乌鲁木齐绕城高速公路施工图设计说明(采空区专题设计)

1.概述

1.1工程概况

乌鲁木齐绕城高速公路（东线）起自甘泉堡工业园区，接吐乌大高速公路（甘泉堡互通），经乌鲁木齐东，止于吐乌大高速公路乌拉泊互通，路线全长约62.5km，全线采用双向六车道高速公路标准，设计速度100km/h，路基宽度33.5m。

根据乌鲁木齐绕城高速公路（东线）前期研究成果，结合路线总体走向，第一合同段不可避免的需穿越铁厂沟煤田采空区。

1.2煤田采空区分布

根据本次勘察成果，在拟选路线K19+630～K22+900自北向南分布有17#-46#煤层，

煤层属侏罗系西山窑组（J

2x ），以及侏罗系下统八道湾组（J

1

b）。煤层走向65～70°，

走向近东西，倾角45～86°，煤层露头均与上覆第四系地层，呈角度不整合接触。

线路自北向南依次分布有：沙沟幸福煤矿（K19+630- K19+960）、众兴二矿（K21+220- K21+880）、曙光六矿（K22+280-K22+600）、志强煤矿（原八一煤矿）（K22+600-K22+900）、小窑乱采区（K23+985- K24+070）。路线利用煤矿企业工业广场预留煤柱布线。

线路经过露天煤矿二处，第一处：位于K21+220-K21+320（路右）众兴二矿北侧，开采深度约30-50m。第二处：位于K22+680-K22+880（路线穿越，八一煤矿原预留煤柱被露天开采，两侧存在采空区）。

除正规开采煤矿外，多有小窑开采，形成小规模采空，工作区共发现小窑开采二处。第一处：位于K23+985-K24+005（横穿）；第二处：位于K24+050-K24+070（横穿）。以上两处均属80年代初期无序开采的小窑，深度50m左右，目前在地表形成较多塌陷坑、洞。

采空区分布路段表1-1

1.3煤矿开采方式

煤矿开采方式：一般在广场安全煤柱设置主井及地面采煤设施，主井一般设置在煤层的底板。沿煤层倾向设置石门，沿煤层走向设置水平运输巷道。路线经过区域煤矿采煤方法为房柱式采煤法，房柱式采煤法为每隔一定距离先采煤房直至边界,再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。

1.4设计基本思路

采空区处理方案的确定主要依据地质资料和路线设计高度与采空区的关系而定。最终目的是达到：处治后路基的承载力与变形稳定性，能满足高速公路工程安全使用的要求。

目前，在地下采空区的处治技术方面，国内外尚没有相对完善的技术规程与规范，但在处治构筑物下伏空洞的方面，已有一些成功的实例。如开挖回填法、跨越法、注浆充填加固法等，其中注浆法应用较广。高速公路下伏采空区加固方案的选择，不但要考虑采空区的埋深、规模、成因、水文地质工程地质条件、矿的开采方式、开采时间等诸多因素，而且与经济条件、地基条件、道路条件、施工技术等密切相关。所以各采空区处理方法不具通用性和可比性，要根据采空区的具体特点，通过现场试验来确定。

对于采空区的处治，必须坚持的一个重要原则是坚持动态设计原则，根据现场施工时的实际情况，需要我们对采空区处治措施不断进行优化修正，最终达到采空区处治效果。

1.5采空区处治标段划分

采空区治理第一施工标段桩号为K19+630-K19+960，主要为幸福沙沟煤矿采空区治理设计。

1.6采空区处治方案选择

1.6.1煤矿采空区

本项目所经煤矿采空区基本为急倾斜煤层（倾角大于55º）采空区，根据采空区勘察及分析可知，拟建线路从煤矿预留安全煤柱上通过，拟建线路大部分处于移动区和变形区，必须经过处理才能满足拟建道路工程要求。

路基抗变形处理方案是采用一定的处理措施处治预留安全煤柱上的浅层窑采空区和固结浅层岩体裂缝和裂隙，使其不发生突然的坍塌、冒落。同时对该路段的路基路面采用特殊措施处理，增加路基的整体性，减小局部变形对路基的影响，同时增加拟建道路路面结构刚度，避免路面发生突然变形。

通过比选，推荐对于煤矿采空区采用注浆充填+网格地梁格栅处治方案。为进一步加强路基抗变形、路面抗裂缝能力，在路床底设置一层土工格栅。

1.6.2井洞处理方案

根据勘察成果，在拟建道路穿越沙沟幸福煤矿矿区内，分布有2个井洞，必须进行处理。对该风井进行回填处理，采用不含有机质的各类废土回填，回填后进行注浆处理。

2.区域地质概况

2.1地形地貌

拟建场地位于米东区铁厂沟，属低山丘陵区，总体地势南高北低，海拨高程在 778～3m之间，现区域内存在四带西南至东北向煤田采空塌陷区，局部已回填，可见较多塌陷坑。

2.2 地层构成

矿区（含井田及周边地区）出露的地层主要有侏罗系下统八道湾组（J

1

b）、三工河

组（J

1

s）、侏罗系下统西山窑组（J

2

x）、第四系（Q

3

、Q

4

）。由老而新分述如下。

⑴、侏罗系下统八道湾组（J

1

b）

八道湾组岩性一般由灰色和深灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩、炭质页岩夹煤层及菱铁矿透镜体组成。地层平均厚度766m。

⑵、侏罗系下统三工河组（J

1

s）

三工河组为灰色、灰绿色泥岩、砂岩不均匀互层，夹粗砂岩、粉砂岩，含植物化石。并夹薄煤层。地层平均厚度475m。

⑶、侏罗系中统西山窑组（J

2

x）

西山窑组为一套以湖沼相～泥炭沼泽相沉积，伴有少量河流相沉积的含煤碎屑岩建造。岩性一般由灰色和深灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩等组成。夹不太稳定的中砂岩及粗砂岩。本组为该区域主要含煤地层，煤层层数多，厚度大。地层平均厚

