高鐵車站小煤窯采空洞穴處理技術

張達

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，石家莊 050081）

0 引言

安九鐵路是我國“八縱八橫”高速鐵路網絡中重要組成部分，新安慶西站是京港高鐵安九段上重要樞紐車站，站房建設面積為40000m2，設3 臺7 線，預留3 臺7 線站場，車站范圍內地下存在小煤窯采空洞穴。目前國內處理小煤窯采空洞穴行之有效的方法主要為注漿法、開挖回填、橋跨法等，針對新安慶西站小煤窯采空洞穴主要以“探灌結合、邊探邊灌”動態施工的原則處理，本文主要針對采空洞穴注漿法施工技術進行研究。

1 工程概況

安九鐵路安徽段新安慶西站位于安徽省安慶市懷寧縣，全長2.98km，位于低丘崗地區，地形相對平緩，多已開辟為耕地及林地。工點范圍內地質及地層巖型主要為粉質黏土、全風化砂巖、全風化粉砂巖，不良地質為人為坑洞小煤窯采空洞穴（新安慶西站采空洞穴分布圖見圖1）。小煤窯采空洞穴為采煤所致，煤層多而小，且開采率不一，受構造影響煤層多層重疊交錯且不連續分布，導致小煤窯開采洞穴域呈雞窩狀分布、分片集中，最大開采深度為30m，洞高0.3-2.4m 不等（詳見圖2 采空洞穴分布斷面圖），多為空洞，部分有充填。

圖1 采空洞穴分布平面示意圖

圖2 采空洞穴分布斷面圖

由于小煤窯開采洞穴域多為空洞，改變了原有的地應力平衡，從而引起上層基巖或土層的變形，隨著地下水作用及時間推移，導致變形嚴重，從而塌陷；煤層重疊交錯，分布集中，無規律可研，地表變形無規律，可能存在不連續的劇烈變形；對車站、站臺沉降，路基失穩、塌陷，線路變形造成巨大隱患，危及行車安全，須對采空洞穴徹底處理。

2 處理措施

①根據采空洞穴的位置、頂板厚度、洞穴形狀、走向、大小和洞穴填充物及其密實程度、地下水等情況，采用“探灌結合”方式進行注漿?！疤健笔遣捎镁毼锾?鉆探的模式，先對整個段落采用物探法精細探查，查明采空洞穴的分布狀態及趨勢，再采用鉆探準確查明坑洞的洞涇、充填情況及延伸長度。

②車站正線、站線、場坪范圍內地下采空洞穴采用注漿加固。整治寬度：路塹整治至塹頂截水溝外2m，路堤整治至路堤底面以下45°擴散角且不小于路堤坡腳外5m。

③注漿孔位布置原則：間距5m，正方形布置，適當加密已發生坍塌、密布的洞穴、車站喉區、有支擋結構等部位。

④鉆孔原則：開孔孔徑不得小于110mm，終孔孔徑不得小于91mm。

⑤注漿原則：水泥為P0.42.5 級普通硅酸鹽水泥，注漿以純水泥漿為主的單液注漿材料，單液漿配比為（水泥∶水）0.6∶1～1∶1；雙液漿配比為（水泥漿∶水玻璃）1∶0.5～1∶1，水玻璃濃度36-43°Be，水玻璃模數2.4～3.4。注漿壓力為0.2～0.4MPa，終注壓力0.3～0.5MPa（孔口壓力表讀數）。注漿完成后立即用水泥砂漿一次性封閉，并保證封閉質量。

⑥對空坑道或半填充坑道，在注漿前先用砂或碎石進行高壓充填，注漿漏液嚴重時需摻入適量粉煤灰，摻量為20%-50%。

3 小煤窯采空洞穴施工工藝

根據地質普查探測揭示確認段的地層、采空洞穴分部情況等綜合分析，提供實施性的先導探灌孔布置，采用先導探灌孔進行地質及采空洞穴精準探測、注漿以及對后序注漿孔的實施提供依據，采空洞穴注漿施工工藝流程見圖3。

①高精度瞬變電磁法探測。

按照10～25m 間距布置高精度瞬變電磁測線橫斷面，每條測線長度為100m（中線左右各延伸50m）、5m 點距進行普查，查明采空洞穴的異常分布范圍及各采空洞穴的走向及輪廓。

②測量放線。

先根據物探作業要求，測放物探剖線控制樁。根據普查結果繪制注漿鉆孔的詳細平面布置圖，由測量人員現場測設鉆孔位置，放樁、定位。

③開孔：采用巖芯管開孔鉆孔，鉆到設計要求的深度，按開孔和采樣的要求進行。開孔孔徑不得小于110mm，終孔孔徑不得小于91mm。

④下套管：下入110mm 套管，并嵌入基巖；確保套管露出地面0.2～0.5m。為確保注漿效果，采用75 號水泥砂漿對套管進行固結，并搗固密實。

⑤基巖鉆進：待75 號水泥砂漿初凝后，繼續施鉆?？變炔扇∏逅h鉆孔方式，終孔前用清水沖洗，直至返清。鉆進過程中需注意洞穴會有鉆具掉落的危險，需對洞穴的走向、大小、深度等進行測量，并做好詳細的記錄。

⑥終孔：根據要求鉆至設計孔深，現場對鉆孔時間、深度、鉆孔過程情況進行描述、記錄，采空洞穴鉆孔深度宜不小于采空穴底以下2.0m。然后進行洗孔作業并自檢，洗孔結束且監理工程師復檢完成后，將孔口蓋蓋好，做好注漿準備。

