彝 隧豢 高速公路下伏采空区注浆投沙治理工艺 肖 均 ，向 龙 ，陈寿根 （１．榆神高速公路有限公司，陕西榆林７１９０００；２．西南交通大学，ｌ￣１）ＩＩ成都６１００３１） 【摘要】 采空区的治理方法一般以注浆充填处理为佳，而榆神高速公路下伏采空区由于治理范围大， 治理成本高，同时榆神高速公路沿线存在大量的风积沙，因此在注浆充填的基础上如何利用大量廉价的风积 沙成为充填的技术核心。在随着现场投沙试验的可行性验证和现场施工工艺的不断改进，逐渐形成一种适 合于榆神高速公路采空区治理的新的工艺——注浆投沙工艺。 【关键词】采空区；治理；注浆授沙 Ｉ中图分类号】Ｕ４１６．１ ６１ 【文献标识码】Ｂ ｌ工程概况 续表１ 采空区规模 陕西省省道２０４榆林至神木高速公路下伏采空区，经过 工程名称 治理方法 材料选择 采深（ｍ） 采厚（ｍ） 勘探，现场勘探资料…表明５个煤矿对路线有影响，分别是 包西高速 ２０～３０ ０．７～１．５ 注浆填充 水浆液 泥黄土 东风煤矿、讨老乌素煤矿、瑶渠煤矿、枣稍沟煤矿和前阳湾煤 矿采空区。目前只对讨老乌素、瑶渠煤矿和枣稍沟煤矿采空 洞内干砌 水泥粘土浆 区进行治理。 石太公路 ６ｏ～ｌ４０ ４～８ 或浆砌片 石讨老乌素治理标段（Ｋ６１＋５７０一Ｋ６２＋２６５）工程全长约 ，注浆 煤灰浆液 液，水泥粉 ６９５ ｍ，宽１４０ ｍ，沿公路轴线共布置帷幕孑Ｌ和注浆孔２５９个， 填充 注浆成孔１０ ０９３．４４ ｍ，注浆量为１５６ ２６２．５３ ｍ 。瑶渠煤矿 阜高速 河北保 ２５～４８ ３．８ 注浆填充 水泥粉煤灰 浆液 治理标段（Ｋ６２＋２６５～Ｋ６２＋７４５）工程全长约４８０ ｒｌｌ，宽１４８ ｍ，沿公路轴线共布置帷幕孔和注浆孔总共为２３４个，注浆成 京福高速 ３３—８９ １．０～２．０ 注浆填充 水泥粉煤灰 浆液 孔１２ ５７６．４５ ｍ，注浆量为１３１ ９９７．４３ ｍ 。枣稍沟煤矿治理 禹登高速 注浆填充 水泥粉煤灰 标段（Ｋ６１＋５７０～Ｋ６２＋２６５）工程全长约１ ４２０ ｍ，宽１５４ ｍ， 浆液 沿公路轴线共布置帷幕孔和注浆孔总共为６７８个，注浆成孔 郑州一少 林寺高速 ５～７ 注浆填充 水泥粉煤灰 ５３ ６９３．１ ｉｎ，注浆量为３５６ ４０１．５８ ｍ 。 浆液 注浆孔沿公路轴线按排布设，排距２０ ｍ，沿公路横向上 注浆投沙 水泥粉煤灰 每排孔距２０ ｍ，沿构造物每个基础设计部位分别布设一个注 榆神高速 ３．２ 充填 浆液＋风 浆孔；位于公路轴线两侧和沿横向最边缘两排帷幕孔之问的 积沙 孔问距为１５ ｍ。沿构造物外围呈封闭状间隔１５ ｍ布设帷幕 ３注浆投沙工艺 孑Ｌ，孔距１５ ｍ。总体呈梅花型布置。 注浆投沙充填工艺属于新工艺，在技术方面还很不成 ２常用的治理技术 熟。因此，在施工现场进行了投沙可行性试验，其试验结果 国内目前已处理公路下伏采空区治理 情况见表ｌ， 是成功的。随着施工的不断进行，注浆投沙工艺日渐成熟， 表明公路下伏采空区的治理主要以注浆充填法为主，注浆材 其注浆投沙工艺总流程图如图１。从图中虚线可以看出注浆 料以水泥粉煤灰为主。也有人提出改变路基路面结构，采用 投沙工艺主要分为钻孔、制浆和注浆投沙三大部分。本文主 新型路面材料的方法，如在基底层下加铺一层土工织物，沥 要对注浆投沙新＿丁艺进行探讨，对以后类似工程具有一定指 青中应用ＢＳＢ技术 ’『． 等。 导作用。 表１ 国内公路下伏采空区治理情况一览表 ３．１钻孔 采空区规模 钻孔首先要按照设计孔位对注浆孔进行定点，然后进行 工程名称 采治理方法 材料选择 深（ｍ） 采厚（ｍ） 钻孔。 