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摘要：本文针对隧道工程穿越采空区这一特殊现象，简述了隧道穿越采空区的危害，介绍了隧道穿越采空区的处理原则，并在此基础上，提出了适合于隧道工程在采空区各地段治理的方法与措施。
关键词：隧道；采空区；治理措施。
Pick to: this article in view of the tunnel engineering through this special phenomenon, mined-out area is summarized in the tunnel through the harm of goaf, introduces the tunnel through the goaf treatment principle, and on this basis, put forward the suitable for tunnel engineering in goaf management methods and measures.
Key words: tunnel; Mined-out area; Control measures.
Pick to: this article in view of the tunnel engineering through this special phenomenon, mined-out area is summarized in the tunnel through the harm of goaf, introduces the tunnel through the goaf treatment principle, and on this basis, put forward the suitable for tunnel engineering in goaf management methods and measures.
Key words: tunnel; Mined-out area; Control measures.
U45
引 言
近年来，随着我国经济建设的迅猛发展,公路交通路网密度越来越大，公路特别是山区高速公路，由于受几何线形和路线纵坡等设计指标的制约，将不可避免地难以绕避许多地质不良地段，如出现高速公路隧道穿越采空区这一公路建设史上罕见的现象。因此，如何提高隧道穿越采空区部位及其周边围岩的强度，以满足公路的通行要求，便成为采空区处治方法研究中的主要问题。
一、隧道穿越采空区的危害
随着我国国民经济的发展，将进一步促进交通事业的发展，铁路与高速公路的建设日益增多。在选线时由于初勘资料的不足，再加上有些道路的详勘工作跟不上，致使隧道在施工过程中，穿入采空区。特别是我国一些富煤地区浅部大多有小煤窑采空区存在，如果施工前探查不清，施工准备不足，穿入采空区将给施工带来一定的困难。尤其是高速公路，因交通量大，行车速度快，要求运行质量高，隧道建成后将出现衬砌结构破坏，隧道轮廓侵入界限，路面、路基下沉，造成路线纵向不平，侧沟排水不畅，一旦发生这些病害，将危及行车安全，影响铁路、高速公路的正常运营，同时使隧道的养护工作和维修都将十分困难。为此，当隧道由于某种原因无法绕过采空区或因选线对路址地质情况和地下采空区分布了解不详时，在隧道施工过程中于煤系地层中遇到未充填的小煤窑采空区和采煤巷道时，必须采取措施慎重处理，以确保隧道的稳定性与运营时的安全畅通。
二、隧道穿越采空区的处理原则
1.根据煤层的赋存条件采用相应的处理措施
由于煤层的厚度、倾角以及倾向的不同，使采空区所处于隧道断面内的位置各异，由于采空区位置的不同，从而使采空区对隧道稳定性的影响也不相同。因此，应根据煤层的赋存条件及采空区的状态不同，采用相应的处理措施。
