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摘要: 徐贾快速路穿越两个煤矿采空区，为保证快速路的安全运营，必须对采空区进行治理。本文分析了采空区特征和采空区对徐贾快速路的危害，在此基础上提出采用注浆充填法对采空区进行治理的对策。
关键词: 快速路；采空区；治理
1概述
徐贾快速路沿线有煤矿采空区，该路段段场地原始地貌系第四系冲积平原地貌单元，上部为全新统冲积层（Q4al）粉土及黏土，中部为第四系上更新统（Q3l）湖积形成的黏性土层，场地地形变化不大，地面高程变化在32.36-36.61米之间，地表相对高差4.25m。
直接影 响线路的煤矿采空区有两个，即权台煤矿采空区和旗山煤矿采空区。两个采空区的沉陷变形尚未完成，其持续变形对拟建快速公路危害极大，为确保快速路的安全运营，必须对该段路线煤矿采空区工程措施进行治理。
2采空区的特征及危害
2.1采空区塌陷情况
采空区由2个部分组成，一由采煤形成的采空塌陷区，二是抽水巷道。
采空塌陷区是由于开采16—20煤层所导致的塌陷，其中16、17煤层合并开采，采厚0.4-2.，埋深30～50m；18、19煤层常合并开采，采厚lm，埋深30～55m左右；20煤层采厚1～2.0m，埋深80m。由于采煤作用，地表已出现明显差异沉降变形，最大沉降量可达80cm。
抽水巷道与公路斜交，在公路影响范围内，埋深71-89m、巷道底宽2.2m、高度2.6m.依据抽水巷道特征、岩溶发育情况、钻探资料及地面沉降特征分析，由于抽水巷道和水仓是近几年修建，目前地面沉降不明显，但其潜在危险不容忽视。
2.2 采空区特征
采空区上部地层主要为第四系、二叠系及石炭纪的海陆交互相沉积物组成，岩性主要为软岩与煤层的互层，并伴有张性断层发育。其特征如下：
第一、采空区分布极不规则，由于采空区位于一仰起向斜的翼部，采空塌陷区呈缓倾斜状，开采深度不一。因此，在沉降变形上表现为不均匀沉降。
第二、煤矿采空区为多年开采所形成，近年形成的采空区沉降还未完成。
第三、煤层开采属多层开采，且多层采空区中、深部煤层开采时间早，浅层煤层开采时间晚，因而沉降尚未完成。
第四、采空区富水，且岩溶、岩层裂隙均较为发育
2.3采空区对公路工程的危害
采空区对公路工程的危害从勘察结果来看，采空区仍在继续变形。其持续变形对徐贾快速路造成的危害主要路基下沉，对路基的稳定性产生影响，使用过程中极易发生事故。
3、工程处治设计
3.1处治方案比选
通过查阅国内外有关资料，结合国内已有采空区治理工程的经验，对注浆充填治理方案、支撑方案及维修方案、绕避方案从经济和技术两方面进行了综合比选，决定采用注浆充填法对该采空区进行治理。
3.2注浆施工工艺设计
3.2.1注浆处治范围
采空区治理宽度参照煤矿三下采煤的规范及铁路工程的有关规定，应用应力扩散角法进行计算。采空区治理深度为煤层开采深度，注浆段高度为空洞底板至裂隙带顶部之间的高度。
3.2.2注浆孔布置原则
根据采空区治理的边界范围，将注浆孔分为中间注浆孔和边缘注浆孔，中间注浆孔主要是起到充填加固地基作用，边缘孔主要起帷幕作用，以保证中间孔注浆时控制浆液扩散距离。中间孔采用梅花型均匀布置，孔距为20m，边缘孔孔距适当减小，为15m，先施工边缘孔，后施工中间孔。边缘孔隔孔分二序次施工，中间孔先施工岩层倾向处深部，也隔孔分二序次施工。
根据采空塌陷区的工程地质情况，采空区内地下富水，孔内静止水位4.6m左右，浆液由于水的浮托作用较难下到孔底，另则可能浆液沿塌落裂隙上窜，浆液过多流失到非注浆部位，注浆管宜下到注浆孔底部，采取类似于水下混凝土的灌注方法，但考虑注浆管可能产生堵塞，注浆管下到所注采空区以上3～5m，且封孔位置适当下移至基岩面以下15～20m左右。