晋一焦高速 ２０一ｌ００ ２．Ｏ～６．Ｏ 注浆填充 水泥粉煤灰 浆液 ［收稿日期］２００９—１１—２０ 乌奎高速 ３Ｏ～５Ｏ ０．７～３．０ 注浆填充 浆液 水泥黄土 ［作者简介］肖均（１９７０～），男，本科，高级工程师，现从 事高速公路项目建设技术管理工作。 １７０ 四川建筑第３０卷５期２０１０．１０ ：● Ｉ注浆管道的布置Ｉｌ浇筑压浆铡 ●…’一～ ’…………ｌ ３．３注浆投砂 注浆投沙工艺主要分为注浆管道的布置、安装投沙器、 注浆投沙、浇筑压浆管及压浆和终孑Ｌ等几个流程。 ３．３．１注浆管道的布置 嚣 二级搅拌池搅拌好的浆液将直接用泵压到各个注浆孔， 注浆孔口与二级搅拌池将通过钢管连接。钢管的长度一般 Ｉ坐Ｈ图１ Ｉ垫查堑丝Ｉ 为６ ｉｎ，钢管与钢管之间用接头连接，钢管主线贯穿整个需处 理的公路沿线。钢管接头的作用有两点，一是起到连接管线 的作用；二是当接头附近有注浆孔需要注浆时，打开接头连 接一只支流钢管以便注浆。 注浆投沙工艺流程 （１）定点。钻孔应使用经纬仪或全站仪等测量仪器按 照设计孑Ｌ位进行实地放样，钻孔实际位置原则上不应超过设 计位置１．０ ｍ。如因地形影响，钻孔不能放置在设计位置时， 可视具体情况予以调整。 （２）钻孔。钻机定位以后，采用＋１４６ ｍｍ复合钻头开 孔，下护壁管维护孔壁，钻至稳定基岩３—５ Ｉｎ处下西１３０ ｍｍ 套管，钻杆与钻杆之间用丝扣联接，下部钻探口径变径为 ８９ ｍｍ，继续钻至采空区中的塌陷冒落带或采空区顶板结 放 束钻孑Ｌ。因土层上覆层一般为细沙、黏土或粉质黏土，其结 构自稳性较差，同时随着孔深的增加，侧向压力逐渐增大，所 以护壁管应随钻杆节节安装，防止钻孔塌陷。 在钻孔过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记 录其深度、层位和耗水量。同时应根据其各种现象判别冒落 带、裂隙带等。 ３．２制浆 通 图２注浆站平面布置 制浆主要在制浆站完成，制浆站平面分布图见图２与图 ３，制浆站主要分为注浆管道、材料场、一级搅拌池、二级搅拌 池、蓄水池、注浆泵等。 （１）料场。堆放材料的场地要平整，运料车辆能正常通 通向注 浆孔 行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输搬运。原材料（水泥）库 要求设有防潮、防雨措施，施工现场通过对地面进行处理进 图３一级搅拌池到二级搅拌池剖面 行防潮和修建板房对水泥库进行防雨。 （２）浆液的材料。浆液的材料主要由水、水泥、粉煤灰、 速凝剂及粗骨料（风积沙）等组成。水：水泥粉煤灰配合比 为Ｉ：１～Ｉ：１．２。水泥粉煤灰配合比：帷幕孔为４：６，注 浆孔为２：８。风积沙占总浆量的５０％。 （３）搅拌池。搅拌池均为圆柱形，一级搅拌池的直径为 １．６ｍ，高１．７ ｉｒｌ，每次搅拌的高度为１ ｉｎ左右。搅拌池分为 一３．３．２安装投沙器 ． 在钻孔安装好护壁导管后，进行洗孔，然后就进行安装 投沙器，将投沙器插在护壁导管上，就形成了注浆投沙器。 投沙器上部口径经过改进为１１０ ｍｍ，这样风积沙在自落情 况下可以顺利进入投沙器；而投沙器下部口径为７６ ｍｍ，比 注浆孑Ｌ基岩下部孔径８９ ｍｍ小，主要作用是防止基岩下注浆 孑Ｌ堵管。 ３．３．３注浆投沙 级搅拌池和二级搅拌池。原理为：一级搅拌池分为两部 分，一部分用于水和水泥的搅拌，另外一部分用于水和粉煤 灰的搅拌，然后一级搅拌池的浆液流人到二级搅拌再搅拌。 