度765m。根据含煤情况，岩相、旋徊特征及煤层赋存特点等可划分为二个含煤段。

①西山窑组下段（J

2

x1）

岩性一般由灰色、深灰色泥岩、细砂岩互层出现。下部为灰白色中砂岩夹细砂岩及粉砂岩，中部夹炭质泥岩及煤线。底部为厚层灰白色中砂岩，全区稳定与下伏地层三工

河组（J

1

s）呈整合接触。本段地层厚度40m。

②西山窑组上段（J

2

x2）

岩性由灰色、深灰色、灰黑色炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩组成。中部夹有薄层中砂岩及菱铁矿层，较为稳定。下部夹薄层炭质泥岩及不稳定中粒及粗粒砂岩。底部为一套厚层状灰色粉砂岩、细砂岩互层及薄层炭质泥岩。本段地层厚度525m。

⑵第四系（Q

3、Q

4

）

广泛覆盖于较老地层之上。可划分为两段。

①上更新统下段（Q

3

1）：为半胶结及未胶结的砾石层夹透镜状粉砂质粘土层。一般厚度71～81m。

②上更新统上段（Q

3

2）：为土黄色的粉砂质粘土及粘土质砂。厚度5～20m。

③全新统（Q

4

）：为杂色的采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5～100m。

根据探井、钻孔揭露，拟建场地地层主要由①杂填土、②黄土状粉土、③卵石土、④全风化基岩、⑤强风化基岩、⑥煤、⑦微-中风化基岩构成。现分别描述如下：

①杂填土：黄褐色、灰色、黑色、灰黑色，在拟建整个场地均有分布，厚度变化较大，厚度0.5-6.0m，局部地区大于10.0m，组成物质杂乱。主要回填物以建筑垃圾为主。采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5～100m。

松散稍湿

②黄土状粉土（低液限粉土）：黄褐色、灰褐色，在场地内大部分区域有分布，埋深0.5-6.0m，厚0-20m，干强度高，韧性低。土体中含有较多白色钙质结核及小砾石，可见大孔隙。摇振反应中等，无光泽反应。

稍密稍湿

③卵石土：青灰色，在场地内大部分区域有分布，埋深0.5-20m，厚0-50m，亚圆状，一般颗粒2-5cm，最大0.5-1.0m，级配一般，骨架颗粒占60-70%，充填物为中粗砂。母岩主要为变质岩碎屑，主要成份为石英、长石。

中密-密实稍湿

④全风化基岩：灰褐色、灰色、灰红色。整个场地均有揭露，埋深5-70m，以砂岩、泥岩为主，风化剧烈呈土状、碎块状，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩石质量指标为极差。

⑤强风化基岩：灰色、灰绿色、灰黄色。整个场地均有揭露，地质年代属侏罗系西山窑组，岩性为泥岩、泥质粉砂岩、砂岩、炭质泥岩夹煤层，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，岩石质量指标为极差。

⑥煤：灰黑色、黑色。整个场地均有揭露，受地层产状影响，埋深及揭露厚度均变化很大，地质年代属侏罗系西山窑组，呈沥青-弱玻璃光泽，煤岩成份以亮煤为主，次为镜煤和暗煤，半亮-光亮型，风化裂隙发育，岩体破碎，岩石质量指标为极差。

⑦中-微风化基岩：灰色、灰绿色、灰黄色，整个场地均有揭露，受地层产状影响，埋深及揭露厚度均变化很大，地质年代属侏罗系西山窑组，岩性为泥岩、砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩。结构部分被破坏，风化裂隙发育，岩体为切割成岩块，岩石质量指标为差。

2.3煤层分布情况

1.侏罗系中统西山窑组

侏罗系中统西山窑组（J

2x

）共含煤29层，编号为17#-46#。井田地表被第四系全新统冲洪积层覆盖。工程揭露地层划为侏罗系中统西山窑组，该组总体属于河湖-沼泽相含煤沉积，总厚684m，细划为三个岩性段。

西山窑组下段(J

2x

1)：为主要含煤段，岩性组合以细砂岩、粉砂岩为主，夹炭质泥岩。含41～46号煤层。地层厚度370m。

西山窑组中段(J

2x

2)：岩性组合仍以细砂岩、粉砂岩为主。含25～40号煤层。地层厚度182m。

西山窑组上段(J

2x

3)：岩性组合以粉砂岩、细砂岩为主，夹炭质泥岩。含17～24号煤层。地层厚度132m。

2.侏罗系下统八道湾组（J1b）

八道湾组岩性一般由灰色和深灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩、炭质页岩夹煤层及菱铁矿透镜体组成。地层平均厚度766m。工作区发现该地层含3道薄煤层。

2.4水文地质

井田内无常年河流，在西界外铁厂沟溪水自南向北流过，常年有水，溪水面标高为+765～+750m，年均流量134L/s。井田以东柏杨沟河（溪）为一季节性河溪，大量融雪和雨季时有洪水通过，冬春季有时断流。平时流量很小仅24～49L/s，年均流量32L/s。

井田边界附近有两条季节性水流，其中碱泉子沟从井田东界通过、平时无水、仅在雨后和大量融雪时有短暂水流。井田东北角沟底标高+754m，为区内最低侵蚀基准面。河床宽40～50m，是井田地表洪水和矿井水的主要排泄通道。铁厂沟东支自南向北流经井田西界，沟谷宽可达100～150m，平时无水流，春洪和雨季有暂时性地表水通过。河床标高+787～+780m，它是地表洪水的另一个主要排泄渠道。

工作区主要由松散岩土类和碎屑类组成。根据矿区的具体水文地质条件和工程地质特征，将其划分为二部分。即第四系松散岩土层和陆源相碎屑岩类。

（1）第四系透水含水层

第四系松散半固结亚砂土和冲洪卵砾石层：上部亚砂土细而均匀局部含砾石，主要分布于山包阶地之上，厚度在3-40m，下段为灰色砾石层，厚度为0—100m，一般可达35m，由于其含水，划分为含水层。

（2）碎屑岩类含（隔）水层

碎屑岩类包括西山窑组和头屯河组地层，西山窑组岩性为泥炭沼泽相的灰色、深灰色泥岩、炭质泥岩、粉砂岩、细砂岩夹薄层不稳定的中-粗砂岩层。构成一套细屑为主、粗细相间、旋回式韵律沉积，主要含水层为细砂岩、薄层中—粗砂岩的孔隙裂隙水，特别是胶结不好的砂岩，含水性明显，在向斜南唯一补给源是现河谷，地层中泥岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩等属隔水层。