3.2.3浆液配合比设计
注浆材料采用42.5#普通硅酸盐水泥和当地粉煤灰，浆液水固比为1:1.0和1:1.3，固相比为水泥：粉煤灰=30:70。施工时，添加水泥重量2％的速凝剂水玻璃。
3.2.4注浆施工工艺
（1）成孔工艺
成孔用回转式钻机成孔，用127mm开孔钻具开钻，跟管钻进，清水循环。对于多层采空区进入基岩(含全、强风化层)8m后，对套管外侧间隙用水灰比1:1.5～1:2的纯水泥浆进行封闭处理，然后改用89mm钻具进行钻进，钻探至煤层采空区底板，起钻，下注浆管，套管顶部安装注浆封孔装置，准备第1段注浆。在第1段注浆结束2d，待孔内浆液初凝后，在原孔位用89mm钻具自孔口开始重新进行钻探，钻至20煤层底板下1m，下入带法兰的Ø50mm注浆管至20煤层采空区上面3~5m处，孔内放人少量砾石，然后放入少量粘土，灌入水灰比为1:1.5～1:2的纯水泥浆(添加水泥重量2％的速凝剂)进行封闭处理，待水泥浆和注浆管、孔壁凝结牢固后，进行注浆。注浆结束后，拔出(或部分拔出)注浆管。
（2）注浆工艺
单层采空区和孔深小于等于50m的多层采空区中间注浆孔采用孔口封闭一次全灌注施工工艺，施工流程见图3-1；对孔深大于50m的多层采空区的中间注浆孔和所有多层采空区边缘注浆孔采用上下二段注浆工艺，其分层部位在20煤层上部5～10m处的顶板灰岩，施工流程见3-2。
（3）注浆方法
（a）注浆开始前，先向孔内压水冲孔5min。
(b)注浆采用1:1.0和1:1.3两种浆液配比。
(c)采用间歇式注浆时，间歇时间应不少于12h。间歇前，应进行适当的压水，以保证注浆管畅通。根据室内标准配合比试验浆液的初、终凝时间，上下段注浆之间的间歇时间应不少于36h。
(d)中间注浆孔的第1序次孔，采用间歇式定量注浆方式，其单孔设计注浆量按平均注浆量225m3的1.3～1.5倍控制，并在注浆过程中注浆量分别为单孔设计量l／2，3／4时进行间歇。当完成孔的设计注浆量后结束注浆。中间注浆孔的第2序次孔，采取定压注浆方式，即只有满足注浆结束标准后，才能结束注浆。
(e)边缘注浆孔采取间歇式定量注浆方式，平均注浆量为300m3。第l序次邊缘孔，其单孔设计注浆量按平均注浆量的1.3～1.5倍控制；第2序次边缘孔，其单孔设计注浆量按平均注浆量的0.7～1.0倍控制。对于分段注浆的边缘孔，其上段注浆量按单孔设计注浆量的1／3控制。注浆时原则上100m3左右间歇一次。注完单孔设计注浆量后结束注浆。
(4)注浆结束标准
(a)中间注浆孔
等于0.6MPa，注浆量稳定在50～70L／min、稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，作为注浆孔的注浆结束标准。
(b)边缘注浆孔
注浆压力在0.5～2.0MPa，基岩吸浆量在5～20 L／min之间，采空区吸浆量在20～50 L／min之间，且稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，作为边缘注浆孔的注浆结束标准。
4、结束语
目前，对高速公路（快速路）下伏采空区的治理已取得了不少工程实践经验，通过实施也达到了预想的治理效果，但仍然存在一些问题，有待探索和提高。比如，采空区的勘察方面，在合理布置钻探工作量的同时，如何提高物探工作的精度，以确定采空区在空间上的准确位置，为合理设计注浆孔提供依据。采空区治理方面，路基范围内注浆孔孔距一般小于15~20
m，保护带的孔距为20^-30 m，且都是均匀布置，这显然是不合理的。因为采面、巷道的位置是不均布的，并且不同位置上的采面、巷道顶板的冒落、充填程度等差异也很大。
