(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

山西為煤炭大省，隨著中部崛起及基礎(chǔ)建設(shè)的加速發(fā)展，煤炭被以不同方式開(kāi)采，留下了大規(guī)模、大范圍的采空區(qū)及塌陷區(qū)，造成采空區(qū)及塌陷區(qū)上方地基不穩(wěn)，承載力下降。為了提高礦區(qū)土地的利用率，在正確勘察和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同類型采空區(qū)地基進(jìn)行針對(duì)性處理。本文對(duì)采空區(qū)治理的手段、施工工藝、施工方法及工程質(zhì)量檢測(cè)等作了詳細(xì)的闡述。

1 采空區(qū)治理設(shè)計(jì)工作目標(biāo)

通過(guò)地表地質(zhì)調(diào)查，布置變形監(jiān)測(cè)及物探和鉆探等地質(zhì)勘察工作，利用相關(guān)資料對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性作出定量評(píng)價(jià)，對(duì)需要處理的采空區(qū)提出具體的處理方法、工藝流程和質(zhì)量控制措施。

2 采空區(qū)治理工程施工準(zhǔn)備

2.1 人員準(zhǔn)備

1)按規(guī)定的設(shè)計(jì)要求組織建設(shè)施工項(xiàng)目部;2)根據(jù)施工需要，配備工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、鉆探、試驗(yàn)測(cè)試、工程計(jì)量、安全、機(jī)械、計(jì)劃等相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員;3)特殊工種人員必須持證上崗(電工、焊工、鏟車駕駛員等);4)參與工程的施工人員須進(jìn)行崗前培訓(xùn)，掌握必要的施工技術(shù)技能，合格后方能上崗。

2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

1)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，了解本項(xiàng)目區(qū)域地形、地質(zhì)地貌、施工條件、材料供給、水、電路等概況;2)閱讀設(shè)計(jì)文件，熟悉施工工藝，掌握施工要點(diǎn);核對(duì)設(shè)計(jì)施工工程量，檢查有無(wú)工程中遺漏的項(xiàng)目;3)組織技術(shù)人員對(duì)施工工藝的可行性進(jìn)行討論，對(duì)疑點(diǎn)、難點(diǎn)應(yīng)向設(shè)計(jì)單位提出書(shū)面性的會(huì)審意見(jiàn);4)考查當(dāng)?shù)厥┕げ牧喜⑷铀蜋z;5)用送檢合格的材料，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行漿液配合比試驗(yàn)，確定注漿漿液的各項(xiàng)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 設(shè)備及其他準(zhǔn)備

1)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行合理規(guī)劃，認(rèn)真安排現(xiàn)場(chǎng)的施工用地，確定注漿站位置，原材料的堆放位置及臨時(shí)設(shè)施用地范圍應(yīng)盡量避開(kāi)鉆孔施工位置;2)修筑施工便道，保證施工車輛正常通行;3)確定施工地的水源，鋪設(shè)管道引水至注漿站;4)架設(shè)施工用電線路，配備臨時(shí)用電設(shè)備;5)按設(shè)計(jì)文件要求，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，組織調(diào)遣施工機(jī)械設(shè)備;6)根據(jù)施工周期、工程量建立相應(yīng)規(guī)模的注漿站，配套站內(nèi)注漿設(shè)備。

3 采空區(qū)治理工程施工

3.1 鉆孔施工

3.1.1 原則及順序

1)首先安排技術(shù)先導(dǎo)孔鉆探施工，全孔取芯，明確查明地層結(jié)構(gòu)及采空區(qū)空間特征，確定鉆探的施工工藝，指導(dǎo)全面鉆探施工;2)鉆探順序由采空區(qū)底板標(biāo)高最低處開(kāi)始，向標(biāo)高較高處推進(jìn);3)先施工場(chǎng)地四周帷幕孔，再施工中間注漿孔間隔法進(jìn)行鉆孔施工;4)鉆探孔可超前注漿孔1孔～2孔;5)施工中，如遇鉆孔注漿串漿、冒漿時(shí)，應(yīng)終止鉆孔施工，并將鉆孔套管口堵塞，待注漿孔注漿結(jié)束后再進(jìn)行該鉆孔施工。