目前受煤层采动影响，煤层与含水层导通后，形成降落漏斗，地下水渗入井下，被人工抽排出煤田，但随着煤矿停采封井，水位将会逐年上升，将对工程构成不利影响。

3.本标段煤田采空区总体情况

3.1沙沟幸福煤矿开采情况

⑴煤田简介

井田范围内现有长山子一号矿、长山子二号矿、长山子三号矿三个矿井，始建于1980年后，现三个矿+485m水平以上以全部采空，采煤方法为房柱式采煤法，各井的开采情况如下。

一号矿：位于井田东部，东西走向长450～530m，南北宽195m，开采43号和45号二个煤层，井型30kt/a。现生产水平为+485m，采深约300m。该矿于2005年底关闭。该矿现已停产。

二号矿：位于井田中部，始建于1980年，1981年投产。东西走向长300m，南北宽250m，开采43号和45号二个煤层，井型30kt/a。现生产水平为+485m，采深约300m。

三号矿：位于井田西部，始建于1993年，1994年投产，东西走向长290～346m，南北宽122～202m，开采43号和45号二个煤层，井型20kt/a。矿井最终生产水平为+485m，采深约300m。该矿现已停产。

⑵煤层分布

井田地处七道湾背斜北单斜的东段，总体为一单斜构造，岩、煤层走向65～70°，倾向北西，倾角76～86°。

井田内煤层埋藏深度为50m左右，共含煤六层。自上而下分别为41号、42号、43号、44号、45号、46号。井田内41号（厚度4.6m）、42号（厚度4.8m）、43号（厚度10.15m）、45号（厚度28.5m）煤层为全区可采煤层。

3.2煤层顶底板围岩

工作区内沙沟煤矿主要可采煤层直接顶底板主要为粉砂岩，根据收集矿区资料综合分析，43号煤层顶板，其抗压强度在天然状态下单向抗压强度为40～25.2MPa ，饱和状态下抗压强度仅为9.2-2.5MPa，单向抗拉强度为2.6～2.3MPa，直剪切强度为 6.5～4.0MPa。属不稳定～中等稳定岩层。

3.3采空区顶板管理

井田范围内地表无建筑物，属丘陵荒地，采空区顶板管理采用陷落法即随采随放方式管理，若工作面顶板放不下来，采用强制放顶或超前预爆破的措施处理顶板。在地表形成了大小不一的塌陷区，塌陷区采取复垦措施、利用固体废物填垫塌陷坑，这样塌陷坑得到治理，同时减少了矸石堆放对井田所在区域土地资源的占用和破坏。塌陷坑的及时回填对煤柱起到反压作用，有利于减少安全煤柱凌空面，阻止和减缓安全煤柱侧向垮塌和变形。

４.煤矿预留安全煤柱情况

通过收集的幸福煤矿安全煤柱资料显示，该安全煤柱均煤矿工业广场，其偷采、超采的可能性较小，安全性较高。通过物探勘察以及钻孔验证等地勘手段进一步探明了煤矿安全煤柱的宽度及留设情况，路线尽量从安全煤柱中心布线，最大限度降低安全隐患。

采空区路线与安全煤柱关系表4-1

辛福沙沟煤矿位于七道湾背斜北翼，岩层产状北倾，倾角为75°-85°。覆盖层岩性以卵漂石为主，厚度为50~90m。井田内煤层具有煤层厚度大、埋藏深的特点。煤矿采深310m—330m。5.岩土工程条件评价

5.1 场地稳定性评价

5.1.1 断裂评价

工作区地处准南煤田东南部，为天山纬向构造体系二级构造带中的次级褶皱、断裂带中。由于受燕山运动及喜玛拉雅运动的强烈影响，致使本区褶皱断裂发育。本区构造应力主要来源于南北向的压应力，因而形成了向西倾伏、向东翘起的七道湾背斜和八道

湾向斜。背斜北翼被F

2

大断裂切割，上盘形成北单斜。

F

2

走向断层从沙沟煤矿南部边缘通过，断层与地层产状基本相同，倾角75°左右。上盘上升，下盘下降，落差约65m，该断层造成地层松软、破碎，岩体节理、裂隙发育。

5.1.2 场地土类型、场地类别划分

根据现场勘察及波速测试成果，拟建场地地层主要由第四系覆盖层和下伏侏罗系基岩构成，覆盖层厚度>5.0m，等效剪切波速平均值>250m/s，综合判定为中硬场地土，Ⅱ类建筑场地。

5.1.3 抗震地段的划分

根据煤层采空区稳定性评价，在拟建场地内，破坏移动区属抗震危险地段，移动区、变形区属抗震不利地段，稳定区属可以进行建设的一般地段。

5.2 场地岩土评价

①杂填土：场地大部分地区均有分布，组成物松散、杂乱，采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5～100m。力学性质较差，未经处理不可作为道路路基，不可作为建（构）筑物天然地基。