2.根据隧道开挖应力重分布提出处理方法
隧道开挖引起的隧道应力重新分布，当隧道围岩应力大于该处岩体强度时，使隧道周边向围岩内一定范围的岩体产生松动破坏与塑性变形，形成塑性区（包括松动区）。一般认为，隧道开挖后引起的塑性扰动范围为隧道开挖半径的3～5 倍，为此，应对这一范围内的采空区加强支护以防止隧道产生大变形，以避免破坏范围的扩大。而塑性区的范围可在现场，通过量测获得。
3.适当加大预留量
在煤系地层中开挖隧道，由于煤层较软，当煤层采出后，会产生较大的变形。因此，在隧道断面设计时，应适当增加预留量。
三、 隧道穿越采空区的治理措施
1.采空区位于隧道洞身上方
当采空区位于洞身上方，特别是近水平、缓倾斜的采空区且距隧顶较近时，必须采用加强支护，即在隧道拱部设管棚，管棚用格栅钢架支撑，格栅钢架纵向间距按80～100 cm 一榀设置、管棚可用φ 89 mm 长15 m 的钢管，纵向间距40 cm，管内压注水泥-水玻璃浆，管内注浆参数水泥浆的水灰比为0.6:1，水玻璃的波美度 Be′ =35，其与水泥浆体积比为0.4︰1，两组管棚间末端搭接长度不小于100 cm。并应设WTD25、长3.5 m 的注浆锚杆，锚杆可按梅花型布置，横向间距为80 cm，纵向间距为80 cm。
2.采空区位于隧道横断面中部
当采空区横跨隧道中部，在隧道断面范围的空区，采煤时所充填的弃土、矸石将被挖除，而两端塑性区范围内的空区，应换填密实的片石、块石，再用水泥砂浆浇注，或用素混凝土充填，以便提高隧道开挖后所形成的塑性区范围内的支撑强度，防止出现大的变形。
3.采空区位于隧道断面内顶部与底部
当隧道在倾斜、急倾斜、薄及中厚煤层穿过时，采空区将位于隧道断面内的顶部与底部，这时，顶、底部应分别治理，拱部应系统设置φ 42 mm 长4～6 m 小导管管棚，管内应注入C20 水泥砂浆，注浆压力不应小于0.5 MPa，小导管环向间距40 cm，外插角15°左右。两组导管之间的水平搭接长度不小于100 cm，导管用格栅钢架支撑，纵向间距按80 cm一榀设置。拱部围岩内设WTD25 长3.5 m 的锚杆、呈梅花形布置，纵横向间距为80 cm。另外在拱顶空区设C20 混凝土护拱，厚为100 cm，护拱两端嵌入基岩不小于50 cm。同时在整个拱部设ϕ 6.5 mm的20×20 cm 钢筋网以加强支撑。至于隧道底板采空区，可用换填片、石、块石，并注入C10 水泥砂浆固结后采用仰拱通过。仰拱厚45～60 cm，或用跨梁结构，如采用厚50 cm 钢筋混凝土行车道板通过。
4.采空区位于隧道底板以下
采空区位于隧道底板以下，未在隧道断面内出露，但距隧道底部较近时，在这种条件下，采空区上部岩体包括隧道在内仍有继续下沉的可能，为了确保隧道的稳定，需对隧道以下一定范围内的采空区充填物进行注浆充填与加固，使之达到一定强度，从而保证隧道衬砌结构安全，下采空区治理采用在隧道内注浆加固。注浆加固范围应保证隧道左右边墙以外各有5 m 宽的围护带，并以70°移动角向下扩散形成隧底以下保护加固带。
注浆孔的布设分为边缘孔和中间孔两类。边缘孔布置在注浆区段的四周，共设2 排，其纵向间距为2 m，排距为2 m，外排为1 序孔，内排为2 序孔，相互交错布置。中间孔布置在注浆区段的中间部位，共设5 排，其纵向间距为3 m，排距为1 m，分为1，2 序孔，呈梅花型布置。钻孔时钻孔必须抵达采空区底板以下至少0.5 m，以便确定钻孔是否穿入采空区，注浆孔开孔直径为110 mm，终孔直径不得小于75 mm，钻孔倾角随布孔位置和采空区埋深的变化而变化，但必须保证采空区底板处的钻孔间距不得大于3 m。
考虑注浆材料的耐久性，加固区中间孔应选用纯水泥浆，但为了防止串浆，边缘孔选用有速凝性能的水泥——水玻璃双液浆。注浆顺序应首先施作边缘1 序孔，再交错施作2 序孔，以便迅速封闭隧道采空区四周，防止后续孔注浆时漏浆和串浆。在边缘1，2 序孔注浆后约1～2 d 后方可钻孔灌注中间孔，中间I 序孔灌注纯水泥浆，1 序孔注完后施作2序孔，2 序孔内灌注超细纯水泥浆。
