遼寧采空區(qū)調(diào)研報(bào)告

1、交通部公路工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂項(xiàng)目采空區(qū)公路設(shè)計(jì)指南調(diào)研報(bào)告之X遼寧省采空區(qū)勘察、治理設(shè)計(jì)及施工綜合技術(shù)調(diào)研報(bào)告報(bào)告編制單位： 報(bào)告編制時(shí)間： 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc205101215 1調(diào)研工作概況 PAGEREF _Toc205101215 h 2 HYPERLINK l _Toc205101216 2 調(diào)研內(nèi)容 PAGEREF _Toc205101216 h 3 HYPERLINK l _Toc205101217 2.1 采空區(qū)地質(zhì)背景 PAGEREF _Toc205101217 h 3 HYPERLINK l _Toc205101218

2、2.1.1 礦產(chǎn)資源類別 PAGEREF _Toc205101218 h 3 HYPERLINK l _Toc205101219 2.1.2 成礦年代及空間分布特征 PAGEREF _Toc205101219 h 3 HYPERLINK l _Toc205101220 2.1.3 地層巖性特點(diǎn) PAGEREF _Toc205101220 h 4 HYPERLINK l _Toc205101221 2.1.4 礦產(chǎn)資源開采歷史 PAGEREF _Toc205101221 h 4 HYPERLINK l _Toc205101222 2.1.5 采礦工藝概況 PAGEREF _Toc20510122

3、2 h 4 HYPERLINK l _Toc205101223 2.1.6 塌陷災(zāi)害發(fā)育歷史及危害程度 PAGEREF _Toc205101223 h 4 HYPERLINK l _Toc205101224 2.2 采空區(qū)公路現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101224 h 5 HYPERLINK l _Toc205101225 2.3 采空區(qū)勘察 PAGEREF _Toc205101225 h 5 HYPERLINK l _Toc205101226 勘察思路 PAGEREF _Toc205101226 h 5 HYPERLINK l _Toc205101227 2.3.2

4、技術(shù)方法及特點(diǎn) PAGEREF _Toc205101227 h 6 HYPERLINK l _Toc205101228 2.3.3 工程勘察效果評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101228 h 7 HYPERLINK l _Toc205101229 2.4 采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101229 h 7 HYPERLINK l _Toc205101230 定性評(píng)價(jià)方法 PAGEREF _Toc205101230 h 7 HYPERLINK l _Toc205101231 定量評(píng)價(jià)方法 PAGEREF _Toc205101231 h 8 HYPERLINK l _Toc

5、205101232 2.4.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)的取值及獲取方法 PAGEREF _Toc205101232 h 8 HYPERLINK l _Toc205101233 2.4.4 采用的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc205101233 h 8 HYPERLINK l _Toc205101234 2.4.4 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)使用效果評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101234 h 8 HYPERLINK l _Toc205101235 2.5 采空區(qū)公路設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc205101235 h 9 HYPERLINK l _Toc205101236 2.6 采空

6、區(qū)處治工程設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc205101236 h 9 HYPERLINK l _Toc205101237 2.6.1 采用的設(shè)計(jì)依據(jù) PAGEREF _Toc205101237 h 9 HYPERLINK l _Toc205101238 2.6.2 處治范圍（處治范圍的確定原則及依據(jù)） PAGEREF _Toc205101238 h 10 HYPERLINK l _Toc205101239 2.6.3 處治方案的選擇 PAGEREF _Toc205101239 h 10 HYPERLINK l _Toc205101240 2.6.4 處治工程設(shè)計(jì)概況 PAGEREF _Toc20

7、5101240 h 11 HYPERLINK l _Toc205101241 2.6.5 設(shè)計(jì)方案合理性評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101241 h 12 HYPERLINK l _Toc205101242 2.7 采空區(qū)處治施工 PAGEREF _Toc205101242 h 12 HYPERLINK l _Toc205101243 2.7.1 施工組織設(shè)計(jì)概況 PAGEREF _Toc205101243 h 12 HYPERLINK l _Toc205101244 2.7.2 施工機(jī)具選擇及設(shè)備型號(hào) PAGEREF _Toc205101244 h 16 HYPERLINK l _T

8、oc205101245 2.7.3 施工質(zhì)量控制參數(shù) PAGEREF _Toc205101245 h 17 HYPERLINK l _Toc205101246 2.7.4 施工效果評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101246 h 17 HYPERLINK l _Toc205101247 2.8 采空區(qū)監(jiān)測(cè)及處治效果檢測(cè) PAGEREF _Toc205101247 h 17 HYPERLINK l _Toc205101248 2.8.1 監(jiān)測(cè)、檢測(cè)工作概況 PAGEREF _Toc205101248 h 17 HYPERLINK l _Toc205101249 2.8.2 監(jiān)測(cè)儀器與方法 P