②黄土状粉土（低液限粉土）：整个场地均有分布，层位稳定，力学性质一般，经处理后可作为道路路基和建（构）筑物天然地基。

③卵石土：大部分场地均有分布，层位较稳定，力学性质好，可作为道路路基和建（构）筑物天然地基和持力层。

④全风化基岩：整个场地均有揭露，风化剧烈，力学性质一般，可作为为道路路基持力层。

⑤强风化基岩：整个场地均有揭露，风化剧烈，力学性质较好，可作为建（构）筑物天然地基。

⑥煤：整个场地均有揭露，埋深及厚度变化较大，岩体基本质量级别为V级，力学性质一般，可作为为道路路基持力层。

⑦中-微风化基岩：整个场地均有揭露，力学性质良好，为良好的下卧层。

6.采空区治理

6.1施工条件及主要材料

1.交通：路线穿越幸福沙沟煤矿工业广场煤柱，场地南侧为X144（沟通铁厂沟与柏杨河的三级公路），场地内也有一些煤矿企业的简易道路可通行各类车辆。

2.通讯：有电话电缆经过场地，具备安装电话的条件。

3.居住条件：现场有煤矿企业的房屋可租用，以有空场地可自行建设临设。

4.施工用电：场地内有煤矿企业的用电设施，并建议自备备用电源。

5.施工用水：场地内水资源紧张，建议与煤矿企业或地方水务部门协调解决水源问题。

6.粉煤灰：经对国电红雁池发电有限公司二厂粉煤灰灰坝的调查及现场取样检验，该灰坝粉煤灰的质量和存量基本满足本工程需要，运距约50km。

7.水泥：设计推荐采用32.5R复合硅酸盐水泥，可根据施工试验段实际情况调整，要求水泥标号32.5以上。距现场30km左右仓房沟有天山水泥厂。

6.2总体要求

采空区处理方案的确定主要依据地质资料（现有的物探、钻探资料）和路线设计高度与采空区的关系而定。

采空区处理设计总原则为：处治后路基的承载力与变形稳定性，应能满足高速公路工程施工的要求，且保证在公路设计使用年限内，不发生超过高速公路规定的允许地基变形界限值和强度破坏。

对于采空区的处治，必须坚持的一个重要原则是坚持动态设计原则，根据现场施工时的实际情况，需要我们对采空区处治措施不断进行优化修正，最终达到采空区处治效果。

1.充填固结注浆主要针对路基加固范围内的采空区、岩体裂隙进行处理；

2.帷幕注浆主要针对路基加固边界的采空区、岩体裂隙进行处理，形成帷幕；

3.钻孔作业包括先导孔、注浆孔、检查孔的钻孔，以及钻孔和注浆所必需进行的钻取岩芯和试验、钻孔冲洗、注浆前下套管等全部钻孔作业。

4.注浆浆液类型采用配制的稳定浆液。注浆方式一般采用上行式，即自下向上分段纯压式注浆和孔口封闭纯压式注浆相结合的综合注浆法；

5.总体要求涉及的试验标准应按照公路、水利等有关规范、标准执行。

6.3治理目的

注浆的主要目的是固结由于基岩变形引起的裂缝和空隙，同时充填局部地段小窑采空造成的空洞。铁厂沟煤矿预留煤柱岩性为泥岩、砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩，结构部分被破坏，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块，岩石质量指标为差。通过注浆，封堵岩体不连续面（主要包括裂隙、岩层层面、断层等），注浆后，依靠浆液的渗透力把岩体结构面黏结在一起，使岩体完整性增加；同时，浆液在化学反应进程中，某些化学剂与岩土中的元素进行离子交换形成新的物质，增加固结岩土的结构强度。提高路基的整体性和稳定性，确保公路安全使用。

6.4设计依据

（1）《乌鲁木齐绕城高速公路（东线）铁厂沟煤田采空区施工图设计阶段专门岩土工程勘察报告》；

（2）《水工建筑物水泥注浆施工技术规范》(DL/T5148-2001)；

（3）《注浆技术规程》(YBJ44-92)；

（4）《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T50448-2008)；

（5）《公路路基设计规范》(JTJ D30-2004)；

（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024-85)；

（7）《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-)；

（8）《大坝岩土基础注浆施工》水利电力出版社；

（9）《锚固与注浆技术手册》(中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会)；

（10）《地下建筑注浆简明手册》科学出版社；

（11）《地基处理手册》(第三版)；

（12）《建筑物、水体、铁路及主要并巷煤柱留设与压煤开采规程》(煤炭工业出版社)；

（13）《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-1999)；

（14）《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999》；

（15）《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)；

（16）《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100-1999)；

（17）《工业硅酸钠》(GB/T4209-2008)；

（18）《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2001)；

（19）《水工混凝土试验规范》(DL/T5150-2001)。

（20）《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/T D31-03-2011）。

6.5参考资料

⑴高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册（山西省交通厅、中交通力公路勘察设计工程有限公司）

⑵《大坝岩土基础注浆施工》水利电力出版社

⑶《锚固与注浆技术手册》（中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会）

⑷《地下建筑注浆简明手册》科学出版社

⑸《地基处理手册》（第三版）

⑹《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》煤炭工业出版社

6.6注浆治理方案设计

6.6.1设计原则

⑴功能性原则；针对工程目的和要求，注浆方案的可用性，可靠性等功能要求。

⑵适用性原则：注浆工程适应工程性质、条件、外部环境及其变化的程度。以及注浆的工程规模、有关参数和技术指标，在目前的技术水平条件下的可行性。

⑶经济性原则：注浆方案通过技术经济比较，投入产出分析，在满足功能性要求的前提下，工程费用较低，投资能够承受，在确定采用后，尚应采用先进技术，优化注浆方案，合理使用材料。

⑷环境原则：避免污染环境或最大限度减少污染，包括避免或减少材料的毒性、粉尘、有害气体及析出物、固化物，降低施工过程中的噪音。

⑸安全性原则：注浆方案能够保障拟建建（构）筑物和相邻建筑物的安全，保证施工人员的安全。

根据上述设计原则，结合本工程的重要性、注浆加固目的、地质条件、结构的性质与类型、荷载及变形特性、时效性、进度等，以使注浆加固能满足上述各方面的要求和条件，充分发挥其功能。

6.6.2预留安全煤柱各区划边界的确定

根据有关理论，结合同类工程经验以及长观资料，对采空区各区划边界进行确定。

根据煤层走向，煤柱破坏角为85°、移动破裂角为70°，走向稳定角为67°，煤柱破坏移动区、变形区、稳定区在现有断面上的分布情况见下图。

沙沟煤矿煤柱破坏移动区、变形区、稳定区示意图

经分析判定道路路面全部或部分位于工业广场安全煤柱变形区，需做地基加固处理。

6.6.3采空区注浆治理范围的确定

采空区治理范围包括沿公路轴线方向上的治理长度、垂直轴线方向上的治理宽度及地下治理深度和注浆段的高度。注浆范围与空洞的分布、埋藏深度、上覆岩性及路基类型（挖方、填方）等因素有关。参照目前国内已实施工程及相关规范，采空区治理范围为：

1.采空区注浆治理长度

采空区治理的长度为公路路线走向上采空区实际分布长度，并考虑增加覆岩移动角影响范围内的治理长度。根据煤矿多年沉降观测资料，通过数值计算，并结合当地的工程经验，对采空区治理长度进行了综合确定。