在一级搅拌过程中由于粉煤灰存在杂质多、颗粒大（粒径 ０．５～３ ｃｍ含量约为３０％，最大粒径达３０ ｃｌｎ以上）达不到设 安装好投沙器后，然后就准备投沙。先把注浆管与注浆 口连接好，钢管与注浆管口之间采用高压钢丝管进行连接， 然后通浆，再用铲车将风积沙堆积在投沙口上方进行人工投 沙。当铲车把风积沙堆积在投沙口上方时，风积沙因自重将 计要求。针对以上问题，采取了两方面措施：①利用铲车压 碎较大粉煤灰块；②利用ＬＳＹ一２００螺旋输送机进行送料，螺 旋输送机漏斗上方有一金属格栅，可使较大颗粒粉煤灰不能 进人搅拌池。 会自落到注浆孔中，在上方会形成一漏斗口，当风积沙不再 自落的时候，人工将风积沙铲到投沙口进行投沙。 在投沙过程中，有如下要求： （１）严禁较大石块进入投沙器以及在未注浆情况下进行 投沙； （４）蓄水池。制浆站应根据施工注浆总量的需求，建立 数个蓄水池，以保证正常施工，蓄水池建筑规模及要求视工 地具体情况而定。 （２）用铲车把风积沙直接堆在孔口上方，方便人工投沙， 减少人工劳动量； 四川建筑第３０卷５期２０１０．１０ １７１ （３）当铲车将风积沙堆积到投沙口时，用一铁铲放在孔 ３．３．６数据分析 口处，当发现风积沙未自落时，此时孔口的铁铲在孔口进行 搅动，风积沙又将自落到注浆孔中； （４）采用间歇式注浆方法，注浆量和投沙总量一般达到 两百方左右的时候间歇一次，当停止注浆时要通清水进行洗 管，避免浆液在管内凝固； 通过讨老乌素煤矿采空区现场投沙注浆情况进行分析， 取其中８月１号到８月ｌ５号１５ ｄ的资料进行分析，得出最 高日投沙率达到１５０．４％，最低日投沙率为６１．６３％，平均投 沙率为９６．６％左右。结果表明，投沙率很高，远远超过设计 ５０％的要求。 （５）注浆投沙孔的顺序为先边界孔（形成帷幕）后中间 孑Ｌ。同时结合钻孔资料，从低水位孔到高水位孔进行注浆； （６）在投沙过程中，如果发生堵管现象，立即用一金属棒 ４结论 通过现场的注浆投沙试验和应用得出如下三点结论： （１）投沙率能达到总浆量的９６％左右，为采空区充填节约了 （长６ ｍ，直径１ ｃｍ）进行透孔。 ３．３．４浇筑压浆管及压浆 大量的成本；（２）投沙率达到设计的５０％以上是很容易的， 结合单孔注浆量设计要求和现场其他周边孑Ｌ注浆量的 说明了注浆投沙新工艺是相当成功的；（３）投沙量是人工控 结果，一般当浆液从孔口开始冒浆时作为投沙结束的标准。 制，投沙量是在一定范围内浮动，不能超过一定的极限值，由 当投沙结束后，取下投沙器，拔出护壁导管，下法兰盘，浇筑 于工期的因素加大了注入浆液的速度，导致了投沙率的 压浆管准备压浆。 降低。 （１）焊接法兰盘。压浆管为＋７６ ｍｍ的钢管，下端１ ｍ 左右处焊接＋１３０ ｍｍ法兰盘。法兰盘的作用主要有两点， 参考文献 一是法兰盘能卡在变径处；二是法兰盘能防止浆液上串。 （２）浇筑压浆管。将带有＋１３０ ｍｍ法兰盘的注浆管下 ［１］ 煤炭科学研究总院西安研究院．煤层采空区详细工程地质勘 察报告［Ｒ］．２００８ 入孔内变径处，孔内放人少量黄土，防止浆液大量渗透。然 ｆ２］ Ｃｈｅｎ Ｓ．Ｇ ａｎｄ Ｈｕａ Ｇ．（２００７）Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｂｅｄ ｓｅｐ— 后灌入水灰比为１：１．