⑦壓水試驗：注漿前對鉆孔進行壓水實驗，利用水泵或水柱自重將清水壓入鉆孔試驗段（專門的止水設備隔離一定長度的鉆孔），根據壓入的水量和一定時間內施加壓力大小的關系，計算巖體的相對透水性和了解裂隙發育程度，記錄試驗數據并形成結果。試驗方法和試驗數據應滿足規范要求。

⑧注漿：依據圖紙和洞穴分布情況，做好漿料配比材料，對攪拌機、注漿泵等設備運行情況進行檢查。對管路和設備進行壓力測試，檢查管路和設備連接和密封是否符合壓力要求。攪拌漿液不應小于5min，且制成的漿液不超過4h 停留時間。

⑨注漿壓力轉換。

施工漿液水灰比分為三種（0.6∶1、0.8∶1、1∶1），注漿壓力為0.2～0.4MPa，終注壓力0.3～0.5MPa（均為孔口壓力表讀數）；注漿段在滿足0.4MPa 終注壓力下，持壓10min，吸漿量明顯下降，停止注漿。

施工時將注漿管下放到設計深度后再開始注漿，注漿時要做到先稀后濃。

1）先選用1:1 漿液水灰比注漿，為保證注漿效果，在此配合比條件下達到0.4MPa 的終注壓力條件時，持壓10min 且吸漿量明顯減少（吸漿率小于0.06m3/min），應停止注漿，作屏漿處理。

2）在選用1:1 漿液水灰比注漿條件下施工中探灌孔大多數注漿壓力未達到0.2MPa，吸漿率大于0.08m3/min，無法達到設計要求終注壓力0.4MPa，持壓10min 且吸漿量明顯減少（吸漿率小于0.06m3/min），改為選用水灰比0.8:1 的漿液；在此配合比條件下能達到0.4MPa 的終注壓力，持壓10min 且吸漿率小于0.06m3/min，應停止注漿，作屏漿處理。

3）在選用0.8:1 漿液水灰比注漿條件下施工中，探灌孔的注漿壓力未達到0.4MPa，持壓10min 且吸漿量明顯減少（吸漿率小于0.06m3/min），改為選用水灰比0.6:1 的漿液；在此配合比條件下能達到0.4MPa 終注壓力條件，持壓10min 且吸漿率小于0.06m3/min，應停止注漿，作屏漿處理。

4）注漿完畢，經質檢工程師檢驗合格后，通知監理工程師檢驗確認合格后，用水泥砂漿對注漿孔進行一次性封閉，并留有標記，以備檢查，其封孔必須保證質量，最后清場除污。

5）為減少超過鉆孔注漿有效范圍或整治區域，在設計范圍邊界處鉆孔注漿采用水泥-水玻璃雙液控制；注漿時水泥單液表面冒漿時，用雙液漿封堵；采空洞穴連通性較好，漿液滲流過深時，用雙液漿處理；在長時間注漿達不到注漿結束標準的情況下，用雙液注漿。

6）對空坑道或半填充坑道，在注漿前先用砂或碎石進行高壓充填，注漿漏液嚴重時需摻入適量粉煤灰，摻量在30%以下。

⑩注漿效果檢測。

1）壓水試驗。

在壓水試驗前測孔內水位穩定后，再進行孔內定量注水，觀察單位長度的吸水量變化幅度，在注漿后試驗單位長度的吸水量與注漿前的吸水量對比低于35%時，即可判定其達到注漿效果。

2）綜合物探檢測。

根據《鐵路工程物理勘探規程》相關要求，注漿完成后委托第三方檢測單位對注漿地基采用高密度電法檢測。根據采空洞穴高密度電法反演電阻率斷面圖，判斷注漿后地質體是否密實。

3）鉆芯取樣。

觀察芯樣的裂痕判定是否滿足注漿效果，芯樣留取照片。

4 施工重難點

①準確探測采空洞穴情況，確定坑洞位置、走向、數量、尺寸等。

②注漿時連續注漿不升壓、吸漿量不減少時，提高漿液濃度。

③采空洞穴注漿應按“先外后內、先邊緣后中心”順序注漿施工，同時堅持跳孔施鉆、跳孔注漿。

④注漿開始時孔口大量冒漿，一般為注漿套管固結質量不好造成，需重新作好注漿管固結。土層越薄注漿管越短，其重要性越突出。

⑤鉆孔受串漿影響注漿受阻時，必須清孔后再注漿。

⑥當地質條件簡單時，可一次性注漿；當地質條件復雜，注漿未達到技術要求時，需重復清孔，達到設計要求的結束標準方可停止注漿。

5 注意事項

①對探明的坑洞要逐個編號，再逐個處理銷號。

②采空洞穴如有泥水填充，需進行沖壓清理后再進行注漿。

③對探明的在影響范圍內及與影響范圍內有關聯的采空洞穴要一同處理到位。

④加強普查，對可能遺留的采空洞穴注漿問題進行整治。

⑤鉆孔記錄、注漿記錄等原始資料要完整、準確。

6 結語

本文通過小煤窯采空洞穴施工工藝、流程、技術措施進行闡述，通過對施工過程中“探灌結合、邊探邊灌”的工藝特點、工藝改進、質量控制、重難點等進行歸納總結，通過壓水試驗、綜合物探檢測、鉆芯取樣分析等手段，判定注漿效果。安慶西高鐵車站路基穩定，不存在不均勻沉降、失穩、塌陷等病害，為后期此類案例施工提供了重要的施工經驗，為保障高鐵開通運行提供了堅實基礎。