3.1.2 鉆孔技術(shù)要求

1)孔位嚴(yán)格要求用測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確定位，孔位誤差控制在允許范圍內(nèi)。如需移動(dòng)孔位時(shí)，須征得設(shè)計(jì)單位同意;2)鉆孔孔徑、孔深、變徑位置、終孔孔斜應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定;3)當(dāng)鉆探進(jìn)入受注層位后，采用清水鉆進(jìn)，嚴(yán)禁使用泥漿護(hù)壁;4)專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)真填寫(xiě)鉆探班報(bào)表，詳細(xì)記錄孔內(nèi)巖性、風(fēng)化程度等情況，詳細(xì)真實(shí)描述漏水、掉鉆、卡鉆、耗水量、地下水位等情況;5)鉆探終孔驗(yàn)收符合設(shè)計(jì)要求后，安裝止?jié){設(shè)施，單層采空區(qū)采用一次性注漿，多層采空區(qū)自上而下依次注漿。

3.2 注漿施工

3.2.1 原則及順序

1)注漿施工順序應(yīng)緊跟鉆孔進(jìn)度，注漿可滯后鉆孔施工1孔～2孔;2)在采空區(qū)的注漿中，對(duì)一層采空區(qū)采用全孔一次注漿法。對(duì)多層采空區(qū)宜采用自上而下分段注漿法;3)當(dāng)采空區(qū)充水時(shí)，注漿漿液宜采用濃度較大的配比;當(dāng)采空區(qū)無(wú)水時(shí)，注漿漿液宜從濃度較稀的配比開(kāi)始逐步變濃。

3.2.2 注漿施工技術(shù)要求

1)注漿漿液配合比應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定;2)注漿原材料質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)及相關(guān)單位檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);3)注漿施工順序先施工帷幕孔(邊緣孔)，后注漿孔;4)鉆孔每次首注前，須做壓水試驗(yàn)，一般注水量為注漿管路內(nèi)的容量與變徑以下至孔底鉆孔容量之和的3倍;5)注漿過(guò)程中對(duì)孔口壓力、單位吸漿量進(jìn)行定期觀察記錄。單孔注漿結(jié)束后，認(rèn)真準(zhǔn)確填寫(xiě)原始注漿記錄，及時(shí)報(bào)驗(yàn)認(rèn)可。

3.2.3 注漿施工工藝

1)注漿站設(shè)置。在施工區(qū)內(nèi)或附近，選擇地形較高、交通方便的有利部位修建注漿站。按設(shè)計(jì)要求及工程量大小確定注漿站個(gè)數(shù)、規(guī)模。制漿站的制漿能力應(yīng)滿足注漿高峰期所有機(jī)組吸漿需要。

2)注漿漿液配制。漿液配制時(shí)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速與原料的拌合能力應(yīng)與注漿泵相適應(yīng)，要保證連續(xù)、均勻的拌制漿液。同時(shí)注漿管路應(yīng)暢通，輸漿管路不應(yīng)采用直角轉(zhuǎn)彎，宜采用帶弧形的彎管。攪拌機(jī)凈攪拌時(shí)間不得少于5 min，漿液從制備到注漿使用前的時(shí)間宜控制在4 h以內(nèi)，配備備用的動(dòng)力設(shè)備，防止工作動(dòng)力出現(xiàn)故障時(shí)，漿液凝固損壞設(shè)備。

3)壓水試驗(yàn)判斷單孔可灌性及漿液初始配合比的選擇。鉆孔注漿前，需作壓水試驗(yàn)，其目的是:a.沖洗孔內(nèi)裂隙和空隙，使?jié){液能夠順利進(jìn)入受注層位和目的區(qū)域;b.探查裂隙和空隙大小，觀察孔內(nèi)單位時(shí)間的吸水量和孔口壓力。通過(guò)這兩項(xiàng)指標(biāo)即可確定注漿時(shí)初始漿液濃度。

4)注漿漿液配比。漿液的濃度使用，按設(shè)計(jì)要求，由稀到濃，逐級(jí)變換。當(dāng)漿液的注入量已達(dá)設(shè)計(jì)量的規(guī)定范圍以上或灌注時(shí)間已達(dá)2 h以上時(shí)，但壓力和單位吸漿量卻無(wú)改變時(shí)，應(yīng)加濃漿液等級(jí)。

5)漿液的性能檢測(cè)。漿液性能指標(biāo)一般包括漿液密度、粘度、結(jié)石率、漿液的初凝、終凝時(shí)間、漿液結(jié)石體試塊抗壓強(qiáng)度等。應(yīng)按設(shè)計(jì)要求或相關(guān)細(xì)則進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)這些指標(biāo)，對(duì)漿液質(zhì)量合格性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，為工程質(zhì)量鑒定奠定基礎(chǔ)。

