高速公路采空區(qū)治理工程設計_施工與監(jiān)控

1、高速公路采空區(qū)治理工程設計、施工與監(jiān)控吳小兵（山西路杰公路工程技術咨詢有限公司，山西太原030012）摘要：文章論述了太原—佳縣高速公路采空區(qū)治理工程的設計、注漿工程、質(zhì)量監(jiān)控等內(nèi)容。通過對該注漿工程施工及檢測結(jié)果，評價了治理工程的施工質(zhì)量。關鍵詞：采空區(qū)治理；設計；施工；監(jiān)控；注漿中圖分類號：U412.366文獻標識碼：A文章編號：10008136(2010)350051021工程概況太原—佳縣高速公路東段第二十二合同段煤礦采空區(qū)治理

2、工程位于山西省婁煩縣游鎮(zhèn)赤七華村，起止里程EK88680~EK88920，治理長度240m。地貌單元屬黃七梁峁及山間河谷區(qū)，地層主要由第四系黃七及卵石，基巖為二疊系的泥巖、砂巖及石炭系的煤系地層。該區(qū)是已停采的采空區(qū)，煤層的大面積采空區(qū)受星羅密布的巷道影響，導致建筑裂縫、地面塌陷，這種情況嚴重威脅到區(qū)內(nèi)村民生命財產(chǎn)的安全，業(yè)主要求采取有效措施來解決此問題。2治理工程的設計2.1治理方案的選擇參考山西大運、長晉、祁臨等高速公路煤礦采空區(qū)治

3、理工程的成功經(jīng)驗，經(jīng)綜合比較，本治理工程采用了全充填壓力注漿的治理方案。該方案的特點是施工簡便、安全度高。其具體方案是在地表上打孔，通過注漿泵、注漿管將水泥粉煤灰漿注入到采空區(qū)巷道及覆巖體裂縫中，漿液經(jīng)過固化，膠結(jié)巖層裂縫帶，同時采空區(qū)的漿液形成的結(jié)石體對覆巖層形成支撐作用，保證地基穩(wěn)定。2.2采空區(qū)治理范圍的確定原則采空區(qū)治理范圍包括采空區(qū)治理長度和采空區(qū)治理寬度。2.3注漿孔的設計采空區(qū)注漿孔的設計深度為開孔層采空區(qū)（或煤層）底板以

4、下3m處，注漿孔的注漿長度為最上部完整基巖下6m至注漿孔底板的深度，注漿管的長度為地面上1m至完整基巖6m處。（1）帷幕孔布設。為了防止在壓力注漿過程中漿液的四處漫延，為此設計了帷幕孔。（2）注漿孔布設。注漿孔在帷幕孔中按3.5m左右間距布設12排孔，孔距3~4m，在采空區(qū)或采掘巷道密集、地面變形嚴重段按低值布設，采掘巷道稀疏。2.4漿液配合比設計根據(jù)以往煤礦采空區(qū)治理工程的成功經(jīng)驗，確定注漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比1：1.0~1：1

5、.5，水泥含量占固相的15%，粉煤灰占固相的85%，帷幕孔中加水泥質(zhì)量2%的速凝劑，帷幕孔根據(jù)具體情況采取較稠的漿液或在漿液中摻加水泥質(zhì)量的2%速凝劑，使注入采空區(qū)的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液流失。3施工方案本工程項目包括建立注漿站、注漿孔鉆探成孔、澆筑孔口管、注漿、質(zhì)量檢查等。3.1鉆探設備鉆探施工先后投入GJ2003型鉆機14臺，GT1503型鉆機6臺，完成完整鉆孔382個，其中帷幕孔29個，取芯鉆孔76個，設計總進尺343

6、80m，設計注漿量22497m3。3.2注漿施工設備注漿施工投入BW250型注漿泵4臺，90kN發(fā)電機組2套，QY1526潛水泵5臺，泥漿攪拌機6臺，管道運輸，封孔裝置等。3.3建立注漿站根據(jù)施工組織設計工期計劃安排，本工程施工區(qū)域以及工程數(shù)量，在施工區(qū)域內(nèi)修建注漿站2個，注漿站包括：蓄水池1個、每個攪拌站設置一級攪拌池2個，二級攪拌池1個、共6個攪拌池，電源總控制柜2個、水泥庫柵、粉煤灰?guī)鞏藕推渌涮自O施。4主要設計工藝及技術要求（1

7、）工藝流程：測量定點→成孔及下套管→下注漿管、觀察注漿情況，抽樣試驗。澆筑孔口管→間歇式注漿→停止注漿備料，拌制漿液。（2）孔位誤差小于1.0m，特殊情況可在5.0m范圍內(nèi)調(diào)整。（3）注漿孔開孔直徑為φ130mm鉆頭開鉆，鉆至完整基巖5m后，放入φ130mm套管護壁，變徑為φ91mm鉆至采空區(qū)塌落帶或煤層底板以下0.5m終孔。（4）做好鉆探原始記錄和巖心編錄工作，在鉆孔施工過程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆等現(xiàn)象要詳細記錄其深度、層位和耗水