9、AGEREF _Toc205101249 h 18 HYPERLINK l _Toc205101250 2.8.3 質(zhì)量檢測(cè)測(cè)儀器與方法 PAGEREF _Toc205101250 h 18 HYPERLINK l _Toc205101251 2.8.4 監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方法實(shí)用性及成果可靠性評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc205101251 h 18 HYPERLINK l _Toc205101252 3 調(diào)研結(jié)論與建議 PAGEREF _Toc205101252 h 19 HYPERLINK l _Toc205101253 3.1 結(jié)論 PAGEREF _Toc205101253 h 19 HYP

10、ERLINK l _Toc205101254 3.2 建議 PAGEREF _Toc205101254 h 19 HYPERLINK l _Toc205101255 4附件（復(fù)印件） PAGEREF _Toc205101255 h 201調(diào)研工作概況根據(jù)采空區(qū)公路設(shè)計(jì)指南項(xiàng)目工作計(jì)劃，由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）慎乃齊、張文和吳海軍三人組成的東北調(diào)研組于2008年6月23日7月10日開展了遼寧省采空區(qū)公路建設(shè)情況調(diào)研，走訪了遼寧省交通勘察設(shè)計(jì)院，主要調(diào)研項(xiàng)目是錦州至阜新高速公路采空區(qū)路段的勘察、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及采空區(qū)處治設(shè)計(jì)等，并對(duì)采空區(qū)公路路基穩(wěn)定狀況及公路運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。具體工作安排及工作內(nèi)

11、容見表1。表1 調(diào)研日程安排表調(diào)研地點(diǎn)調(diào)研人調(diào)研時(shí)間調(diào)研內(nèi)容遼寧省慎乃齊張文吳海軍2008年6月23日-24日（北京-沈陽(yáng)）前期調(diào)研問題準(zhǔn)備2008年6月24日上午（沈陽(yáng)）與遼寧交通院負(fù)責(zé)人座談，了解采空區(qū)概況2008年6月24日下午（沈陽(yáng)）錦州-阜陽(yáng)高速公路采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研2008年6月25日上午（沈陽(yáng)）遼寧院資料收集及座談2008年6月25日下午（沈陽(yáng)）遼寧院資料收集及座談2008年6月25日-26日（沈陽(yáng)-北京）返回本次調(diào)研取得資料3份，即：（1）錦州至阜新高速公路煤礦采空區(qū)處治施工圖設(shè)計(jì)；（2）鐵嶺-朝洋高速公路采空區(qū)工程勘查報(bào)告；（3）朝陽(yáng)邊杖子煤礦繼續(xù)開采對(duì)公路穩(wěn)定影響分析報(bào)告。2

12、調(diào)研內(nèi)容2.1 采空區(qū)地質(zhì)背景 礦產(chǎn)資源類別遼寧省地質(zhì)成礦條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，種類齊全配套，區(qū)位條件好，全省礦產(chǎn)資源總量豐富，但人均占有量不足；中小礦床多、大型特大型礦床少，部分支柱性礦產(chǎn)(如鐵礦)貧礦和難選礦多，富礦少。截至2000年底遼寧省已發(fā)現(xiàn)礦藏115種，在遼寧省境內(nèi)共發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)資源110多種，全省有探明儲(chǔ)量并納入遼寧省礦產(chǎn)儲(chǔ)量表的礦產(chǎn)共70種；遼河油田是中國(guó)第三大油氣田，石油、天然氣儲(chǔ)量分別占中國(guó)的15%和10%；固體燃料礦產(chǎn)3種；非金屬礦產(chǎn)42種，礦產(chǎn)地668處，各類礦山企業(yè)6千余個(gè)，遼寧省礦產(chǎn)儲(chǔ)量潛在價(jià)值為1.06萬億元(不含石油、天然氣、煤成氣、鈾、地?zé)帷⒌叵滤?、礦泉水、

13、玉石和含鉀巖石等礦產(chǎn))。保有儲(chǔ)量在全國(guó)居首位的礦產(chǎn)有鐵礦，紅柱石，菱鎂礦、熔劑灰?guī)r、硼礦、金剛石、透閃石7種；居第二位的礦產(chǎn)有玉石、滑石、玻璃用石英巖；居第三位的礦產(chǎn)有油頁(yè)巖、飾面用輝長(zhǎng)巖、珍珠巖；居前五位的礦產(chǎn)還有石油、錳、冶金用石英巖、冶金用白云巖、冶金用砂巖、硅灰石、水泥配料頁(yè)巖、水泥肥料頁(yè)巖、水泥大理巖。此外，天然氣居全國(guó)的第七位，鉬礦、耐火鉆土、石煤居全國(guó)的第八位。與遼寧省交通勘察設(shè)計(jì)院座談了解到，本地公路建設(shè)遇到的大多是煤礦采區(qū)，而遇到金屬礦區(qū)的情況較少，因此煤礦采空區(qū)穩(wěn)定問題成為遼寧礦區(qū)公路建設(shè)中主要問題。 成礦年代及空間分布特征本次調(diào)研主要涉及錦州至阜新線高速公路采空區(qū)，即K4