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关键词: 快速路；采空区；治理
1概述
徐贾快速路沿线有煤矿采空区，该路段段场地原始地貌系第四系冲积平原地貌单元，上部为全新统冲积层（Q4al）粉土及黏土，中部为第四系上更新统（Q3l）湖积形成的黏性土层，场地地形变化不大，地面高程变化在32.36-36.61米之间，地表相对高差4.25m。
直接影 响线路的煤矿采空区有两个，即权台煤矿采空区和旗山煤矿采空区。两个采空区的沉陷变形尚未完成，其持续变形对拟建快速公路危害极大，为确保快速路的安全运营，必须对该段路线煤矿采空区工程措施进行治理。
2采空区的特征及危害
2.1采空区塌陷情况
采空区由2个部分组成，一由采煤形成的采空塌陷区，二是抽水巷道。
采空塌陷区是由于开采16—20煤层所导致的塌陷，其中16、17煤层合并开采，采厚0.4-2.，埋深30～50m；18、19煤层常合并开采，采厚lm，埋深30～55m左右；20煤层采厚1～2.0m，埋深80m。由于采煤作用，地表已出现明显差异沉降变形，最大沉降量可达80cm。
抽水巷道与公路斜交，在公路影响范围内，埋深71-89m、巷道底宽2.2m、高度2.6m.依据抽水巷道特征、岩溶发育情况、钻探资料及地面沉降特征分析，由于抽水巷道和水仓是近几年修建，目前地面沉降不明显，但其潜在危险不容忽视。
2.2 采空区特征
采空区上部地层主要为第四系、二叠系及石炭纪的海陆交互相沉积物组成，岩性主要为软岩与煤层的互层，并伴有张性断层发育。其特征如下：
第一、采空区分布极不规则，由于采空区位于一仰起向斜的翼部，采空塌陷区呈缓倾斜状，开采深度不一。因此，在沉降变形上表现为不均匀沉降。
第二、煤矿采空区为多年开采所形成，近年形成的采空区沉降还未完成。
第三、煤层开采属多层开采，且多层采空区中、深部煤层开采时间早，浅层煤层开采时间晚，因而沉降尚未完成。
第四、采空区富水，且岩溶、岩层裂隙均较为发育
2.3采空区对公路工程的危害
采空区对公路工程的危害从勘察结果来看，采空区仍在继续变形。其持续变形对徐贾快速路造成的危害主要路基下沉，对路基的稳定性产生影响，使用过程中极易发生事故。
3、工程处治设计
3.1处治方案比选
通过查阅国内外有关资料，结合国内已有采空区治理工程的经验，对注浆充填治理方案、支撑方案及维修方案、绕避方案从经济和技术两方面进行了综合比选，决定采用注浆充填法对该采空区进行治理。
3.2注浆施工工艺设计
3.2.1注浆处治范围
采空区治理宽度参照煤矿三下采煤的规范及铁路工程的有关规定，应用应力扩散角法进行计算。采空区治理深度为煤层开采深度，注浆段高度为空洞底板至裂隙带顶部之间的高度。
3.2.2注浆孔布置原则
根据采空区治理的边界范围，将注浆孔分为中间注浆孔和边缘注浆孔，中间注浆孔主要是起到充填加固地基作用，边缘孔主要起帷幕作用，以保证中间孔注浆时控制浆液扩散距离。中间孔采用梅花型均匀布置，孔距为20m，边缘孔孔距适当减小，为15m，先施工边缘孔，后施工中间孔。边缘孔隔孔分二序次施工，中间孔先施工岩层倾向处深部，也隔孔分二序次施工。
根据采空塌陷区的工程地质情况，采空区内地下富水，孔内静止水位4.6m左右，浆液由于水的浮托作用较难下到孔底，另则可能浆液沿塌落裂隙上窜，浆液过多流失到非注浆部位，注浆管宜下到注浆孔底部，采取类似于水下混凝土的灌注方法，但考虑注浆管可能产生堵塞，注浆管下到所注采空区以上3～5m，且封孔位置适当下移至基岩面以下15～20m左右。
3.2.3浆液配合比设计