拟建道路场地沙沟煤矿内，加固长度范围为K19+630～K19+960；

采空区注浆治理总长为：330m。

2.采空区注浆治理宽度

对于路基下采空区，治理宽度选取设计原则是确保周围未治理的采空区塌陷时对拟建高速公路的路基、路面不引起开裂、下沉等变形。根据路基设计规范中对采空区路基的相关规定，并参考已建的高速公路上对煤矿采空区设计和采空区治理经验，结合本工程的具体特点, 对采空区治理宽度进行了综合确定。

L=D+2d+2(hcot¢+Hcotδ)

其中：D——公路路基底面宽度；

d——路基维护带一侧宽度，取10m；

H——采空区上覆基岩厚度；

¢——松散层移动角；

δ——走向方向采空区上覆基岩移动角；

h——松散层厚度。

根据计算结果，设计中考虑了富余宽度，确定处置宽度为：

K19+630～K19+960段沙沟煤矿，加固宽度为沿路线中心两侧各105m。

3.采空区治理深度

根据路基设计规范以及以往的工程处治经验，采空区处治深度为地面至采空区（或煤层）底板以下不小于3m。本项目为路线沿安全煤柱布设，结合类似工程经验，充分利用现有的安全煤柱，处理深度为地面至安全煤柱稳定区以下3.0m。

K19+630～K19+960段沙沟煤矿，注浆加固最大深度为300m，最小深度为50m。6.6.4注浆孔间距及布置

根据本地区相似工程注浆实践成果，本标段沙沟幸福煤矿采空区处治工程注浆孔距设计推荐孔距、排距为15.0m，采用梅花形布置；最外侧为帷幕注浆孔，其余为充填、固结注浆孔。帷幕注浆孔孔距确定为5m，用于封堵浆液不至于注入外侧采空区或非加固区。具体间距亦可结合现场试验段的试验情况进行优化调整。

6.6.5注浆浆液选择

根据已建成的高速公路煤矿采空区治理的经验，确定注浆浆液为：K19+630～K19+960段沙沟煤矿，注浆孔浆液为水泥粉煤灰浆。

对于帷幕孔中有较大空洞的地段可结合施工过程中的实际情况，采用预填骨料注浆法。具体处治方案需根据现场试验及实际施工情况进行优化调整。

6.6.6采空区注浆量预测设计

由于采空区勘察手段的局限性, 采空区的实际采空体积难以精确计算, 加之注浆时，浆液充填覆岩裂隙的量难以精确计算，因此，采空区注浆量只能是预测。主要包括两个部分, 一是安全煤柱边缘浅部采空区残留空洞注浆量，第二是岩土裂隙注浆量。具体计算由以上各点综合考虑, 采用下式计算。

采空区空洞体积指采空区治理范围内的采出煤层体积，扣除采空区因顶板冒落而已发生的变形。

注浆浆液的结石率按80%计算，浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝的充填率

要求为75%，考虑在注浆过程中浆液损失，注浆量按公式： Q

总

=A²ΔV²η/c 式中：A——浆液损耗系数，取值1.1；

ΔV——采空区剩余空隙体积(m3)；

η——浆液充填率，取值0.75；

C——浆液结石率，取值80%。

根据预测计算，本标段注浆范围K19+630～K19+960段共需注浆133071m3，预填砂砾骨料5630 m3。

采空区空洞体积及注浆量表6-1

6.6.7注浆施工顺序

1)先帷幕孔施工，后充填、固结孔施工。

2)帷幕孔按“分序加密、隔孔灌注”原则实施，共分二序施工。

3)固结孔按“分序加密、隔排隔孔灌注”的原则实施，即间隔—排灌注，同一排的孔与孔之间隔孔灌注，共分四序施工。

4)同一次序的孔可以同时施工：不同次序的孔，在前一次序的孔全部注浆完成后，方可进行后一次序孔的钻孔施工。

注浆孔钻探应分序次间隔进行，1序孔对采空区可以起到补勘的作用，根据实际地层及采空区情况对后序的孔位、孔距、孔数进行适当调整，以弥补均匀布孔设计的不足；注浆工作也应间隔式分序次进行，1序次孔浆液可能扩散范围较大，2序次孔注浆将使前序次未充填的空地得到再次充填，从而提高充填率。

6.6.8注浆设计参数

注浆设计参数为设计推荐参考值，具体设计参数可根据现场试验段试验情况进行优化调整。

1.注浆压力

有效注浆压力按下式计算：

P=P

1

+P

2

-P

3

–P

4

式中：

P—注浆压力(简称全压力)，MPa；

P

1

—孔口压力表指示压力(简称表压力)，MPa；

P

2

一孔口压力表中心至注浆段中心的浆液柱自重压力，MPa；

P

3

一地下水对注浆段的压力，MPa；

P

4

—浆液在注浆管和钻孔中流动的压力损失，MPa；

P

2

、P

3

可用下式计算：

P

2

=h³γg

P

3

=h w³γw

式中：

h—孔口压力表中心至注浆段中心的高度，m；

hw—地下水位至注浆段中心的高度，m：

γg—浆液的重度，N/cm3；γw—水的重度，N/cm3；

对注浆压力的规定如下：

1)注浆压力以安装在进浆管路孔口处的注浆压力表的中值控制。

2)串浆孔(组)或多孔并联注浆时，应分别控制注浆压力，同时应加强抬动监测，防止发生抬动破坏。

根据本地区相似工程注浆试验成果，注浆孔各深度段注浆压力设计推荐值见下表。具体注浆压力值应结合本项目现场试验段试验情况进行优化调整。

注浆孔各深度段孔口注浆压力设计推荐参考值表6-2

2.注浆流量

本工程注浆流量(注入率)初步推荐按50～150L/min控制。

3.钻进方法

为保持孔壁的光滑、稳定，宜采用清水钻进，成孔困难孔段也可采用泥浆扩壁钻进或套管跟管钻进，但套管不得隔离拟加固注浆段地层。

4.钻孔结构

（1)开孔直径不小于130mm，宜控制在130～150mm之间，经过一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91mm，设计推荐110mm。