14、9+070K49+420，K49+436K49+458路段（總長(zhǎng)372m）穿越錦州義縣聚糧屯鄉(xiāng)義縣煤礦采空區(qū)之上。該區(qū)侏羅系阜新組砂頁(yè)巖中分布有三層煤層，層厚 0.70.9m，產(chǎn)狀大體上一致，走向北東南西、傾向南東、傾角15o左右，埋深9100m不等。 地層巖性特點(diǎn)錦州至阜新線高速公路采空區(qū)地段屬低丘陵地帶，地勢(shì)起伏較大，相對(duì)高差達(dá)十幾米，地面凹凸不平，地貌單元復(fù)雜。該采空區(qū)上覆地層為侏羅系阜新組泥巖、砂巖，沙泥巖互層以及泥巖夾煤層，地表淺部為太古界片麻巖及中更新世亞粘士，谷地為素填土。阜新組砂頁(yè)巖巖性較軟弱，巖層產(chǎn)狀變化不大，走向北東南西、傾向南東、傾角1020o左右。片麻巖節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)

15、化成都不等，全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化巖芯呈碎屑狀碎塊狀，弱風(fēng)化巖芯呈碎石狀短柱狀。中更新世亞粘士含角礫、混粗砂顆粒，呈硬塑狀態(tài)。 礦產(chǎn)資源開采歷史錦阜線高速公路義縣煤礦的開采始于20世紀(jì)80年代初，于86年閉礦，后又經(jīng)個(gè)體礦主多次開采，屬于小煤窯無序開采，亂采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重，采空率達(dá)77%以上。 采礦工藝概況義縣煤礦為鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體小煤礦，開采規(guī)模較小，開采工藝簡(jiǎn)單，主要采用豎井采掘。豎井開采法可分為穿過礦體的豎井開采、下盤豎井開采和側(cè)翼豎井開采三種。義縣煤礦主要采用第一種方法。采空區(qū)中含有8 個(gè)豎井，深度不一。 塌陷災(zāi)害發(fā)育歷史及危害程度錦阜線高速公路采空區(qū)路段主要為侏羅系的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化泥巖、砂巖及泥

16、巖砂巖互層，煤層厚 0.70.9m，采空區(qū)埋深 9l00 m不等，自北向南以約 15 度的傾角傾斜，采空高度0.93.5m，局部因冒落而充填。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，但采空區(qū)頂板巖層的完整性較差，上覆巖層風(fēng)化較嚴(yán)重，多數(shù)已坍塌形成冒落帶。80年代以來，隨著采煤活動(dòng)的加劇，采空區(qū)上部房屋出現(xiàn)明顯的裂縫，公路K49+220 以北路段地面也有明顯的沉陷現(xiàn)象，采空沉陷對(duì)公路建設(shè)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，因此在錦阜線高速公路建設(shè)中對(duì)采空區(qū)路段進(jìn)行了處治加固。2.2 采空區(qū)公路現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)遼寧省錦阜線高速公路自2001年建成投入運(yùn)營(yíng)至今，運(yùn)營(yíng)情況良好?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，穿越采空區(qū)公路路面未發(fā)生大的沉陷變形現(xiàn)象，路基

17、穩(wěn)定（照片1照片3）。預(yù)估該段公路在未來使用年限內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)問題。 照片1 錦阜高速公路義縣段路面 照片2 錦阜高速公路40km處路面照片3 調(diào)研車行駛在錦阜線采空區(qū)路段2.3 采空區(qū)勘察2.3.1勘察思路經(jīng)調(diào)查，遼寧公路采空區(qū)的勘察思路是：首先通過前期采礦資料的收集分析、結(jié)合實(shí)地踏勘、工程地質(zhì)測(cè)繪初步判斷采空區(qū)的分布范圍，查清地面變形破壞；然后采用工程物探的方法確定地下空區(qū)的深度、規(guī)模、三帶高度、采厚比等，最后采用工程鉆探方法進(jìn)行驗(yàn)證。 技術(shù)方法及特點(diǎn)（1）工程地質(zhì)調(diào)繪工程地質(zhì)調(diào)繪是工程地質(zhì)勘察中最主要、最根本的勘察方法。它運(yùn)用地質(zhì)、工程地質(zhì)理論及有關(guān)學(xué)科知識(shí)對(duì)地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)觀察描述

18、，以查明擬定場(chǎng)地內(nèi)工程地質(zhì)條件的空間分布和各要素間的內(nèi)在聯(lián)系，并按照精度要求將它們?nèi)鐚?shí)地反映在一定比例尺的地形底圖上。它具有經(jīng)濟(jì)、快速、有效等特點(diǎn)，是其他勘察手段的基礎(chǔ)和依據(jù)。錦阜線采空區(qū)工程地質(zhì)調(diào)繪進(jìn)行了資料收集，地質(zhì)素描圖及全方位拍攝高分辨率彩色照片等。通過對(duì)礦主及在井下曾經(jīng)工作過的工人進(jìn)行了咨詢，了解到軸線方向K48+840K49+420左右各50m處為塌陷區(qū)，向軸線負(fù)方向15m為一采空區(qū)。由于私人挖礦缺少必要的資料整理及技術(shù)支持，因此煤采開采資料收集比較困難，采空區(qū)位置較模糊。在采空區(qū)勘察中，則結(jié)合地質(zhì)填圖及煤層產(chǎn)狀，推斷地下采空區(qū)的位置，對(duì)收集到的資料起到了去偽存真的作用。（2）工程

