張達(dá)

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050081）

0 引言

安九鐵路是我國(guó)“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)絡(luò)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(shè)面積為40000m2，設(shè)3 臺(tái)7 線，預(yù)留3 臺(tái)7 線站場(chǎng)，車站范圍內(nèi)地下存在小煤窯采空洞穴。目前國(guó)內(nèi)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(duì)新安慶西站小煤窯采空洞穴主要以“探灌結(jié)合、邊探邊灌”動(dòng)態(tài)施工的原則處理，本文主要針對(duì)采空洞穴注漿法施工技術(shù)進(jìn)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(zhǎng)2.98km，位于低丘崗地區(qū)，地形相對(duì)平緩，多已開辟為耕地及林地。工點(diǎn)范圍內(nèi)地質(zhì)及地層巖型主要為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化砂巖、全風(fēng)化粉砂巖，不良地質(zhì)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(gòu)造影響煤層多層重疊交錯(cuò)且不連續(xù)分布，導(dǎo)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(yīng)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(shí)間推移，導(dǎo)致變形嚴(yán)重，從而塌陷；煤層重疊交錯(cuò)，分布集中，無規(guī)律可研，地表變形無規(guī)律，可能存在不連續(xù)的劇烈變形；對(duì)車站、站臺(tái)沉降，路基失穩(wěn)、塌陷，線路變形造成巨大隱患，危及行車安全，須對(duì)采空洞穴徹底處理。

2 處理措施

①根據(jù)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(shí)程度、地下水等情況，采用“探灌結(jié)合”方式進(jìn)行注漿。“探”是采用精細(xì)物探+鉆探的模式，先對(duì)整個(gè)段落采用物探法精細(xì)探查，查明采空洞穴的分布狀態(tài)及趨勢(shì)，再采用鉆探準(zhǔn)確查明坑洞的洞涇、充填情況及延伸長(zhǎng)度。

②車站正線、站線、場(chǎng)坪范圍內(nèi)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(kuò)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(dāng)加密已發(fā)生坍塌、密布的洞穴、車站喉區(qū)、有支擋結(jié)構(gòu)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(jí)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(shù)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(shù)）。注漿完成后立即用水泥砂漿一次性封閉，并保證封閉質(zhì)量。

⑥對(duì)空坑道或半填充坑道，在注漿前先用砂或碎石進(jìn)行高壓充填，注漿漏液嚴(yán)重時(shí)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(jù)地質(zhì)普查探測(cè)揭示確認(rèn)段的地層、采空洞穴分部情況等綜合分析，提供實(shí)施性的先導(dǎo)探灌孔布置，采用先導(dǎo)探灌孔進(jìn)行地質(zhì)及采空洞穴精準(zhǔn)探測(cè)、注漿以及對(duì)后序注漿孔的實(shí)施提供依據(jù)，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(cè)。

按照10～25m 間距布置高精度瞬變電磁測(cè)線橫斷面，每條測(cè)線長(zhǎng)度為100m（中線左右各延伸50m）、5m 點(diǎn)距進(jìn)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(cè)量放線。

先根據(jù)物探作業(yè)要求，測(cè)放物探剖線控制樁。根據(jù)普查結(jié)果繪制注漿鉆孔的詳細(xì)平面布置圖，由測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)鉆孔位置，放樁、定位。

③開孔：采用巖芯管開孔鉆孔，鉆到設(shè)計(jì)要求的深度，按開孔和采樣的要求進(jìn)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(hào)水泥砂漿對(duì)套管進(jìn)行固結(jié)，并搗固密實(shí)。

⑤基巖鉆進(jìn)：待75 號(hào)水泥砂漿初凝后，繼續(xù)施鉆?？變?nèi)采取清水循環(huán)鉆孔方式，終孔前用清水沖洗，直至返清。鉆進(jìn)過程中需注意洞穴會(huì)有鉆具掉落的危險(xiǎn)，需對(duì)洞穴的走向、大小、深度等進(jìn)行測(cè)量，并做好詳細(xì)的記錄。

⑥終孔：根據(jù)要求鉆至設(shè)計(jì)孔深，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔時(shí)間、深度、鉆孔過程情況進(jìn)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(jìn)行洗孔作業(yè)并自檢，洗孔結(jié)束且監(jiān)理工程師復(fù)檢完成后，將孔口蓋蓋好，做好注漿準(zhǔn)備。

⑦壓水試驗(yàn)：注漿前對(duì)鉆孔進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，利用水泵或水柱自重將清水壓入鉆孔試驗(yàn)段（專門的止水設(shè)備隔離一定長(zhǎng)度的鉆孔），根據(jù)壓入的水量和一定時(shí)間內(nèi)施加壓力大小的關(guān)系，計(jì)算巖體的相對(duì)透水性和了解裂隙發(fā)育程度，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并形成結(jié)果。試驗(yàn)方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足規(guī)范要求。