（2)穿透第四系进入基岩稳定地段4～6m后，下入套管，套管内径以能够确保下部钻孔顺利施工为原则，并用水泥浆液封闭套管与地层之间的间隙。换用Φ110mm口径钻头继续钻进，直至设计孔深。

５．注浆管

注浆管宜选用直径不小于φ50mm的钢管,需投入集料时管径不应小于φmm。

6．取芯孔数量应为注浆孔、帷幕孔总数的3%～5%，采空区部位岩芯采取率不应小于30%，其他部位岩芯采取率不应小于60%。

7.注浆段长度

1)设计推荐注浆段长度选用30.0m、40.0m、50.0m进行比选，通过现场试验情况确定适宜的注浆段长度。

2)如遇绕塞返浆、岩体及煤层破碎致使注浆塞在规定位置卡塞不住等特殊情况时，合并注浆段，直至最后—段注浆采用孔口封闭纯压式注浆。

8.注浆结束标准

1)对帷幕注浆孔，注入率控制为70L／min，各注浆段的孔口注浆压力达到表6-2设计压力并维持10min，结束该段注浆。

2)对充填、固结注浆孔，注入率控制为70L／min，各注浆段的孔口注浆压力达到表6-2设计压力并维持15min，结束该段注浆。

3)距注浆孔口3.0m范围冒浆，结束注浆。

4)各类注浆孔，注入率控制为50-150L／min，当注浆段孔口注浆压力陡升，超过表6-2设计压力值后，难以维持稳定，继续上升，可直接结束该段注浆。

最终标准可根据现场试验段的情况优化调整。

6.7 采空区注浆工程施工

6.7.1注浆材料和稳定浆液

6.7.1.1 注浆材料

本次注浆采用水泥粉煤灰浆加适量外加剂作为注浆材料。材料具体要求如下：

1.水泥

1)本工程选用32.5R复合硅酸盐水泥。

2)注浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使刚受潮结块的水泥。水泥不应存放过久，出厂期超过3个月的水泥严禁使用。

3)在注浆施工过程中，应对水泥的强度、安定性、凝结时间等进行每批次和每300吨均需抽样检查。

2.粉煤灰

粉煤灰为电厂初排产品，满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-2005）规定的Ⅲ级技术要求标准。

3.水

应符合拌制混凝土用水要求，pH值大于4。

4.外加剂

根据本地区相似工程注浆试验成果，选用模数为2.4～3.4的水玻璃溶液作为注浆材料外加剂，浓度宜大于50波美度，掺量占水泥量的3.0％。按每批次和每100吨均需抽样检查。

水玻璃性能指标表6-3

6.7.1.2 稳定浆液

稳定浆液需满足流动性、稳定性、结石抗压强度、凝结时间等多种性能要求。因此，制浆完成以后需进行各种试验测定其性能指标，以确保工程质量。

1.浆液性能指标测试方法

1)流动度

在无扰动条件下，采用截锥圆模，测定注浆材料自由流动的最大扩散直径及与其垂直方向的直径，计算其平均值。

2)结石率

将新配置的浆液注入量筒中静置。记录2h浆体析水体积。浆液结石体积与浆液总体积的百分比即为结石率。

3)比重

浆体的质量与其体积的比值。采用泥浆比重计测定积液密度。

4)凝结时间

在一定温度下，从参加反应的组分全部混合时起，直到凝结发生而浆液不再流动为止的一段时间。可采用试锥稠度仪来测定水泥浆的初凝和终凝时间。

5)结石抗压强度

用70.7mm³70.7mm³70.7mm的成型试模，在20℃±5℃水中养护或标准养护，测定28d龄期的结石抗压强度，每组取3块测其平均值。

2.水灰比注浆浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1:1.0，1:1.1，1:1.2，1:1.3。水泥占固相20%，粉煤灰占固相80%。帷幕孔注浆施工时，应在浆液中掺加水泥重量3%的速凝剂，使灌入采空区的浆液尽快凝固形成帷幕，减少流出治理区的浆液损失。当注浆孔注浆量较大，除采取其它施工措施（投骨料）外，可在浆液中掺加水泥重量3%的速凝剂，使灌入采空区的浆液尽快凝固，控制浆液的流动。

在施工前，应按施工时使用的水泥、粉煤灰，在试验室作浆液配比试验（配比分别为1：1.0，1：1.1，1：1.2，1：1.3），试验内容应包括每立方米浆液干料含量、浆液密度、初终凝时间、结石率、试块结石体无侧限抗压强度，试块结石体最终强度应≥0.6MPa。

设计推荐水泥粉煤灰浆配合比为水固比为1:1.3，水：水泥：粉煤灰=1:0.26:1.04。具体配合比可根据现场试验段情况进行优化调整。

6.7.1.3稳定浆液配合比试验

1.室内试验

根据室内试验，结合地区建筑经验，固相比按2:8，水固比按1：1.0，1：1.1，1：1.2，1：1.3，试配20组浆液。先在水中养护，拆模后，按标准条件进行养护。具体浆液中各材料的用量分别理论计算见下表。

水泥-粉煤灰浆液理论配置表表6-5

2.浆液的拌制

拌制浆液的材料应当进行称量，水泥、粉煤灰等干料采用重量称量法；水、外加剂溶液可采用体积称量法。不论何种方法称量误差均应小于2%。

拌制浆液时，应根据拌制材料的成分和形态，确定向搅拌机内加料的次序。配置水泥基浆液时，应先加水，而后加入水泥，基本搅拌均匀后再加入粉煤灰，外加剂等最后加入。

浆液需用的搅拌时间，应根据浆液的种类和搅拌机性能而定，其基本原则是在达到充分搅拌、混合均匀和高度分散的前提下时间最短，并便于施工。

6.7.2施工准备

6.7.2.1钻孔设备

1.钻孔设备要求

1）钻机性能应满足注浆对钻孔的技术要求。钻进方法宜采用回转式钻机钻进，也可采用冲击式或冲击回转式钻机钻进。当采用后者钻进方法时，应保证孔壁光滑、顺直，并加强钻孔冲洗。