19、物探物探方法是該地區(qū)采空區(qū)勘察最為常用的手段。由于采空區(qū)與其相鄰介質(zhì)存在一定的物性差異，因此使用合理的物探方法，并與其他勘探方法相配合，對(duì)所測(cè)的物探資料進(jìn)行綜合分析，可達(dá)到查明采空區(qū)空間分布的目的。物探方法受到地形地貌等的影響因素較多，單一的物探方法一般很難達(dá)到理想的效果，可選擇多種物探方法進(jìn)行綜合勘察。物探方法一般操作簡(jiǎn)單，快捷，經(jīng)濟(jì)。遼寧地區(qū)多采用納米瞬變電磁法 (Nano TEM) 、電阻率高密度法及淺層地震波法等多種物探方法進(jìn)行采空區(qū)勘察。根據(jù)公路勘察技術(shù)規(guī)程、結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定物探范圍、布置物探剖面及測(cè)點(diǎn)間距。錦阜線采空區(qū)路段工程物探主要采用電阻率高密度法和納米瞬變電磁法，共布設(shè)

20、7 條物探剖面, 測(cè)點(diǎn)間距為 2m。高密度電法剖面線總長(zhǎng)度為 646m, 物探測(cè)點(diǎn) 309 個(gè)，斷面數(shù)據(jù)采集總數(shù) 3036 組。磁法剖面線總長(zhǎng)度為 646m, 物探測(cè)點(diǎn) 330 個(gè)。 高密度電法使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-3 型高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行。納米瞬變電磁法使用北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的CSC-3 型懸絲式磁力儀。（3）工程鉆探在工程勘察中，鉆探是最常用的也是最有效的勘探手段。鉆探方法適用于不同地質(zhì)條件，能直接查明采空區(qū)位置，觀察采空區(qū)覆巖巖芯和采樣，勘探的精度高。鑒于物探方法受諸多因素的影響，具有多解性的特點(diǎn)，必須采用鉆探對(duì)物探勘察成果進(jìn)行效驗(yàn)，以確保物探勘察成果可靠性。錦

21、阜線采空區(qū)路段在物探工作的基礎(chǔ)上，布設(shè)6個(gè)鉆孔對(duì)物探勘察成果進(jìn)行驗(yàn)證。鉆孔坐標(biāo)及高程采用SOKKIASET2100 型全站儀測(cè)定，鉆探采用GY-150 型鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。 工程勘察效果評(píng)價(jià)通過工程地質(zhì)測(cè)繪、采礦調(diào)查和物探，結(jié)合鉆探驗(yàn)證等綜合勘察手段, 查明公路場(chǎng)地采空區(qū)分布，基本確定了采空區(qū)的分布長(zhǎng)度和寬度以及影響范圍。工程地質(zhì)測(cè)繪簡(jiǎn)單方便，但勘察深度也受到一定的限制。物探方法操作簡(jiǎn)單，快捷，經(jīng)濟(jì)，且有一定的精確度。調(diào)查表明，在采空區(qū)勘察中，僅采用單一的物探方法效果不是很理想，最好結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜采用多種物探方法進(jìn)行綜合勘察，并布置適量鉆孔加以驗(yàn)證。錦阜線采空區(qū)勘察采用電阻率高密度法和納米

22、瞬變電磁法相結(jié)合法進(jìn)行，經(jīng)鉆探檢驗(yàn)，物探效果一般，也存在物探結(jié)果與實(shí)際情況不符的現(xiàn)象。分析其原因主要是物探工作受勘察場(chǎng)地地形等因素影響較大。2.4 采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)定性評(píng)價(jià)方法 采空區(qū)穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)是經(jīng)驗(yàn)分析法，其主要是根據(jù)采空區(qū)埋深、規(guī)模大小、覆巖巖性及結(jié)構(gòu)特征、三帶高度、采厚比、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度、水的作用、地表變形破壞等情況，并考慮公路類別及等級(jí)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)來判斷采空區(qū)公路場(chǎng)地的穩(wěn)定性。定量評(píng)價(jià)方法采空區(qū)穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、解析法（常用概率積分法）及數(shù)值模擬法等，通過計(jì)算地基承載力、空區(qū)上覆巖層臨界厚度、剩余地表變形量、采空區(qū)巖土體應(yīng)力與應(yīng)變等，來分析采空區(qū)公路路基的穩(wěn)定