为了防止采空区回填料在钻孔中坍塌，应利用注浆花管注浆，另外在采空区顶板内设置止浆塞，采用后退式注浆，主要灌注采空区段。注浆前应对各孔段进行洗孔，并对部分中间孔作分段压水试验，以便作检查孔时对比，洗孔压力及压水试验压力为注浆压力的70 %。设计注浆压力为0.4～1 MPa，首次注浆压力适当减小，次轮注浆压力适当加大，边缘孔注浆压力应适当减少，中间孔注浆压力适当增大。固结注浆在规定的注浆压力下注浆孔（段）注入率不大于1.0 L/min，再持续注入10 min 即可结束。全孔注浆结束后，应排除孔内稀浆，换填1:1水泥砂浆(W/C = 0.5)将全孔封堵密实并将孔口抹平。在注浆施工完成7 d 后，对采空区布设的检查孔必须进行注浆质量检查。
结 语
采空区会对隧道结构的稳定性产生不良影响，易引起病害，因此在选线时，应尽量使隧道避开煤层采空区。在勘测、设计中必须对隧道的工程地质条件、采空区的具体位置进行全面的勘察和了解，根据采空区和隧道的不同相对位置而采取可靠、稳妥而有力的处治措施。由于采空区部位的岩体结构已经遭到破坏，无论采用那种治理方案，都很难完全恢复其原有的结构强度，因此，在采空区地段隧道开挖支护过程中，应充分考虑这些因素，采取必要的工程措施，以保证隧道施工的安全。
参考文献
[ 1] 孫忠弟，高等级公路下伏空洞勘探、危害程度评价及处治研究报告集 [M ] 北京: 科学出版社 2000.
[ 2] 张志沛，王红，注浆法在公路下伏煤矿采空区治理工程中的应用研究 [ J] 煤田地质与勘察 2003, 31( 6) .
[ 3] 李治国，铁山隧道采空区稳定性分析及治理技术研究 [ J]岩石力学与工程学报 2002, 21( 8) .
[ 4] 胡杨，李海，张兴来，真武山隧道穿越大型采空区的设计施工技术 [ J] 公路交通技术 2002, ( 4) .
关键词：隧道；采空区；治理措施。
Pick to: this article in view of the tunnel engineering through this special phenomenon, mined-out area is summarized in the tunnel through the harm of goaf, introduces the tunnel through the goaf treatment principle, and on this basis, put forward the suitable for tunnel engineering in goaf management methods and measures.
Key words: tunnel; Mined-out area; Control measures.
Pick to: this article in view of the tunnel engineering through this special phenomenon, mined-out area is summarized in the tunnel through the harm of goaf, introduces the tunnel through the goaf treatment principle, and on this basis, put forward the suitable for tunnel engineering in goaf management methods and measures.
Key words: tunnel; Mined-out area; Control measures.
