3，水泥 241 kg/m3，粉煤灰563 kg/m3；1∶1.3 水 652 kg/m3，水泥 254 kg/m3，粉煤灰 593 kg/m3）進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不少于3 min，然后將攪拌好的漿液放入二級(jí)攪拌池進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間不少于3 min，隨后將配制好的漿液通過(guò)注漿泵送入孔內(nèi)進(jìn)行注漿。

5.4.4 注漿工藝

①施工順序：先帷幕空，后注漿孔。根據(jù)鉆孔及設(shè)計(jì)提供的采空區(qū)傾斜方向，先施工采空區(qū)底板標(biāo)高較低位置的注漿孔及構(gòu)造物處的注漿孔在沿傾斜方向由低向高、由邊部向中心展開(kāi)施工。

②注漿前先用清水洗孔，洗孔時(shí)間不低于10 min。洗孔后開(kāi)始注漿，每孔注漿前100 m3的漿液配比為1∶1.2，其后改用1∶1.3的漿液灌注，直至終孔。

本工程注漿施工不同于以往注漿施工之處在于很少投入速凝劑和骨料，而是采用多次間歇的方法完成。因投入骨料或加入速凝劑易形成一個(gè)快速堆積的圓錐體，造成注滿的假象，對(duì)工程質(zhì)量造成一定的影響。在注漿間歇前，先用清水洗孔，洗孔時(shí)間不少于10min，間歇時(shí)間均在12h以上，間歇后再用清水洗孔10min，再次開(kāi)始注漿。如此反復(fù)，直至達(dá)到單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)而終孔。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為孔口壓力2~3 MPa，泵量小于70 L/min，穩(wěn)定10~15 min，方可結(jié)束該孔的注漿施工。然而由于本采空區(qū)地層裂隙發(fā)育，連通性強(qiáng)，個(gè)別孔在注漿中發(fā)生地表冒漿現(xiàn)象，冒漿位置距離注漿孔十幾米至數(shù)百米不等。此類孔由于裂隙泄壓，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的孔口壓力而終孔，其余注漿孔均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的孔口壓力。通過(guò)對(duì)單孔注漿結(jié)石面高度的測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其在0.2~28 m之間。

6 施工中質(zhì)量保證措施

認(rèn)真貫徹施工工藝及施工技術(shù)要求，對(duì)施工中可能產(chǎn)生的質(zhì)量隱患及突發(fā)性質(zhì)量事件實(shí)行事前預(yù)控措施，見(jiàn)表1。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的有效控制，在注漿結(jié)束后，對(duì)采空區(qū)處治效果進(jìn)行鉆探檢測(cè)，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度達(dá)到了2.7MPa。大橋布設(shè)的變形觀測(cè)點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示，均未發(fā)生變形沉降，說(shuō)明對(duì)該段采空區(qū)采用全填充壓力注漿的質(zhì)量及效果良好，能保證公路正常運(yùn)營(yíng)。

表1