3.2.4 注漿過(guò)程中的特殊現(xiàn)象的預(yù)防與處理

1)冒漿:指止?jié){裝置的止?jié){效果不好，注漿時(shí)漿液從孔壁處向上返漿，預(yù)防辦法是將鉆孔變徑深度適當(dāng)延伸，同時(shí)將澆筑水泥漿止?jié){高度適當(dāng)增加，且認(rèn)真養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)在水泥漿中摻入足夠量的速凝劑，強(qiáng)化止?jié){效果，減少或消除冒漿現(xiàn)象。

2)串漿:指注漿時(shí)，漿液串入鄰孔鉆孔范圍內(nèi)，從已成孔的孔口管內(nèi)或正在鉆探施工的鉆孔內(nèi)冒漿，針對(duì)這一問(wèn)題，在采空區(qū)冒落帶和裂隙帶連通性好的地區(qū)，對(duì)鉆孔和注漿均采用二序次或三序次布設(shè)施工。從已成孔的孔口管內(nèi)串漿時(shí)，應(yīng)對(duì)串漿孔同時(shí)實(shí)施注漿。正在進(jìn)行鉆探的孔內(nèi)串漿時(shí)，應(yīng)停止該孔鉆探，將孔口封閉，待注漿孔注完后，鉆孔重新復(fù)鉆。

3)堵孔:指的是鉆探終孔之后，孔壁因局部巖石破碎，出現(xiàn)坍塌，堵塞鉆孔，影響注漿，解決的辦法是在孔內(nèi)下通天花管注漿，以解決堵孔造成無(wú)法注漿的問(wèn)題。

4)地表鼓脹、裂縫或冒漿注漿過(guò)程中，地表如出現(xiàn)鼓脹、裂縫、沉陷或地表裂縫冒漿，應(yīng)減小注漿流量，控制注漿壓力，采用間歇式注漿。

5)注漿孔注漿量過(guò)大無(wú)法達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)采用加速凝劑多間歇的注漿方法，必要時(shí)可向孔內(nèi)投入骨料(砂、細(xì)石碴等)。特別是帷幕孔，注漿量大不起壓時(shí)，可加密鉆孔，采用大口徑鉆孔以利于投入骨料。

6)注漿過(guò)程中，如突遇停電失去動(dòng)力，應(yīng)及時(shí)更換、啟動(dòng)備用動(dòng)力，吸干漿池漿液，清水沖洗注漿管道，防止?jié){液凝固損壞注漿設(shè)備或造成注漿孔堵塞。

4 采空區(qū)治理工程質(zhì)量檢測(cè)

采空區(qū)治理工程質(zhì)量檢測(cè)的時(shí)間應(yīng)在注漿施工結(jié)束3個(gè)月～6個(gè)月后進(jìn)行。

4.1 物探

根據(jù)采空區(qū)治理區(qū)域內(nèi)同范圍、同點(diǎn)、同深度處巖層的物理性質(zhì)在注漿前后的變化對(duì)比，判斷工程質(zhì)量的優(yōu)劣。優(yōu)點(diǎn):成本低、速度快、效率高、施工簡(jiǎn)單;缺點(diǎn):資料具有多解性，只能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。

1)波速測(cè)井法。波速測(cè)井是在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的，以鉆孔獲得的地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，獲取不同巖石類型及巖石完整性分段對(duì)應(yīng)的波速值，進(jìn)行施工前后對(duì)比，進(jìn)行工程質(zhì)量評(píng)價(jià)。

a.直接判斷:參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于場(chǎng)地土類型的標(biāo)準(zhǔn)，將采空區(qū)注漿后受注層的平均剪切波速(橫波)不小于160 m/s作為評(píng)價(jià)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。b.對(duì)比判斷:利用勘察鉆孔或治理施工鉆孔，取得注漿前的孔內(nèi)巖層的波速資料作為背景值，再將注漿后的質(zhì)量檢驗(yàn)鉆孔中取得的波速資料進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)注漿前后波速變化的提高率，定性判斷工程質(zhì)量。

2)瑞雷波(面波)法。根據(jù)注漿前后高分辨率地震反射波Q值提高幅度確定注漿效果。

4.2 地表變形觀測(cè)

施工完畢后可布置觀測(cè)線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沉降觀測(cè)需采用DS1級(jí)精密水準(zhǔn)儀和因瓦水準(zhǔn)尺進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。精度要求按三等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行觀測(cè)。

［1］張碧華.淺議采空區(qū)治理施工技術(shù)［J］.山西建筑，2011，37(12):81-82.