23、性。錦阜線采空區(qū)路段的穩(wěn)定性分析主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)宏觀判斷。 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)的取值及獲取方法依據(jù)相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)是該地區(qū)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)獲取的主要方法。在穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)中，計(jì)算參數(shù)的選取主要通過鉆孔或采坑取樣，室內(nèi)試驗(yàn)，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加以修正后確定，有的參數(shù)依據(jù)相關(guān)規(guī)范按經(jīng)驗(yàn)取值。 采用的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)通過與遼寧公路設(shè)計(jì)院座談了解到采空區(qū)的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)是本地區(qū)勘察單位十分關(guān)注的重要問題，鑒于目前公路行業(yè)尚無規(guī)范可循，實(shí)際工作中采空區(qū)的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)，主要以采厚比指標(biāo)，或僅僅依靠各自的經(jīng)驗(yàn)宏觀判斷。對(duì)于老采空區(qū)可按地表剩余沉降量等指標(biāo)將采空區(qū)高速公路路基進(jìn)行穩(wěn)定性分區(qū)，詳見下表。表2 高速公路

24、采空區(qū)路段地基類型劃分表 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)使用效果評(píng)價(jià)本地區(qū)一般依據(jù)采空區(qū)的開采時(shí)間、開采方式、開采深度、采空高度、采空率以及路基筑高等條件, 按照我國(guó)其他高速公路 (太舊高速公路、晉焦高速公路)采空區(qū)穩(wěn)定性分析的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) (即對(duì)于采厚比大于40, 閉礦5年以上, 煤層傾角不大于30度的采空區(qū),認(rèn)為地基穩(wěn)定, 不予處理), 對(duì)該采空區(qū)路基的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，以此作為是否處治的依據(jù)。如錦阜線采空區(qū)路段K49+070以南屬于穩(wěn)定地段, 而K49+070K49+420路段屬于不穩(wěn)定路段，實(shí)踐表明所使用的評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)是較為合理有效的。2.5 采空區(qū)公路設(shè)計(jì)原則在調(diào)研中，遼寧省公路建設(shè)遇到采空區(qū)時(shí)，

25、由于考慮設(shè)計(jì)費(fèi)用及建設(shè)工期等因素，一般采取避讓的措施，在不得不穿越時(shí)，按照安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行采空區(qū)公路設(shè)計(jì)。一般要求：（1）采空區(qū)的路基設(shè)計(jì)必須在采空區(qū)詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行。（2）采空區(qū)的路基設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件、材料分布與供應(yīng)、資源規(guī)劃與工期要求等因素，進(jìn)行多方案比較。（3）公路保護(hù)煤柱的留設(shè)要求 保護(hù)煤柱的留設(shè)條件 在尚未開采的煤層分布區(qū)，屬下列情況之一者應(yīng)設(shè)保護(hù)煤柱。a.高速公路及一級(jí)公路；b.隧道；c.特大橋、大橋和中型橋；d.地下開采會(huì)有嚴(yán)重滑坡危險(xiǎn)而又難以處理的路段。 保護(hù)煤柱的圍護(hù)帶寬度 路堤部分以公路兩側(cè)路堤坡腳外1m為界；路矩部分以兩側(cè)矩頂

26、邊緣為界，兩側(cè)界線以內(nèi)的范圍為受保護(hù)對(duì)象。沿兩側(cè)界線向外留設(shè)圍護(hù)帶，高速公路圍護(hù)帶寬為20m，一級(jí)公路圍護(hù)帶寬度為15m。 保護(hù)煤柱邊界的確定 傾斜煤層保護(hù)煤柱的邊界根據(jù)上山方向移動(dòng)角、下山方向移動(dòng)角及松散層移動(dòng)角，用垂直剖面法確定。2.6 采空區(qū)處治工程設(shè)計(jì) 采用的設(shè)計(jì)依據(jù) 采空區(qū)的處治工程設(shè)計(jì)主要依據(jù)以下規(guī)范：（1）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ00197）（2）公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ01395）（3）巖土工程勘察規(guī)范（GB5002194）（4）建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JTJ7991） （5）公路工程地基處理手冊(cè)（6）高速公路采空區(qū)(空洞)勘察設(shè)計(jì)與施工治理手冊(cè)遼寧錦阜線采空區(qū)處治設(shè)計(jì)要求：道路

27、是竣工一年內(nèi)路基沉降量小于10cm，設(shè)計(jì)年限內(nèi)小于25cm，保證在設(shè)計(jì)年限內(nèi)路基不發(fā)生破壞。 處治范圍（處治范圍的確定原則及依據(jù)）以錦阜線為例加以說明：（1）采空區(qū)處治長(zhǎng)度：依據(jù)地質(zhì)勘察判定為不穩(wěn)定路段需要處治，即K49+070K49+420，全長(zhǎng)350m。（2）采空區(qū)處治寬度（L）按下式計(jì)算：L= 路基寬度 (B)十邊坡部分的水平距離十2Hctg 式中，H為采空區(qū)底板至地面垂直距離；為采空區(qū)覆巖應(yīng)力擴(kuò)散角，取 70。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到該采空區(qū)埋藏淺，為小煤礦生產(chǎn)，具重復(fù)采動(dòng)性質(zhì)，因此除按上式計(jì)算路基的處理寬度以外，根據(jù)具體情況在計(jì)算處理寬度以外兩側(cè)各設(shè)一定保護(hù)帶。（3）采空區(qū)處治深度：依據(jù)地質(zhì)勘