8、量。（5）注漿材料及質(zhì)量要求。①注漿材料是由水、水泥、粉煤灰、速凝劑、砂和碎石組成。②施工拌制用水采用當?shù)厣罹瑸樯铒嬘盟?，其質(zhì)量符合《砼攪拌水標準》，施工時用定量器計量。③水泥采用32.5級礦渣硅酸鹽水泥，其質(zhì)量應符合國標（GB175—2007）的規(guī)定。④粉煤灰質(zhì)量符合《用于水泥和砼中的粉煤灰》（GB1596—91）國家級標準。⑤速凝劑可采用水玻璃等。⑥砂和碎石參照有關標準。（6）注漿系統(tǒng)。構(gòu)成：料場，以及攪拌池（機）、二級攪拌池

9、（機）、注漿泵、管道運輸、封孔裝置等。（7）配置要求。①料場：堆放材料的料場地要平整，運料車輛科學之友FriendofScienceAmateurs2010年12月51HighwayWkedoutSectionGovernmentEngineeringDesignConstructionMonitingWuXiaobingAbstract:ThearticleelabatedTaiyuantoJiaCountyhighwaywkedou

10、tsectiongovernmentcontentssoonprojectdesign，notethickliquidproject，qualitymoniting.Throughtothisnotethickliquidprojectconstructionthetestresult，hasappraisedthegovernmentprojectconstructionquality.Keywds:wkedoutsectiongov

11、ernment；design；construction；moniting；poursthickliquid正常通行，使材料便于運輸、搬運，要求設有防潮層、防雨措施。②攪拌池：能滿足正常施工要求，池的形狀為圓柱體，中間裝置攪拌機，使得攪拌后的漿液均勻。③攪拌機：要求能滿足正常施工要求，攪拌后漿液均勻。④水池：要根據(jù)施工注漿總量要求，建立多個水池。⑤注漿泵：注漿泵壓力應大于注漿最大設計壓力的1.5倍。⑥壓力表：注漿用壓力表最大指數(shù)小于10M

12、Pa。⑦封孔裝置：封后孔口管采用直徑150mm鋼管，在管子前端焊接一圓形法蘭托盤（托盤直徑120~130mm之間），下入孔內(nèi)變徑處。用泥漿泵注入水灰比1：1.4~1：1.0的純水泥漿。⑧注漿管：采用直徑50mm鋼管，絲扣聯(lián)結(jié)。⑨投砂漏斗：附有篩網(wǎng)和球形閥，對于空區(qū)要較大部位投入適量的砂或石屑。⑩漿液攪拌時間不小于5min，將攪拌好的漿液用注漿泵送入孔內(nèi)進行注漿。輥輯訛先施工帷幕孔，再施工注漿孔，注漿鉆孔分序，間隔進行施工。由采空區(qū)底板較

13、低孔向較高孔施工。輥輰訛注漿時采用注漿濃度先稀后稠的方法，注漿開始前應用清水沖洗鉆孔，沖洗時間應不小于10min。輥輱訛注漿及間歇注漿前必須用清水洗孔，時間不小于10min。輥輲訛對于竄漿的鉆孔，可采用雙泵雙孔注漿。輥輳訛稀漿注漿注量宜為取單孔注漿量的30%。輥輴訛當注漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，當空口注漿壓力在1~1.5MPa，泵量小于70L。輥輵訛當帷幕孔注漿量較大時，選用砂漿泵送漿液或孔口加一漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或礦渣帶入

14、孔內(nèi)，投砂時為防止堵孔，應避免在短時間內(nèi)投入大量的砂，當投砂器溢漿時，停止投砂封堵投砂器口，繼續(xù)注漿直至起壓達到設計要求。5終孔標準從試驗孔上段、下段注漿過程來看，注漿孔口壓力達到0.4MPa，地面出現(xiàn)冒漿。由于采空區(qū)的埸落裂隙，上段注漿壓力不能太大，以0.6MPa為宜，下段注漿壓力可以適當升高至1.0MPa以上。6注漿過程的監(jiān)控注漿施工屬于隱蔽工程，因此，質(zhì)量控制主要靠施工過程的監(jiān)控，在注漿過程中采用傳統(tǒng)的控制方式，即流量控制法和壓力

15、控制法等。對注漿過程的施工質(zhì)量以及有關施工記錄的技術資料加以整理分析，初步判斷注漿質(zhì)量。對注漿過程的注漿壓力、漿液濃度、吸漿量等變化情況進行分析，判斷注漿工作是否正常。6.1注漿工程質(zhì)量檢測方法（1）鉆孔取芯和孔內(nèi)測試：在注漿區(qū)進行鉆探，檢測注漿段的充填、加固效果。注漿前，在注漿過程中和注漿試驗孔需檢查孔內(nèi)的重力測井和放射性測井，測試了地層的各種物性和電性參數(shù)，采用跨孔法進行了彈性波速測試。（2）高密度電阻率勘探：檢測注漿前后地層電阻率

16、變化，分析注漿層位和范圍。地面分別在注漿前、邊緣孔注漿完成后、注漿完成后7d，注漿完成后28d、注漿完成3個月時進行了5次高密度電法勘探測試。（3）地表巖移觀測，在治理路段設置了沉降觀測點，對治理段的變形進行監(jiān)測。主要檢測注漿后地表沉陷的變化，從而分析注漿效果。6.2檢測結(jié)果注漿工程結(jié)束后，在注漿加固范圍內(nèi)共布置了76個檢查孔。通過取樣觀察，每個檢查孔均未出現(xiàn)注漿之前的掉鉆漏漿現(xiàn)象。在灰?guī)r段的巖溶裂縫中和采空區(qū)裂帶段見到了柱狀水泥、粉煤