高速公路铁矿采空区的治理

摘要：高速公路采空区的治理一般采取全充填压力注浆的方式进行处理。即用钻机在地表打孔后，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，保证路基及边坡的稳定。

关键词：采矿区；治理

1、工程量的确定

（1）采空区注浆量的估算

注浆量采取如下公式计算

Q总=A×S×m×V× /C

Q总―采空区的总注浆量（m3）

S―采空区的治理面积（）

m―采空区内的高度（m）

V―采空区的剩余体积比，采空区治理范围内的采出体积，扣除顶板冒落引起变形的体积，本项目取值为0.85

A―注浆所用浆液的损耗系数取值，本项目取值为1.3

―注浆的充填系数，本项目取值为0.85

C―浆液的结石率，本处取值0.8

通过上述原则可以估算注浆量。

（2）浆液配合比及试验

根据设计要求在正式施工前按照设计的浆液配合比进行实验室内配合比试验，试验内容包括每方浆液中的水泥和粉煤灰消耗量、浆液比重、结石率、试块的无侧限抗压强度等。

2、地下水处理

如果采空区内存在地下水，直接进行注浆施工，巷道内的地下水影响充填效果，造成浆液离析扩散，浆液难以下到孔底等不良现象 ,甚至会造成地层上抬、地面大量开裂隆起等严重后果 ,从而导致后期地表沉降过大,地下水上升 ,破坏地表及其周围环境。采用如下方法来减小地下水造成的危害:

首先在对采空区裂隙空洞调查的基础上根据裂隙及采空区巷道的方向性,布置排水孔，抽取地下水作为施工用水，同时在注浆时,严格控制注浆压力,为避免地层结构的破坏，采取间歇式注浆的方式。

3、灌浆加固施工

（1）确定钻孔位置

按照物探资料设计钻孔位置，对每个孔进行了编号。钻孔实际位置不应超过设计位置 1.0m。

（2）灌浆孔的施工

采用XY-150型钻机安装Φ130mm钻具开孔，钻至完整基岩面5m以下后下入Φ127mm套管护壁，然后变径为采Φ91mm，钻至至采空区底板以下0.5m终孔。钻孔施工顺序为先施工帷幕孔，再施工注浆孔，先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔，再沿着倾斜方向由低而高，由四周向中部的次序展开施工。

（3）浇筑孔口管

将一端带有Φ120mm法兰盘的Φ50mm注浆管下入孔内变径位置处，注浆管露出地表的长度为≥50cm，对管口进行封堵，在孔内投入20cm深度的碎石，堵住大的缝隙，再投入30cm深度的粘土，防止水泥浆液大量渗漏，然后注浆孔内灌满水灰比为0.5:1的水泥浆进行封堵。

（4） 注浆材料及配比

注浆加固材料为水泥、粉煤灰和水玻璃。水泥采用P•O•32.5的普通硅酸盐水泥；施工用水的pH值≤7，SO4-2含量≤1%；粉煤灰的各项指标均应符合GB15916―91Ⅲ级质量要求，波美浓度为30～35。

4、注浆系统

（1）注浆系统组成

1）、由料场、一级搅拌池（机）、二级搅拌池（机）、供水系统、注浆泵、注浆监控、管道运输、封孔装置等组成，注浆泵采用BW150型高压注浆泵，其最大工作压力为10MPa。

2）、注浆系统配置要求

料场：堆放材料的料场场地要平整，运料车辆能正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运、要求设有防潮、防雨措施。搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀，符合设计要求，一次搅拌量宜大于等于1.5m3。搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一次搅拌量宜＞1.5m3。水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立数个水池，以保证正常施工，水池建筑规模及要求视工地具体情况而定。注浆泵：采用变档定量泵，其额定排浆量不小于 90L/min ，注浆泵压力大于注浆最大设计压力的1.5倍。

压力表：注浆用压力表最大指数应小于10MPa 。

封孔装置：采用卡盘法或孔口套管止浆法。

注浆管：采用 50mm钢管，丝扣联接。

5、注浆工艺及方法

（1）注浆工艺流程

（2）注浆材料配制

浆液配制应按设计浆液配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。原材料控制：水用水表计量；水泥按袋计量；粉煤灰用定量容器计量。

搅拌过程：每次搅拌时间不得少于5min 。

（3）注浆

注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中各种参数，收集原始数据。为便于注浆质量控制，实际注浆时，每孔选稀、稠两种配比的浆液进行灌浆，稀浆灌注量取单孔注浆量的 20 ％为宜。

（4）施工顺序

注浆孔施工顺序为先两侧，再中间，先倾斜采空区下山方向，再由下山方向向上山方向展开。两侧的注浆孔施工时采用间歇式注浆，每次注浆时间不要超过10小时。

（5）废弃洞口工程处理

路基范围内出露的废弃矿口，采用人工抛填片石充填大部分空洞，然后向洞口无压力注浆，直至将废弃矿井填充饱满。

6、孔口注浆压力计算：

按该采空区现场施工确定。可按以下公式计算：

Pb = P-(HcPc-HwPw）/10×0.1MPa

式中 Pb―孔口注浆压力（MPa );P―钻孔有效全压力（MPa),该值可随注浆深度增加而增大,一般依据现场钻孔内具体情况确定，取钻孔内含水层静水压力的1.5-2倍；Hc―受注层段1/2处至孔口压力表的浆液柱高度（m ) ; Pc―浆液相对密度; Hw―静水位至受注层段 1/2 处的水柱高度(m); Pw―水的相对密度。

鉴于采空区的复杂性，在施工过程中，注浆孔的深度、注浆量的大小与设计量可能存在一定的差距，应根据现场的实际情况确定。

7、注浆加固效果检验

在注浆加固施工结束后，待水泥浆达到凝固期，采用钻孔抽芯法，取样试验配以孔内物探检验，检查孔布置在地基沉降量最大部位或在施工中出现问题的部位。

参考文献：

[1] 都成祥;基于投资多元化的高速公路管理一体化研究[D];武汉理工大学;2009年.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。