28、察結(jié)果確定，一般為采空區(qū)底板以下一定深度，本工程為1065m不等。（4）采煤豎井的處治：對(duì)采空區(qū)處理范圍之內(nèi)6個(gè)豎井以及距處理邊緣很近的2個(gè)豎井均列為處治對(duì)象，以消除不穩(wěn)定隱患。 處治方案的選擇（1）開挖回填：適合埋深小于4m的空洞。即從地表開挖，一直挖至采煤空洞，然后回填夯實(shí)。此方案工藝簡(jiǎn)單, 施工質(zhì)量容易檢查和控制。對(duì)于埋深小的空區(qū)，遼寧省慣用這種方法。（2）鉆孔灌漿：可處理各種類型的空洞（尤其適合于埋深較大的空洞，一般埋深大于4m）。即用鉆機(jī)打鉆孔，灌注粉煤灰水泥漿、水泥砂漿或砂漿等填滿空洞，該法具有工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理、工效高等特點(diǎn)，在我國(guó)煤炭、冶金、水電、鐵道等部門應(yīng)用較廣，

29、在太舊等高速公路空洞處理上獲得了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果。錦阜線由于采空區(qū)埋深較大，但一般規(guī)模都很小，因此主要采用純壓式孔底灌漿法處理方案，利用漿液制輸系統(tǒng)制漿，通過鉆孔打通采空層，通過注漿管路將水泥砂漿、水泥粉煤灰漿直接灌注到煤層采空層中進(jìn)行充填，進(jìn)而逐漸沉積、結(jié)石，最后充滿采空層及冒落帶裂隙空間。以孔底注漿方式施工的優(yōu)點(diǎn)在于能有效解決孔口注漿時(shí)，漿液離析以及孔壁上易形成瓶頸、易造成漿液已滿的假象等問題，有利于保證灌漿的質(zhì)量。對(duì)于采礦豎井則采用回填注漿處治方案，效果較好。 處治工程設(shè)計(jì)概況遼寧錦阜線采空區(qū)灌漿處治工程設(shè)計(jì)概況：（1）注漿孔布置本處治工程共打223個(gè)注漿孔，其中73個(gè)帷幕

30、孔，146個(gè)普通孔及4個(gè)檢查孔。帷幕孔間距為10m；普通注漿孔采用三角形布置，垂直路線方向的列距均為10m，路線左右各10m范圍的五行注漿孔行距采用5m，左右10m以外的其他各行注漿孔行距由內(nèi)向外分別按10m、5m交錯(cuò)排列。帷幕孔是布設(shè)在處治范圍邊緣上的灌漿孔，主要目的在于防止注入的砂漿擴(kuò)散過遠(yuǎn)，造成漿液流失，起封堵帷幕、地下?lián)跛畨ψ饔?；普通灌漿孔是將帷幕內(nèi)采空區(qū)空洞填塞擠密；檢查孔是檢查注漿效果的。但三者灌漿目的都是充填、加固采空區(qū)及其冒落堆積物的孔隙。（2）注漿孔參數(shù)帷幕注漿孔采用150mm開孔，至基巖8m變徑為130mm。普通注漿孔采用130mm開孔，至基巖8m變徑為91mm，均鉆至采空

31、區(qū)底板0.3m處終孔。（3）注漿材料及配比本工程采用的注漿材料及其規(guī)格列于表3。表3 制漿原料表水泥砂漿：水泥、砂、水的比例為1：2：0.64和1：2：1.2，并加入占水泥重量3-5%的水玻璃速凝劑。水泥粉煤灰漿：水泥、粉煤灰的比例為1：1和1：1.5；豎井灌漿為1：2。4）注漿參數(shù)設(shè)計(jì)要求：注漿壓力達(dá)到1.5MPa，持續(xù)15min；注漿量小于70L/min，持續(xù)15min以上。達(dá)到上述兩個(gè)條件即可停止灌漿。該工程灌漿壓力控制在1.6-2.0MPa，注漿量均小于50L/min左右后才停止灌漿。 設(shè)計(jì)方案合理性評(píng)價(jià)針對(duì)調(diào)研中收集到遼寧地區(qū)的公路采空區(qū)處治設(shè)計(jì)方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)走訪，從公路建設(shè)至今，采

32、空區(qū)路段未見大的變形，公路運(yùn)營(yíng)良好，可見當(dāng)時(shí)選擇的設(shè)計(jì)方案比較合理。2.7 采空區(qū)處治施工2.7.1 施工組織設(shè)計(jì)概況該地區(qū)采空區(qū)處治之前，均按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行處治施工組織設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括人員安排及職責(zé)、施工程序、施工工藝及技術(shù)要求、施工機(jī)具選擇、施工進(jìn)度、施工質(zhì)量控制以及相關(guān)應(yīng)急措施等?，F(xiàn)將錦阜線采空區(qū)灌漿施工簡(jiǎn)述如下：（1）灌漿孔施工根據(jù)設(shè)計(jì)布置鉆孔位置，施工鉆孔灌漿分為帷幕注漿孔和普通注漿孔兩種，其中帷幕注漿孔73個(gè)，灌注水泥砂漿；普通注漿孔146個(gè)，灌注水泥粉煤灰漿。鉆孔由南至北跳孔進(jìn)行，按序帷幕孔、序普通注漿孔、序帷幕孔、序普通注漿孔順序施工。首先施工帷幕孔，然后施工普通孔，以防止互相擾