⑧注漿：依據(jù)圖紙和洞穴分布情況，做好漿料配比材料，對(duì)攪拌機(jī)、注漿泵等設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。對(duì)管路和設(shè)備進(jìn)行壓力測(cè)試，檢查管路和設(shè)備連接和密封是否符合壓力要求。攪拌漿液不應(yīng)小于5min，且制成的漿液不超過4h 停留時(shí)間。

⑨注漿壓力轉(zhuǎn)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(shù)）；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(shí)將注漿管下放到設(shè)計(jì)深度后再開始注漿，注漿時(shí)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(dá)到0.4MPa 的終注壓力條件時(shí)，持壓10min 且吸漿量明顯減少（吸漿率小于0.06m3/min），應(yīng)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(shù)注漿壓力未達(dá)到0.2MPa，吸漿率大于0.08m3/min，無法達(dá)到設(shè)計(jì)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(dá)到0.4MPa 的終注壓力，持壓10min 且吸漿率小于0.06m3/min，應(yīng)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(dá)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(dá)到0.4MPa 終注壓力條件，持壓10min 且吸漿率小于0.06m3/min，應(yīng)停止注漿，作屏漿處理。

4）注漿完畢，經(jīng)質(zhì)檢工程師檢驗(yàn)合格后，通知監(jiān)理工程師檢驗(yàn)確認(rèn)合格后，用水泥砂漿對(duì)注漿孔進(jìn)行一次性封閉，并留有標(biāo)記，以備檢查，其封孔必須保證質(zhì)量，最后清場(chǎng)除污。

5）為減少超過鉆孔注漿有效范圍或整治區(qū)域，在設(shè)計(jì)范圍邊界處鉆孔注漿采用水泥-水玻璃雙液控制；注漿時(shí)水泥單液表面冒漿時(shí)，用雙液漿封堵；采空洞穴連通性較好，漿液滲流過深時(shí)，用雙液漿處理；在長(zhǎng)時(shí)間注漿達(dá)不到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的情況下，用雙液注漿。

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

⑩注漿效果檢測(cè)。

1）壓水試驗(yàn)。

在壓水試驗(yàn)前測(cè)孔內(nèi)水位穩(wěn)定后，再進(jìn)行孔內(nèi)定量注水，觀察單位長(zhǎng)度的吸水量變化幅度，在注漿后試驗(yàn)單位長(zhǎng)度的吸水量與注漿前的吸水量對(duì)比低于35%時(shí)，即可判定其達(dá)到注漿效果。

2）綜合物探檢測(cè)。

根據(jù)《鐵路工程物理勘探規(guī)程》相關(guān)要求，注漿完成后委托第三方檢測(cè)單位對(duì)注漿地基采用高密度電法檢測(cè)。根據(jù)采空洞穴高密度電法反演電阻率斷面圖，判斷注漿后地質(zhì)體是否密實(shí)。

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(diǎn)

①準(zhǔn)確探測(cè)采空洞穴情況，確定坑洞位置、走向、數(shù)量、尺寸等。

②注漿時(shí)連續(xù)注漿不升壓、吸漿量不減少時(shí)，提高漿液濃度。

③采空洞穴注漿應(yīng)按“先外后內(nèi)、先邊緣后中心”順序注漿施工，同時(shí)堅(jiān)持跳孔施鉆、跳孔注漿。

④注漿開始時(shí)孔口大量冒漿，一般為注漿套管固結(jié)質(zhì)量不好造成，需重新作好注漿管固結(jié)。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(shí)，必須清孔后再注漿。

⑥當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件簡(jiǎn)單時(shí)，可一次性注漿；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，注漿未達(dá)到技術(shù)要求時(shí)，需重復(fù)清孔，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)方可停止注漿。

5 注意事項(xiàng)

①對(duì)探明的坑洞要逐個(gè)編號(hào)，再逐個(gè)處理銷號(hào)。

②采空洞穴如有泥水填充，需進(jìn)行沖壓清理后再進(jìn)行注漿。

③對(duì)探明的在影響范圍內(nèi)及與影響范圍內(nèi)有關(guān)聯(lián)的采空洞穴要一同處理到位。

④加強(qiáng)普查，對(duì)可能遺留的采空洞穴注漿問題進(jìn)行整治。

⑤鉆孔記錄、注漿記錄等原始資料要完整、準(zhǔn)確。

6 結(jié)語

本文通過小煤窯采空洞穴施工工藝、流程、技術(shù)措施進(jìn)行闡述，通過對(duì)施工過程中“探灌結(jié)合、邊探邊灌”的工藝特點(diǎn)、工藝改進(jìn)、質(zhì)量控制、重難點(diǎn)等進(jìn)行歸納總結(jié)，通過壓水試驗(yàn)、綜合物探檢測(cè)、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(wěn)定，不存在不均勻沉降、失穩(wěn)、塌陷等病害，為后期此類案例施工提供了重要的施工經(jīng)驗(yàn)，為保障高鐵開通運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。