U45
引 言
近年来，随着我国经济建设的迅猛发展,公路交通路网密度越来越大，公路特别是山区高速公路，由于受几何线形和路线纵坡等设计指标的制约，将不可避免地难以绕避许多地质不良地段，如出现高速公路隧道穿越采空区这一公路建设史上罕见的现象。因此，如何提高隧道穿越采空区部位及其周边围岩的强度，以满足公路的通行要求，便成为采空区处治方法研究中的主要问题。
一、隧道穿越采空区的危害
随着我国国民经济的发展，将进一步促进交通事业的发展，铁路与高速公路的建设日益增多。在选线时由于初勘资料的不足，再加上有些道路的详勘工作跟不上，致使隧道在施工过程中，穿入采空区。特别是我国一些富煤地区浅部大多有小煤窑采空区存在，如果施工前探查不清，施工准备不足，穿入采空区将给施工带来一定的困难。尤其是高速公路，因交通量大，行车速度快，要求运行质量高，隧道建成后将出现衬砌结构破坏，隧道轮廓侵入界限，路面、路基下沉，造成路线纵向不平，侧沟排水不畅，一旦发生这些病害，将危及行车安全，影响铁路、高速公路的正常运营，同时使隧道的养护工作和维修都将十分困难。为此，当隧道由于某种原因无法绕过采空区或因选线对路址地质情况和地下采空区分布了解不详时，在隧道施工过程中于煤系地层中遇到未充填的小煤窑采空区和采煤巷道时，必须采取措施慎重处理，以确保隧道的稳定性与运营时的安全畅通。
二、隧道穿越采空区的处理原则
1.根据煤层的赋存条件采用相应的处理措施
由于煤层的厚度、倾角以及倾向的不同，使采空区所处于隧道断面内的位置各异，由于采空区位置的不同，从而使采空区对隧道稳定性的影响也不相同。因此，应根据煤层的赋存条件及采空区的状态不同，采用相应的处理措施。
2.根据隧道开挖应力重分布提出处理方法
隧道开挖引起的隧道应力重新分布，当隧道围岩应力大于该处岩体强度时，使隧道周边向围岩内一定范围的岩体产生松动破坏与塑性变形，形成塑性区（包括松动区）。一般认为，隧道开挖后引起的塑性扰动范围为隧道开挖半径的3～5 倍，为此，应对这一范围内的采空区加强支护以防止隧道产生大变形，以避免破坏范围的扩大。而塑性区的范围可在现场，通过量测获得。
3.适当加大预留量
在煤系地层中开挖隧道，由于煤层较软，当煤层采出后，会产生较大的变形。因此，在隧道断面设计时，应适当增加预留量。
三、 隧道穿越采空区的治理措施
1.采空区位于隧道洞身上方
当采空区位于洞身上方，特别是近水平、缓倾斜的采空区且距隧顶较近时，必须采用加强支护，即在隧道拱部设管棚，管棚用格栅钢架支撑，格栅钢架纵向间距按80～100 cm 一榀设置、管棚可用φ 89 mm 长15 m 的钢管，纵向间距40 cm，管内压注水泥-水玻璃浆，管内注浆参数水泥浆的水灰比为0.6:1，水玻璃的波美度 Be′ =35，其与水泥浆体积比为0.4︰1，两组管棚间末端搭接长度不小于100 cm。并应设WTD25、长3.5 m 的注浆锚杆，锚杆可按梅花型布置，横向间距为80 cm，纵向间距为80 cm。
2.采空区位于隧道横断面中部
当采空区横跨隧道中部，在隧道断面范围的空区，采煤时所充填的弃土、矸石将被挖除，而两端塑性区范围内的空区，应换填密实的片石、块石，再用水泥砂浆浇注，或用素混凝土充填，以便提高隧道开挖后所形成的塑性区范围内的支撑强度，防止出现大的变形。
3.采空区位于隧道断面内顶部与底部
当隧道在倾斜、急倾斜、薄及中厚煤层穿过时，采空区将位于隧道断面内的顶部与底部，这时，顶、底部应分别治理，拱部应系统设置φ 42 mm 长4～6 m 小导管管棚，管内应注入C20 水泥砂浆，注浆压力不应小于0.5 MPa，小导管环向间距40 cm，外插角15°左右。两组导管之间的水平搭接长度不小于100 cm，导管用格栅钢架支撑，纵向间距按80 cm一榀设置。拱部围岩内设WTD25 长3.5 m 的锚杆、呈梅花形布置，纵横向间距为80 cm。另外在拱顶空区设C20 混凝土护拱，厚为100 cm，护拱两端嵌入基岩不小于50 cm。同时在整个拱部设ϕ 6.5 mm的20×20 cm 钢筋网以加强支撑。至于隧道底板采空区，可用换填片、石、块石，并注入C10 水泥砂浆固结后采用仰拱通过。仰拱厚45～60 cm，或用跨梁结构，如采用厚50 cm 钢筋混凝土行车道板通过。