33、動(dòng)，漿液竄孔，同時(shí)序孔壓漿也在一定程度上填充序孔未填實(shí)部分。序孔、序孔的布孔次序均遵循由低到高的次序進(jìn)行。在注漿孔施工時(shí)，要求必須采用回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，不允許沖擊鉆孔，以防采空區(qū)突然塌落。由于處理段以下的采空區(qū)為灌漿充填部位，因此必須用清水鉆進(jìn)，絕對(duì)不能用泥漿做循環(huán)液，避免影響灌漿效果?？卓凇⒖妆诰S護(hù)要求保持到本孔灌漿結(jié)束。注漿孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。 a. 帷幕注漿孔結(jié)構(gòu) b. 普通注漿孔結(jié)構(gòu) 粘土，孔口管，砂漿，法蘭盤，采空區(qū)，帷幕灌漿圖1 注漿孔結(jié)構(gòu)示意圖（2）制漿工藝制漿前先將砂、粉煤灰過篩，制漿時(shí)先往攪拌罐中注入清水（用標(biāo)尺計(jì)量），開動(dòng)攪拌機(jī)，同時(shí)倒入水泥（以袋計(jì)量），攪拌均勻后，再倒入過磅后

34、的砂或粉煤灰?；緮嚢杈鶆蚝笤俚谷怂Ａ?，加入水玻璃3-5分鐘后漿液攪拌時(shí)間已大于10分鐘，漿液已攪拌均勻且有一定粘度，即可開泵灌注。制漿工藝流程見圖2。圖2 制漿工藝流程（3）灌漿技術(shù)要點(diǎn)本工程其灌漿方式采用純壓式孔底注漿方法（如圖3所示），采用孔內(nèi)止?jié){、全孔一次灌漿方法。灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)如下：導(dǎo)管，封孔，孔口管，采空區(qū)頂板，采空區(qū)底板圖3 純壓式孔底注漿示意圖注漿管采用50mm高壓(1.6MPa以上)尼龍管，插入距采空區(qū)底板0.5m處，注漿壓力2.03.0MPa。鉆孔完成后，下入帶環(huán)形托盤的孔口管，長(zhǎng)度為8.3m。帷幕孔孔口管徑為114mm，普通孔孔口管徑為60mm，下入變徑處導(dǎo)正，然后在

35、孔口管周邊澆筑1：2水泥砂漿，從托盤開始向上止?jié){，澆至孔口2m左右，改用粘土搗實(shí)，填至地面管口，待凝固2-3d后進(jìn)行灌漿。灌漿工藝如圖4所示。觀察注漿情況，抽樣試驗(yàn)成孔及下套管下注漿管、澆鑄孔口管注漿定點(diǎn)終止注漿備 料拌制漿液圖4 灌漿工藝流程圖為防止虹吸作用將注漿管吸入采空區(qū)，先利用楔形木片卡在孔口管處，待壓力升高后，為防止注漿管外竄及孔口留漿，要擰緊封子裝置上蓋，壓住止?jié){膠板及注漿管，加壓至灌漿結(jié)束，然后封孔。封孔裝置如圖5所示。上口管，下口管，止?jié){膠板，管箍圖5 封孔裝置示意圖灌漿前，先用清水沖洗孔壁，進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，確定單孔吸漿量。然后再開始灌漿，灌漿時(shí)應(yīng)先用稀漿，再用濃漿，最后再用

36、稀漿。本工程采空區(qū)埋深由南向北逐漸加減小，施工中由南向北先施工周邊孔并進(jìn)行灌漿，使采空區(qū)形成一個(gè)東、南、西三面帷幕，再施工中部普通孔，這樣漿液在采空區(qū)中順勢(shì)南流，北列孔注漿向南列孔位置疊加（圖6），甚至跨列疊加，其充填效果明顯提高。注漿孔，采空區(qū)，漿液圖6 漿液疊加示意圖（4）豎井回填及地表淺層處理豎井的處理：在豎井內(nèi)澆鑄0.7m厚混凝土蓋板。在120角半徑中點(diǎn)布3個(gè)注漿孔，將注漿管插入水面下井底部位，注入1：1水泥粉煤灰漿，觀測(cè)水位抬升情況，當(dāng)確認(rèn)井下附近巷道空間充滿后停灌待凝，然后填充砂礫、卵石及礦渣，用井口串斗填充，邊填邊注入粉煤灰漿，間歇式填充，至井口1m處填充素土。地表淺層處理：在公