５的水泥砂浆，浇筑长度约为８ ｍ，水 ａｒａｔｉｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｇｒｏｕｔ ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｔｅｒｎａ— 泥砂浆液中加入水泥重量２％速凝剂。 ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｏｆｉｎｇ （３）压浆。压浆要等待周边的孑Ｌ都投沙完成后，才进行 ［３］余学义．高等级公路下伏采空区危害程度分析［Ｊ］．西安公路 压浆，这样可以防止压浆浆液跑到其他未投沙注浆的孔洞 交通大学学报，２０００，２０（４）：４３—４５ （采空区）中，避免压浆难以达标。 ［４］ Ｃｈｅｎ Ｙｏｕｑｉｎｇ（２０００）．Ａ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ 压浆管浇筑好后，一般要隔１—２ ｄ，等待浇筑的压浆管 ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｊｅｃｔｅｄ ｉｎｔｏ ｆｉｓｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｐａｃｅｓ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏ— 凝结较好后才准备开始压浆。在孔口上方安装有压力表，压 ｇｙ，５６（３／４）：３９５—４０１ 力表最大指数为１０ ＭＰａ。注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升 ［５］ 崔颖超，郭汉超，张晓春．禹登高速公路下伏采空区注浆治理 高，当注浆压力在１．２ ＭＰａ左右（根据埋深、空隙等实际情况 工程质量检测技术［Ｊ］．交通标准化，２００７（７） 压力可在１—３ ＭＰａ之间），同时泵量在７０～１００Ｌ／ｒｒｔｉｎ时，维 ［６］李凤玲．注浆工艺在禹登高速路下伏采空区中的应用［Ｊ］．中 国高新技术企业，２００７（８） 持时间在ｌ０～１５ ｍｉｎ，结束压浆。压浆结束要通清水进行洗 ［７］李满囤．太古公路采空区路桥稳定性分析及其治理方案［Ｊ］． 管，避免浆液在管内凝固。 重庆交通学院学报，２０００（９） ３．３．５终孔 ［８］ 东南大学交通学院，江苏省高速公路建设指挥部．京福高速公 为防止地表水随着注浆孔流人到采空区内，当压浆完成 路徐州绕公路西段煤矿采空区路段专题研究报告集［Ｒ］．南 后，拔出压浆管，对注浆孔用混凝土进行终孔。 京：东南大学，２００７ ３ ｅ‘ 、、 ～ 、、 ’ ｄ ， 、 ～ 。、 舟 ５ ｌ●＝ （上接第１１４页）主应力为７．８１～１３．８５ ＭＰａ，反映出隧道 力区，而隧址区内隧道穿越了坚硬的砂岩及灰岩地层，进出 深度增加应力值增大的趋势，应力场以水平应力为主。华蓥 口段夹有软质泥岩、页岩，隧道洞身段主要穿越Ｔ ｌ和Ｔ ｊ的 山隧道区最大埋深４９５ ｍ相比我国其它地区同深度实测应 灰岩及钙质泥岩，局部夹页岩地层，各方案最大埋深为４９５ 力值属较高应力。 ｍ，已具备了岩爆发生的埋深条件及软岩大变形的埋深条 ３．５．２岩爆 件，故开挖过程有可能发生岩爆和软岩大变形现象，建议最 根据测区地应力场环境，结合隧道埋深、岩石饱和抗压 终根据钻探结果及岩石物理力学性质、地应力测试结果进行 强度、最大水平主应力、应力比，以及围岩性质等判据标准对 计算确定。 隧道岩石发生岩爆可能性进行评判，隧址区处于较高构造应 １７２ 四ＪＩ｛建筑第３０卷５期２０１０．１０