公路橋梁下伏采空區(qū)處治施工技術(shù)研究

陳斌，胡達(dá)亨，王思琪

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 400000）

1 引言

山西省國道307、207 線陽泉市繞城改線工程蘇村河特大橋路線范圍內(nèi)小窯、興裕煤業(yè)煤礦采用長壁式機(jī)械化綜合開采，全部垮落法管理頂板，根據(jù)JTG/T D31-03—2011《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》中相關(guān)規(guī)定評價(jià)上述采空區(qū)，屬于不穩(wěn)定場地，對在建公路的影響程度為中等，需對橋梁下伏采空區(qū)全處理。

2 采空區(qū)處治施工安排

2.1 采空區(qū)處治的施工方法及范圍確定

采空區(qū)埋深超過180 m，采用地表全充填壓力注漿法。處治長度為橋梁下全采空區(qū)范圍，處治寬度為路線中線往兩側(cè)各80 m。

2.2 采空區(qū)處治的參數(shù)

1）圍護(hù)帶寬（B）：29 m。

2）注漿材料：材料選用水泥及粉煤灰。

3）漿液配比：水固比1∶1～1∶1.3，水泥、粉煤灰固相比3∶7。

4）注漿壓力：終孔壓力2.0～3.0 MPa。

5）漿液充填率：95%。

6）漿液結(jié)石率：90%。

2.3 采空區(qū)處治的布置

采空區(qū)處治首先施工帷幕孔，然后施工采空區(qū)底板標(biāo)高較低位置及存在構(gòu)造物位置的注漿孔，之后沿采空區(qū)傾斜方向由低向高、由邊部向中心依次處治。

3 采空區(qū)處治的場站建設(shè)

3.1 制漿站建設(shè)

新建大型水泥漿液攪拌站，利用散裝水泥及粉煤灰，采用攪拌設(shè)備進(jìn)行漿液的集中拌和，供應(yīng)整個采空區(qū)注漿處理。少量區(qū)域輸漿管道難以到達(dá)的位置，建立二級攪拌池作為長距離漿液輸送的中轉(zhuǎn)站，其采用小型拌和設(shè)備拌制漿液。

3.2 現(xiàn)場管道

采用BW-250 注漿泵，作為漿液輸送的動力源，其額定排漿量≥200 L/min，注漿泵額定壓力大于注漿量設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。利用直徑為50 mm 的鋼管作為主干管道，直徑為50mm 鋼絲編制液壓支架軟管作為附屬管道，作為漿液輸送的主要途徑。

3.3 注漿系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)由料場、攪拌池（機(jī)）、供水系統(tǒng)、注漿泵、壓力表、注漿管道等組成。

3.4 蓄水池

蓄水池以能滿足漿液攪拌站用水及鉆探用水儲備能力為基準(zhǔn)。按每日注漿600 m3計(jì)算，每日需用水414 m3，新建蓄水量約為120 m3的蓄水池，水泵循環(huán)抽水使用。蓄水池的修筑以機(jī)械挖掘?yàn)橹?，人工修整為輔，池壁采用磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為500 mm 厚3∶7 灰土，分2 次夯實(shí)。上部做150 mm 厚C20 鋼筋混凝土墊層。周邊為240 mm 厚磚砌結(jié)構(gòu)。蓄水池周邊設(shè)立圍欄并設(shè)置安全警示牌及警示標(biāo)志。

3.5 攪拌池

漿液攪拌站位置選擇時(shí)要考慮到材料運(yùn)輸及堆放是否便利、距注漿作業(yè)區(qū)距離以及地形條件等問題。為滿足正常施工需求，攪拌池場地整體規(guī)劃為寬10 m、長27 m。設(shè)置2 個深2 m、直徑2.5 m 的一級攪拌池，1 個深1.8 m、直徑3.5 m 的橢圓形二級攪拌池，采用二對一的模式出漿。一級攪拌池為圓柱體，二級為橢圓體，中間設(shè)置攪拌機(jī)，以保證攪拌后漿液均勻。如圖1 和圖2 所示。施工方法采用人工挖掘修整，池壁為磚混結(jié)構(gòu)，池口加蓋板，周邊設(shè)立圍欄并設(shè)置安全警示牌及警示標(biāo)志。

圖1 注漿系統(tǒng)平面布置示意圖

圖2 注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 采空區(qū)處治施工技術(shù)

4.1 鉆孔

4.1.1 鉆孔

1）每段沿橋軸線兩側(cè)80 m 范圍最外一圈為帷幕孔，孔距15 m，內(nèi)部為注漿孔，孔距縱向20 m，橫向15 m。

2）鉆機(jī)安裝必須平整穩(wěn)定，鉆進(jìn)時(shí)采用一定的導(dǎo)向措施防止鉆孔偏斜。本工程根據(jù)地層情況采用復(fù)合片鉆頭，采用泥漿護(hù)壁水鉆成孔。成孔過程中應(yīng)對瓦斯氣體進(jìn)行檢測，并采取相應(yīng)防護(hù)措施。