2）使用的钻孔冲洗设备应保证在所有压力下都有足够的供水量。

3）钻具应适合于本工程硬度的岩石中钻孔，有较高的钻进效率，钻进时钻机平稳，成本低，孔壁圆整，能满足注浆孔的技术要求。

4）应准备足够的压力表、压力软管、供水管及阀门等。

2.钻孔设备

1）钻机

注浆工程的钻孔机具包括钻机和钻进工具。本次工程，根据施工环境、岩石性质、钻孔深度、钻孔方向、钻孔直径和注浆方法等因素选择高效率的钻孔方法和钻机。具体如下。

(1)回转式钻机

回转式钻机是目前使用最多的一种钻孔设备。其中，立轴式液压钻机由于分档较多，转速高，机体较轻，操作简便、能耗较低，是注浆钻孔的主要设备。

(2)潜孔锤钻机

潜孔锤钻机是以回转式钻机为基础，在钻头上部连接一个专门的冲击器，与回转钻进相比，它钻孔速度快，机动灵活，钻孔费用较低。

2）钻具

即钻进工具，它由主动钻杆、钻杆、钻铤、岩芯管、沉淀管、各种连接接头、接箍以及钻头组成。

处治工程中，根据地层、钻进情况，合理地选择和使用钻具。

6.7.2.2注浆设备和机具

1.注浆设备和机具要求

1）料场：堆放材料的场地平整硬化，运料车辆能正常通行，且临近搅拌池，便于材料运输、搬运，并要有防潮、防雨、防冻措施。

2）搅拌池：搅拌池应建设为圆柱形，中间设置搅拌机系统，使搅拌后的浆液均匀，符合设计要求，每次搅拌的浆量应满足注浆泵压浆的要求。搅拌机的钻速和拌合能力应分别与所搅拌浆液的类型和注浆泵的排量相适应，保证能均匀、连续地拌制浆液。

3）蓄水池：制浆站应根据注浆总量的要求，建设一个或几个蓄水池，并配套抽水机械，保证注浆过程中制浆时对水的需求。

4）注浆泵：每个泵站不少于2台，宜采用变档定量泵，其额定排量不小于200 L/min。注浆泵压力应大于注浆最大设计的1.5倍。压力波动范围宜小于注浆压力的20%，排浆量能满足最大灌注率的要求。

5）压力表：注浆泵和注浆孔口处均应安设压力表。使用压力宜在压力表最大标值的1/4-3/4之间。压力表与管路之间应有隔浆装置。

6）注浆塞应与采用的注浆方法、注浆压力及地质条件相适应，胶塞应具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大注浆压力下能可靠地封闭注浆孔段，并易于安装和卸除。

7）输浆管宜采用无缝钢管或高压胶管，注浆管应采用无缝钢管。注浆管路应保证浆液流动畅通，并应能承受1.5倍的最大注浆压力。

8）注浆塞应与所采用的注浆方式、方法、注浆压力及地质条件相适应，应具有良好的膨胀和耐压能力，在最大注浆压力下能可靠地封闭注浆孔段。并且易于安装和卸除。

9）集中制浆站的制浆能力应满足注浆高峰期所有机组用浆需要，并应配备防尘、除尘设施。当浆液中加入外加剂时，应增设相应的设备。

10）注浆的计量器具，如压力表、流量计、密度计、粘度仪、流动度测定仪等，应定期进行校验或检定。保持量值准确。

2.注浆设备

1）注浆设备的一般配置

注浆机具主要包括注浆泵、制浆和储浆设备、注浆塞等。

2）注浆泵

注浆泵是水泥注浆施工中的主要设备，要求有较大的工作压力和排浆量，能方便地调节泵的排量，易损配件有较高的耐磨性和耐蚀性，结构简单易于维修。优先选用三缸式往复活塞泵。

3）水泥浆搅拌机

水泥浆搅拌机是重要的注浆设备，它对浆液质量、注浆施工的工效和质量影响很大。水泥浆搅拌机按其用途应分为制浆搅拌机和储浆搅拌机。一般选用叶浆式搅拌机。

4）浆塞

注浆塞的型式很多，本工程推荐采用胶囊式膨胀塞体材料和构造。为单塞形式，即只封闭孔段的一端。

胶囊式注浆塞的技术性能表6-6

6.7.3钻孔施工

6.7.3.1钻孔方法的选择

在注浆工程中，钻孔是实现注浆的手段，是首先的和必不可少的工序。根据地层特点、岩石可钻性、帷幕注浆、固结注浆等条件，不同的注浆工程可以选择不同的钻孔机具和钻进方法。钻进方法与适用的岩石可钻性见表。

常用钻进方法与岩石可钻性对应表表6-7

6.7.3.2硬质合金钻进

1.钻头的选择

硬质合金钻头钢体应用DZ40、DZ50、DZ55号钢材制作，钻头内、外、底出刃应对称、平整，镶焊要牢固。硬质合金切削具的型号、规格、数量、镶焊角度和出刃量，应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等进行选择，见下表。

硬质合金钻头及硬质合金选型表 表6-8

2.钻进工艺

硬质合金钻进的要领：

(1)钻头下入孔内后，应慢速、轻压扫孔到底，然后逐渐加到正常参数； (2)经常保持孔内清洁，由钻粒换合金及硬质合金崩落时，应进行打捞； (3)保持压力均匀，不得随意提动钻具，遇有糊钻或岩芯堵塞孔内等异常情况时，应立即提钻处理；

(4)取芯要选择合适的卡料或卡簧，因为硬质合金的磨损较快，卡簧在配置时要特别注意。当采用干钻卡芯方法时，干钻时间不得超过2min ；

(5)合理掌握回次进尺长度，每次提钻后要检查钻头磨损情况，以改进下一回次的钻进技术参数。应根据岩性、孔径、钻头结构等因素合理选择钻进参数，见下表。

硬质合金钻进技术参数表 表6-9

3.全断面钻进

注浆孔的钻进常常不需要采取岩心，这样在基岩的强度和完整性较低的情况下，就可以进行全断面钻进。

全断面钻进孔底碎岩面积大，

因此应尽量采用小口径钻孔和阶梯式钻头。应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等进行选择，见表。

