太原西山隧道豎井采空區處治

劉喜春

(山西省交通規劃勘察設計院，山西太原 030012)

1 工程概況

太原至古交高速公路起點位于太原西北環高速公路東社樞紐，經太原市萬柏林區化客頭鄉、王封鄉、古交市大南坪鄉，到達終點古交市河口鎮。本項目共有兩座隧道，其中太原西山隧道全長13 680 m，為特長隧道。隧道長度位居亞洲第二長、山西第一長。該隧道是目前我國第一座由公路行業設計單位設計完成的最長公路隧道。本隧道考慮到隧道長度、施工期限、隧道通風、逃生救災等情況，共設2座豎井和2座斜井，其中1號豎井位于隧道左線左側45 m處，井深365 m，內輪廓7.9 m，地質圍巖為Ⅲ級～Ⅳ級。

2 地質概況

太原西山隧道位于呂梁山脈東翼的石千峰山北麓，地貌特征屬中低山區，地形復雜、山勢陡峻，海拔高程介于888 m～1 385 m，相對高差497 m。地質條件復雜，隧址區山梁、山坡被第四系黃土覆蓋，溝谷基巖裸露，隧道圍巖以奧陶系中統上馬家溝組中～厚層狀石灰巖為主，產狀平緩，傾角較小，斷層、巖溶、采空區、煤層、瓦斯、涌水等不良地質共存。煤礦采空區主要分布在K4+600～K7+400段，對主洞無影響，1號斜井和1號豎井均穿越采空區，煤層為石炭系太原組(Ct3)8號、9號煤層，煤層厚2.4 m～3.6 m，為低瓦斯工區。隧道1號豎井穿越煤礦采空區埋深102 m，采厚2.3 m，采深采厚比44，一次采全高，回采率25%。豎井范圍8號煤層采空區底板標高1 165 m～1 190 m。采空區有積水。采空區頂板巖性為厚層狀石灰巖，底板為薄層泥巖。從采掘工程平面圖上計算煤層產狀為225°∠9°。

3 采空區處治

豎井采空區小窯采空區，回采率低，充水，采空區具有隱蔽性和復雜性，其變形特點具有持續性和突發性。處治除加固豎井圍巖、阻隔采空區積水與豎井范圍的水力聯系外，考慮到漿液的凝固時間和工期因素，豎井范圍采用純水泥漿加2%～4%的速凝劑進行注漿充填處治。

采空區處治采用水泥與粉煤灰的重量比為2∶8的配比進行處治。采空區經處治后，采空區殘余空洞和松散冒落物巖體得到充填和有效的加固，提高隧道圍巖基本質量指標。同時，通過注漿，在豎井一定范圍形成環形柱狀水泥漿液結石體，隔斷采空區積水涌入，有利于安全，便于施工。

3.1 處治標準

采空區注漿壓力及充填率等采用如下參數:

1)注漿壓力:豎井采空區處治終孔壓力為 2.0 MPa～3.0 MPa。2)充填率:充填率為90%。3)結束時吸漿量:小于50 L/min，持續時間為10 min～15 min。4)漿液結石體強度:豎井采空區處治結石體無側限抗壓強度大于5 MPa。5)漿液中速凝劑用量不超過水泥重量的4%。6)漿液配比宜采用由稀到濃的次序，逐級采用水灰比1∶1.0～1∶1.8。

3.2 注漿孔設計

1號豎井采空區以豎井中心為圓心，半徑15 m范圍進行灌漿處治。環形布設，孔距10 m。采空區注漿孔的設計深度為地表至采空區底板以下1.0 m。孔口管采用φ=50 mm鋼管。豎井考慮采空區充填加固為冒落帶松散巖體，注漿管長度為地表至中～微風化的較厚灰巖，每百米孔斜不超過2°。

3.3 注漿材料及其質量要求

水泥為符合國家標準的32.5號普通硅酸鹽水泥，粉煤灰需符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰國家Ⅲ級標準。速凝劑可選用水玻璃等。

3.4 漿液配合比

1號豎井采空區注漿采用純水泥漿，漿液水固比根據現場試驗確定。施工時視水泥漿的凝結情況，在漿液中摻速凝劑，含量為水泥重量的3%左右。

4 豎井結構設計

在采空區治理并達到設計強度要求的80%后，進行隧道豎井施工，并采用超前小導管和中空注漿錨桿進行補充注漿。預留變形量為10 cm～13 cm。采空區地段襯砌采用全封閉式瓦斯段襯砌，向不含采空區段延伸10 m～20 m。噴射混凝土和二次襯砌混凝土中須摻NF-B抗透氣型防水劑，提高混凝土的密實性和抗滲性，以防瓦斯溢出。噴射混凝土的透氣系數小于10-10cm/s。模筑混凝土透氣系數小于10-11cm/s。水泥采用硅酸鹽水泥;砂不得采用細砂，細度模數Mx≥2.7，含泥量不大于1%;石子最大粒徑不大于40 mm，含泥量不大于1%，針片狀顆粒含量不大于15%。防水板全環向鋪設，施工縫處全環向設置膨脹型橡膠止水帶。要求施工時必須做好瓦斯的探測工作，制定好瓦斯的稀釋措施、防爆措施、緊急救援措施等。

5 工程實踐情況

在豎井采空區處治后，設計強度達到設計要求后，開始對豎井進行開挖等施工。在豎井達到采空區頂部標高前20時，進行超前鉆孔探測，發現無突涌水可能后，繼續對豎井進行開挖和襯砌作業。當達到豎井采空區標高時，進行了超前小導管注漿，注漿采用φ42超前小導管，在進入采空區標高范圍時，局部有少量出水，又進行了環向小導管注漿。處治后，采用波紋管對較小出水點進行引排處理。到目前為止，該工程無不良現象發生。通過工程實踐表明，本文所述采空區治理方案是合理可行的。

6 結語

采空區會對工程產生不良影響，因此，選線時應盡量避免通過采空區。在勘測、設計中應對采空區的具體情況進行全面的勘察，根據采空區和隧道的相對關系采取可靠而有效的處治措施。我們應總結出適用于公路隧道的采空區處治方法及標準，并把其中成熟的經驗納入規范，以便指導今后公路隧道的施工;并逐步完善和提高隧道采空區的設計、施工技術水平，為保證結構的長期穩定安全提供保障。

［1］ JTG B01-2003，公路工程技術標準［S］.

［2］ JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.