3）成孔工藝。鉆孔采用XY-2 回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，用φ127 mm 鉆頭開孔，鉆進(jìn)至基巖面下6 m 后，下入直徑114 mm 套管護(hù)壁，將配制好的1∶2 加水玻璃的水泥漿導(dǎo)入孔底，待水泥凝結(jié)后變徑為91 mm 掃孔至孔底，再改用直徑89 mm 鉆頭，鉆至煤層采空區(qū)中的塌陷冒落帶或煤層底板以下1 m 終孔。

4.1.2 取芯孔巖芯

1）采空區(qū)冒落帶部位巖芯采取率≥30%，其他部位巖芯采取率≥60%。

2）取芯時(shí)每2 m 一個回次，防止卡鉆。對取出的巖芯進(jìn)行檢查，分析并記錄巖石變化情況，查看其巖芯取芯率。本工程最終巖芯采取率在60%～80%。

4.2 注漿

4.2.1 注漿

1）帷幕孔注漿

針對個別帷幕孔注漿量較大的情況，可采用灌低壓稠漿小泵量多間歇注漿，以控制注漿量，達(dá)到預(yù)期的注漿效果，并防止?jié){液過量流失到非注漿部位或地段[1]。

2）注漿孔注漿

（1）注漿采用漿液濃度先稀后稠，注漿過程中定時(shí)觀測注漿泵的吸漿量和泵壓，及時(shí)調(diào)整注漿量和漿液濃度。（2）注漿過程中漿液大量流失至地表時(shí)，可采用間歇式注漿，或減小泵量并采取地表充填裂隙方式處理。

4.2.2 單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1）采空區(qū)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在達(dá)到規(guī)定壓力標(biāo)準(zhǔn)，單位吸漿量小于或等于70 L/min，注漿壓力在2～3 MPa，并穩(wěn)定15 min以上時(shí)，可結(jié)束該孔注漿施工。

2）當(dāng)漿液的注入量超過處治單孔平均注漿量的5%時(shí)，應(yīng)查明原因，并進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

3）在注漿過程中孔口壓力不小于0.3 MPa，若出現(xiàn)漿液大量流失至地表裂隙，即可暫停注漿作業(yè)。之后一般間歇12 h，再進(jìn)行最少3 次以上補(bǔ)充注漿，仍流失漿液即可結(jié)束該孔注漿作業(yè)。

5 采空區(qū)處治效果

5.1 測試方法

根據(jù)JTG/TD 31-03—2011《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)及施工技術(shù)細(xì)則》，應(yīng)進(jìn)行剪切波速檢測。由于檢測的鉆孔深度大，若采用常規(guī)叩板法，則深部信號難以識別，容易造成誤判，因此，對同一地點(diǎn)的地層波速值，采用縱波進(jìn)行波速值轉(zhuǎn)換，間接檢測剪切波波速。

首先，鉆孔采用SWS-6 地震儀及配套的井中三分量探頭，進(jìn)行地層剪切波速檢測。對同一鉆孔，采用SY-7 自動循測儀及孔內(nèi)一發(fā)雙收波速測試探頭進(jìn)行縱波波速檢測，檢測點(diǎn)頻率為1 點(diǎn)/m。通過采集大量地層波速值，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，獲得聲波和剪切波的關(guān)系模型。最后對孔內(nèi)縱波波速值進(jìn)行橫波波速轉(zhuǎn)換[2]。

縱波波速測試數(shù)據(jù)主要通過識別首波位置，計(jì)算時(shí)間差，求取波速。運(yùn)用波速轉(zhuǎn)換模型，將縱波波速值轉(zhuǎn)換為剪切波波速值。根據(jù)要求，采空區(qū)處治后，孔內(nèi)波速測井值Vse＞350 m/s。

5.2 處治效果

通過數(shù)據(jù)分析對比，檢測采空區(qū)處治后鉆孔孔內(nèi)波速值均大于350 m/s，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

1）地表全充填壓力注漿法能夠較好地固結(jié)由基巖變形引起的裂縫和空隙，同時(shí)充填局部地段小窯采空造成的空洞。通過漿液的滲透力將巖體結(jié)構(gòu)面黏結(jié)，提高巖體完整性，提升了路基的整體性和穩(wěn)定性，確保工程安全建設(shè)及運(yùn)營。

2）本工程實(shí)踐表明，通過地表全充填壓力注漿法提高了施工效率，保證了進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，并可顯著提升工程安全及質(zhì)量。