4.采空区位于隧道底板以下
采空区位于隧道底板以下，未在隧道断面内出露，但距隧道底部较近时，在这种条件下，采空区上部岩体包括隧道在内仍有继续下沉的可能，为了确保隧道的稳定，需对隧道以下一定范围内的采空区充填物进行注浆充填与加固，使之达到一定强度，从而保证隧道衬砌结构安全，下采空区治理采用在隧道内注浆加固。注浆加固范围应保证隧道左右边墙以外各有5 m 宽的围护带，并以70°移动角向下扩散形成隧底以下保护加固带。
注浆孔的布设分为边缘孔和中间孔两类。边缘孔布置在注浆区段的四周，共设2 排，其纵向间距为2 m，排距为2 m，外排为1 序孔，内排为2 序孔，相互交错布置。中间孔布置在注浆区段的中间部位，共设5 排，其纵向间距为3 m，排距为1 m，分为1，2 序孔，呈梅花型布置。钻孔时钻孔必须抵达采空区底板以下至少0.5 m，以便确定钻孔是否穿入采空区，注浆孔开孔直径为110 mm，终孔直径不得小于75 mm，钻孔倾角随布孔位置和采空区埋深的变化而变化，但必须保证采空区底板处的钻孔间距不得大于3 m。
考虑注浆材料的耐久性，加固区中间孔应选用纯水泥浆，但为了防止串浆，边缘孔选用有速凝性能的水泥——水玻璃双液浆。注浆顺序应首先施作边缘1 序孔，再交错施作2 序孔，以便迅速封闭隧道采空区四周，防止后续孔注浆时漏浆和串浆。在边缘1，2 序孔注浆后约1～2 d 后方可钻孔灌注中间孔，中间I 序孔灌注纯水泥浆，1 序孔注完后施作2序孔，2 序孔内灌注超细纯水泥浆。
为了防止采空区回填料在钻孔中坍塌，应利用注浆花管注浆，另外在采空区顶板内设置止浆塞，采用后退式注浆，主要灌注采空区段。注浆前应对各孔段进行洗孔，并对部分中间孔作分段压水试验，以便作检查孔时对比，洗孔压力及压水试验压力为注浆压力的70 %。设计注浆压力为0.4～1 MPa，首次注浆压力适当减小，次轮注浆压力适当加大，边缘孔注浆压力应适当减少，中间孔注浆压力适当增大。固结注浆在规定的注浆压力下注浆孔（段）注入率不大于1.0 L/min，再持续注入10 min 即可结束。全孔注浆结束后，应排除孔内稀浆，换填1:1水泥砂浆(W/C = 0.5)将全孔封堵密实并将孔口抹平。在注浆施工完成7 d 后，对采空区布设的检查孔必须进行注浆质量检查。
结 语
采空区会对隧道结构的稳定性产生不良影响，易引起病害，因此在选线时，应尽量使隧道避开煤层采空区。在勘测、设计中必须对隧道的工程地质条件、采空区的具体位置进行全面的勘察和了解，根据采空区和隧道的不同相对位置而采取可靠、稳妥而有力的处治措施。由于采空区部位的岩体结构已经遭到破坏，无论采用那种治理方案，都很难完全恢复其原有的结构强度，因此，在采空区地段隧道开挖支护过程中，应充分考虑这些因素，采取必要的工程措施，以保证隧道施工的安全。
参考文献
[ 1] 孫忠弟，高等级公路下伏空洞勘探、危害程度评价及处治研究报告集 [M ] 北京: 科学出版社 2000.
[ 2] 张志沛，王红，注浆法在公路下伏煤矿采空区治理工程中的应用研究 [ J] 煤田地质与勘察 2003, 31( 6) .
[ 3] 李治国，铁山隧道采空区稳定性分析及治理技术研究 [ J]岩石力学与工程学报 2002, 21( 8) .
[ 4] 胡杨，李海，张兴来，真武山隧道穿越大型采空区的设计施工技术 [ J] 公路交通技术 2002, ( 4) .