公路采空區(qū)處治方法探索

林崢

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019）

公路采空區(qū)處治方法探索

林崢

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019）

公路采空區(qū)的下沉及塌落變形會引起地表變形破壞，進而導致公路路基的不均勻沉降、開裂，嚴重影響了公路的行駛安全和舒適度。公路采空區(qū)的處治必須在全面收集采礦資料的基礎上，結合地質勘探結論，科學評價采空區(qū)穩(wěn)定性，確定其處治范圍，并根據(jù)采空區(qū)特點選擇合理的方案進行處治，并通過物探或鉆探方式進行處治效果檢測確保施工質量。

采空區(qū)；注漿處治；質量檢測；采礦資料

1 工程概況

河南澠垣高速河南段公路位于三門峽市澠池縣境內，路線里程40.081 km，設計速度80 km/h，采用雙向四車道標準，路基總寬25.5 m。本項目仰韶互通位置線位穿越煤炭采空區(qū)，依據(jù)收集的采礦資料，項目范圍內煤層埋深差異較大，埋深45～364 m，煤層傾角約30°，煤層厚度范圍0.60～6.22 m，平均煤厚3.23 m。

煤層直接底板主要泥巖、炭質泥巖，頂?shù)装鍘r性主要為泥巖、砂質泥巖，頂板全部滑落。

2 采空區(qū)分布

根據(jù)采空區(qū)分布位置，本次勘察范圍根據(jù)擬處治區(qū)域劃分4個區(qū)，自西向東依次分別為勘察Ⅰ～Ⅳ區(qū)，如圖1所示。通過本次勘察確定劃分基本穩(wěn)定區(qū)1處，不穩(wěn)定區(qū)3處。地質勘探情況及評價如下。

3 采空區(qū)勘察

為了滿足安全論證工作的需要，全區(qū)共完成鉆孔32個，間距50 m×50 m，完成鉆探總進尺3 513.74 m，勘察區(qū)范圍如圖1所示。

Ⅰ區(qū)分布鉆孔分別為CKQ-1～CKQ-8，共8個鉆孔，位于勘察區(qū)西側，除CKQ-4孔外，其余鉆孔均見采空層，層厚1.4～5.6 m，埋深85～122 m。煤層頂板泥巖及砂巖互層巖芯呈塑狀及碎塊狀，區(qū)域剩余沉降空間較大，確定為不穩(wěn)定區(qū)。Ⅱ區(qū)分布鉆孔分別為CKQ-9～CKQ-17，共9個鉆孔。位于勘察區(qū)中部，所有鉆孔均見采空區(qū)，采空層厚2.51～18.82 m，埋深85.5～132.6 m。煤層頂板泥巖及砂巖互層巖芯呈塑狀及碎塊狀，確定為欠穩(wěn)定區(qū)。Ⅲ區(qū)分布鉆孔分別為CKQ-18～CKQ-28，共11個鉆孔。位于勘察區(qū)中東部，除CKQ-22、CKQ-23、CKQ-24孔外，其余均見采空區(qū)，采空層厚3.1～10.85 m，埋深59.5～117 m。該區(qū)屬于沉降變形階段，確定為不穩(wěn)定區(qū)。Ⅳ區(qū)分布鉆孔分別為CKQ-29～CKQ-32，共4個鉆孔，均為見采空區(qū)。經過細致的論證，確定為基本穩(wěn)定區(qū)。

4 采空區(qū)處治設計標準

通過對采空區(qū)的處治，以消除或減小地表的變形，從而確保路基在施工及運營期內的穩(wěn)定，并減少由于路基變形造成的路面起伏、開裂等病害。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTJ D30—2015），高速公路選取以下變形值作為公路采空區(qū)地表的允許變形值：地表傾斜率i≤3 mm/m，水平變形值ε≤2 mm/m，曲率值K≤0.2mm/m。