注浆材料采用42.5#普通硅酸盐水泥和当地粉煤灰，浆液水固比为1:1.0和1:1.3，固相比为水泥：粉煤灰=30:70。施工时，添加水泥重量2％的速凝剂水玻璃。
3.2.4注浆施工工艺
（1）成孔工艺
成孔用回转式钻机成孔，用127mm开孔钻具开钻，跟管钻进，清水循环。对于多层采空区进入基岩(含全、强风化层)8m后，对套管外侧间隙用水灰比1:1.5～1:2的纯水泥浆进行封闭处理，然后改用89mm钻具进行钻进，钻探至煤层采空区底板，起钻，下注浆管，套管顶部安装注浆封孔装置，准备第1段注浆。在第1段注浆结束2d，待孔内浆液初凝后，在原孔位用89mm钻具自孔口开始重新进行钻探，钻至20煤层底板下1m，下入带法兰的Ø50mm注浆管至20煤层采空区上面3~5m处，孔内放人少量砾石，然后放入少量粘土，灌入水灰比为1:1.5～1:2的纯水泥浆(添加水泥重量2％的速凝剂)进行封闭处理，待水泥浆和注浆管、孔壁凝结牢固后，进行注浆。注浆结束后，拔出(或部分拔出)注浆管。
（2）注浆工艺
单层采空区和孔深小于等于50m的多层采空区中间注浆孔采用孔口封闭一次全灌注施工工艺，施工流程见图3-1；对孔深大于50m的多层采空区的中间注浆孔和所有多层采空区边缘注浆孔采用上下二段注浆工艺，其分层部位在20煤层上部5～10m处的顶板灰岩，施工流程见3-2。
（3）注浆方法
（a）注浆开始前，先向孔内压水冲孔5min。
(b)注浆采用1:1.0和1:1.3两种浆液配比。
(c)采用间歇式注浆时，间歇时间应不少于12h。间歇前，应进行适当的压水，以保证注浆管畅通。根据室内标准配合比试验浆液的初、终凝时间，上下段注浆之间的间歇时间应不少于36h。
(d)中间注浆孔的第1序次孔，采用间歇式定量注浆方式，其单孔设计注浆量按平均注浆量225m3的1.3～1.5倍控制，并在注浆过程中注浆量分别为单孔设计量l／2，3／4时进行间歇。当完成孔的设计注浆量后结束注浆。中间注浆孔的第2序次孔，采取定压注浆方式，即只有满足注浆结束标准后，才能结束注浆。
(e)边缘注浆孔采取间歇式定量注浆方式，平均注浆量为300m3。第l序次邊缘孔，其单孔设计注浆量按平均注浆量的1.3～1.5倍控制；第2序次边缘孔，其单孔设计注浆量按平均注浆量的0.7～1.0倍控制。对于分段注浆的边缘孔，其上段注浆量按单孔设计注浆量的1／3控制。注浆时原则上100m3左右间歇一次。注完单孔设计注浆量后结束注浆。
(4)注浆结束标准
(a)中间注浆孔
等于0.6MPa，注浆量稳定在50～70L／min、稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，作为注浆孔的注浆结束标准。
(b)边缘注浆孔
注浆压力在0.5～2.0MPa，基岩吸浆量在5～20 L／min之间，采空区吸浆量在20～50 L／min之间，且稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，作为边缘注浆孔的注浆结束标准。
4、结束语
目前，对高速公路（快速路）下伏采空区的治理已取得了不少工程实践经验，通过实施也达到了预想的治理效果，但仍然存在一些问题，有待探索和提高。比如，采空区的勘察方面，在合理布置钻探工作量的同时，如何提高物探工作的精度，以确定采空区在空间上的准确位置，为合理设计注浆孔提供依据。采空区治理方面，路基范围内注浆孔孔距一般小于15~20
m，保护带的孔距为20^-30 m，且都是均匀布置，这显然是不合理的。因为采面、巷道的位置是不均布的，并且不同位置上的采面、巷道顶板的冒落、充填程度等差异也很大。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看