37、路K49+290地段北部，因地表沉降裂隙發(fā)育，需進(jìn)行開挖回填處理，開挖深度11.2m，采用白灰、素土回填壓實(shí)。白灰、素土比例為2：8，共回填4層，每層厚30cm，壓實(shí)度達(dá)到91%以上。 施工機(jī)具選擇及設(shè)備型號(hào)注漿系統(tǒng)由鉆機(jī)、料場(chǎng)、一級(jí)攪拌池 (機(jī))、二級(jí)攪拌池 (機(jī))、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。鉆機(jī)：采用APP-1003E型汽車工程鉆機(jī)，成孔直徑 89mm-150mm，孔深 20-70m。料場(chǎng)：應(yīng)平整，要求設(shè)有防潮、防水措施。攪拌機(jī)：一次攪拌量應(yīng)1.5m3。蓄水池：應(yīng)依據(jù)注漿工程具體而定。注漿泵：當(dāng)進(jìn)行水泥粉煤灰漿注漿時(shí)，宜采用變量泵，其額定排量不小于200L/min，注漿泵

38、應(yīng)力大于注漿最大壓力的1.5倍；當(dāng)進(jìn)行水泥砂漿注漿時(shí)，宜采用TL-98型采空區(qū)處治泵，保證孔口管壓力達(dá) 2.0-3.0MPa以上。注漿孔壓力表最大量程應(yīng)大于 2.0MPa。封孔裝置：注漿孔采用50mm鋼管, 帷幕孔采用100mm鋼管,在管子前端20-30cm處焊接一圓形法蘭盤（托盤直徑120-150mm之間）,下入孔內(nèi)變徑處,封孔位置在基巖內(nèi)8-l0m處。注漿管：用 50mm和 100mm 鋼管,絲扣聯(lián)結(jié)。 施工質(zhì)量控制參數(shù)遼寧地區(qū)采空區(qū)處治質(zhì)量控制參數(shù)主要參照設(shè)計(jì)要求，如注漿處治時(shí)，要求空洞注漿充填率應(yīng)達(dá)到；如開挖回填處治時(shí)，填土壓實(shí)度達(dá)到91%以上。 施工效果評(píng)價(jià) 從該地區(qū)的采空區(qū)處治效果

39、，以及近些年來的采空區(qū)公路運(yùn)營(yíng)情況來看，一般來說施工效果良好。但是有的工程項(xiàng)目，因施工組織管理不到位，施工效果較差。2.8 采空區(qū)監(jiān)測(cè)及處治效果檢測(cè)2.8.1 監(jiān)測(cè)、檢測(cè)工作概況采空區(qū)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)是評(píng)價(jià)采空區(qū)處治效果的手段。由于本次調(diào)研的錦阜線采空區(qū)處治工程完成較早，其相應(yīng)的監(jiān)測(cè)檢測(cè)資料未收集到。下面就鐵嶺-朝陽(yáng)高速公路采空區(qū)監(jiān)測(cè)情況作一概述：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該路段容許工后沉降30cm，路堤與樁基構(gòu)造物毗連部位容許工后沉降10cm，施工期間，路堤地面沉降速率每晝夜不應(yīng)大于1.01.5cm。為了解施工和工后地面變形情況，分別在采空區(qū)的兩端共分別分布在采空區(qū)的兩端相對(duì)穩(wěn)定地段布設(shè)了13個(gè)控制點(diǎn)（8個(gè)位

40、移控制點(diǎn)，5個(gè)高程控制點(diǎn)）。在采空區(qū)的關(guān)鍵部位共布設(shè)5組位移觀測(cè)點(diǎn)（公路東側(cè)2組，西側(cè)布設(shè)3組），每組3個(gè)觀測(cè)樁點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)間距為1m，組與組之間相距約為200m。沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)8個(gè)，基本是沿線路均勻分布。地面變形監(jiān)測(cè)時(shí)間一般參照工程測(cè)量相關(guān)規(guī)程確定。 監(jiān)測(cè)儀器與方法 沉降觀測(cè)使用蔡司Ni005水準(zhǔn)儀，配銦鋼合金尺進(jìn)行，采用其中一控制點(diǎn)假定高程作為起始高程點(diǎn)，每次監(jiān)測(cè)均至少帶上3個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)成附合路線進(jìn)行平差，從最后成果中自檢控制點(diǎn)的穩(wěn)定程度，再計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值。位移觀測(cè)使用蔡司010型經(jīng)緯儀，采用視準(zhǔn)線法(小角度法)，即在控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間距離大約相等的情況下，通過觀測(cè)水平角(小角度)的變化量，計(jì)算出側(cè)向位移量。 質(zhì)量檢測(cè)測(cè)儀器與方法座談了解到，采空區(qū)處治效果的檢測(cè)一般采用常規(guī)手段，主要是鉆孔取芯檢測(cè)：注漿施工結(jié)束3個(gè)月后，進(jìn)行鉆孔檢驗(yàn)。通過孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，要求巖芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.10.3MPa，并結(jié)合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)注漿質(zhì)量。檢查孔個(gè)數(shù)是總注漿孔