5 采空區(qū)處治方案

從澠垣高速采空區(qū)路段地層勘察結果看，本項目采空區(qū)埋深較大，分布廣泛，采用片石回填、橋梁跨越均不合理，經過比選，對Ⅰ～Ⅲ區(qū)域采用注漿方案進行處治，注漿材料滿足規(guī)范要求。注漿孔距結合規(guī)范要求，設計推薦采用15 m，布置形式為梅花形；采空區(qū)處治范圍外邊緣設置帷幕注漿孔，孔距推薦采用15 m。帷幕注漿功能為封堵漿液，阻止?jié){液流入處治區(qū)域以外。采空區(qū)處治范圍及注漿孔布設如圖1所示。

圖1 采空區(qū)處治范圍

采空區(qū)處治施工要堅持“動態(tài)設計”的原則，根據(jù)現(xiàn)場施工鉆探以及注漿實際情況，調整注漿孔間距、注漿壓力等參數(shù)，最終達到采空區(qū)預期處治效果。

5.1 采空區(qū)注漿處治范圍的確定

采空區(qū)治理范圍的確定基于可靠的地層勘探資料，探明采空區(qū)與路線位置關系以及埋深，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中的計算公式計算處治的長度、寬度以及深度。采空區(qū)處治寬度和長度必須考慮覆巖移動影響寬度，而采空區(qū)處治寬度還需考慮圍護帶寬度。根據(jù)規(guī)范要求，采空區(qū)的處治深度即注漿鉆孔深度，須至底板以下不小于1 m。

5.2 采空區(qū)注漿量預測

采空區(qū)位于地表以下，盡管地質勘探范圍能夠覆蓋采空區(qū)，但僅靠有限數(shù)量的鉆孔仍然難以準確確定采空區(qū)的厚度、塌落程度、剩余孔隙率等參數(shù)，因此，采空區(qū)注漿處治的工程量難以準確計算。目前，可以依據(jù)《采空區(qū)公路設計與施工技術細則》（JTG/T D31-03—2011）中注漿量總量計算公式進行估算。其中，煤層平均采出厚度、回采率、采空區(qū)剩余空隙率等參數(shù)應通過鉆探、變形觀測、區(qū)域資料收集或參照地區(qū)經驗等方式確定。

5.3 注漿施工

注漿施工前應該認真研究采空區(qū)處治設計方案，根據(jù)采空區(qū)特點制定相應的注漿方案，確保注漿施工順利進行。

5.3.1 選擇合適的設備

根據(jù)采空區(qū)的處治深度、地層特性以及注漿孔和帷幕孔的結構特點，選擇滿足施工要求的鉆孔設備和注漿設備，以保證施工質量。

5.3.2 選擇合適的施工工序

將處治域內的注漿孔鉆探分2次進行隔孔鉆進。第一批鉆孔對處治區(qū)域有補充調查的作用，將施工鉆孔揭露的地層特征與設計內容進行比對，如果有明顯差異，可及時優(yōu)化調整設計內容，以滿足處治需要。注漿工作與鉆孔工作相對應，采用隔孔注漿，第一批注漿孔內漿液可能流動范圍較大，注漿范圍內仍會有較大空隙未填充，第二批次孔注漿將在前序注漿基礎上再次對采空區(qū)進行充填，從而提高充填率。

5.3.3 選擇合適的注漿漿液

注漿漿液應選擇穩(wěn)定性好、流動性好、對環(huán)境污染小、取材方便、價格低廉的產品。本項目注漿材料推薦采用水泥粉煤灰漿，帷幕注漿材料為水泥粉煤灰漿外加速凝劑，速凝劑摻量為水泥質量的3%.

5.4 注漿質量檢測方法

目前，采空區(qū)處治質量的檢測方法主要包括彈性波法、地震勘探、高密度電法、鉆孔檢查等，通過一種或多種方法對加固區(qū)進行質量檢測，可確保處治效果。

6 結束語

公路下覆采空區(qū)變形將導致路基路面的不均勻下沉、開裂，嚴重影響行駛安全，同時，大幅增加了養(yǎng)護費用，因此，相關工作人員必須重視公路下覆采空區(qū)的處治。采空區(qū)的處治必須在大量收集采礦資料、地質資料和地質勘探的基礎上進行，并采用動態(tài)設計的理念，不斷優(yōu)化處治方案，對施工過程進行嚴格被控，對處治效果進行檢測，確保處治質量。

〔編輯：張思楠〕

U416.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.017

2095－6835（2017）23－0017－02