全断面硬质合金钻头及硬质合金选型表 表6-10

6.7.3.3潜孔锤钻进

潜孔锤钻进是利用压缩空气作动力，驱动孔底冲击器而进行的冲击回转钻进。一般钻孔直径不宜大于130mm 。

1. 钻进技术参数

潜孔锤钻进的主要技术参数包括风量、风压、钻压与转速等，见表。 潜孔锤钻进技术参数选择表 表6-11

2.潜孔锤跟管钻进注意事项

(1)在孔壁破碎不稳定地层，发生坍塌掉块现象，造成埋钻事故。在钻具低速回转情况下，可用高风压（1.2MPa）强行吹孔。当吹出部分岩屑和钻具回转挤碎的岩块后，再使钻具高速回转，快速上下串动钻具并吹孔，从而解除埋钻。

(2)在松散的堆石层或破碎带钻进时，可采用厚壁套管进行护壁。如果下套管比较困难，可采用潜孔锤下接套管进行跟管钻进，也可利用潜孔锤反冲起拔钻具、套管。6.7.3.4 覆盖层钻进

覆盖层一般都比较松散，钻孔时孔壁不稳定易坍塌，通常要采用护壁钻进的方法。

1.套管护壁钻进法

套管护壁钻进方法是用清水或风洗孔，因为不用泥浆，对注浆是有利的。使用潜孔冲击回转钻机的跟管钻进，可大大方便施工。

2.泥浆循环护壁钻进法

由于泥浆在循环过程中能在孔壁上形成泥皮，可防止孔壁坍塌，不用套管护壁，钻进效率高。作为循环护壁的泥浆，它起到冷却钻头、润滑钻具、携带钻屑和保护孔壁等作用。

6.7.3.5钻孔一般要求

1.钻孔过程中，遇岩性变化、发生掉钻、坍孔、钻速变化、回水变色、失水等异常情况，应进行详细记录。

2.当各类钻孔施工作业暂时终止时，孔口应妥加保护，防止流进污水和落入异物。

3.钻孔进尺达到设计深度时，应报验，经检查合格后，方可进行下一步施工。

6.7.3.6先导孔 1.进行钻孔施工时，应有3％的钻孔作为先导孔，先导孔按均匀分布、深浅结合、代表性强的原则布设，目的是进行地层核实、物探测试等工程地质条件的验证工作。

2.先导孔(兼做波速测试孔)钻孔，应予钻取岩芯，按取芯次序统—编号，并对钻孔冲洗、钻孔压力、芯样长度及其他能充分反应岩石特性的因素进行监测和记录。最后绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。

3.在钻孔过程中，钻进回次进尺的最大长度应在3m范围内，一旦发现芯样卡钻或被磨损，应立即取出，先导孔岩芯采取率不得小于65％。检查孔岩芯采取率不得小于75%，第四系地层及煤田采空区取芯率根据试验结果确定。

6.7.3.7施工孔

1.钻孔的孔位、深度、孔径、钻孔顺序等应按施工图纸要求执行。钻孔实际位置原则上不应偏离设计位置50cm，特殊孔位偏差不应大于10cm。确因地形影响，钻孔不能放在设计位置时，应先施工其周围可以就位的孔位，再根据其周围钻孔揭露的地质资料予以适当调整。

2.钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，可进行注浆处理，再行钻进。如发现集中漏水或涌水，应查明情况、分析原因，经处理后再行钻进。

3.注浆孔(段)在钻进结束后，应进行钻孔冲洗，孔底沉积厚度不得超过设计孔深的2.0％。

4.应进行孔斜测量。钻孔每50m测斜一次，每百米孔斜允许偏差不得超过1°。

6.7.3.8钻孔冲洗

(1)在注浆前，为确保浆液颗粒顺利通过注浆通道，应对所有注浆孔（段）进行裂隙冲洗，直至回水清净为止。

(2)当邻近有正在注浆的孔，或邻近注浆孔结束时间短于初凝时间，不得进行裂隙冲洗。

注浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行注浆作业，因故中断时间间隔超过24h者，应在注浆前重新进行裂隙冲洗。

(3)泥质充填物和遇水后性能易软化的岩层中进行注浆时，可不进行裂隙冲洗和简易压水。施工过程中，孔内不返水和掉钻的钻孔，可不进行压水冲洗。

（4）冲洗压力宜为注浆压力的80%，且不大于1MPa，冲洗时间为5～10min，漏水量大于100L/min时，可停止冲洗。

6.7.4制浆施工

6.7.4.1制浆材料称量

1.制浆材料必须按规定的浆液配比计量，计量误差应小于2％。水泥等固相材料应采用重量称量法计算。

2.各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和流动度等参数，并作好记录。

3.制浆站必须按设计要求的水灰比制备水泥粉煤灰浆液，拌合好的浆液进入储浆池后，为防止浆液离析沉淀，必须进行二次搅拌措施。

6.7.4.2浆液搅拌

1.浆液搅拌时间控制以分散、拌匀注浆材料，获得流动性与稳定性合格的稳定浆液为原则。根据注浆试验，当转速为60～90转／min时，搅拌时间不小于6min。当采用高速搅拌机时，搅拌时间按《水工建筑物水泥注浆施工技术规范》(DL／T5148—2001)第5.

2.1条、5.

3.3条执行。

2.浆液从开始制备至用完的时间宜小于4h。

3.浆液温度应保持在5～40℃，低于或超过此标准的应视为废浆。

4.当采用集中制浆站制浆时，注浆前应采用二次搅拌。

6.7.5注浆施工

6.7.5.1一般要求

1.注浆必须采用三个参数(压力、流量、水灰比)控制。

2.施工次序：帷幕I序孔钻孔、注浆→帷幕Ⅱ序孔钻孔、注浆→先导孔(物探孔)钻孔、注浆→充填、固结I序孔钻孔、注浆→充填、固结Ⅱ序孔钻孔、注浆一充填、固结Ⅲ序孔钻孔、注浆→充填、固结Ⅳ序孔钻孔、注浆→检查孔钻孔→物探测试→注浆→封孔。

3.各种注浆方式，射浆管距该注浆段底部的距离；不得大于2m。

4.注浆试验施工结束后，进行注浆效果检测，按以下顺序进行：检查孔钻孔→物探测试→注浆→封孔。

6.7.5.2注浆方法

注浆有多种方法，按照浆液流动的方式分纯压式注浆和循环式注浆；按照注浆段施工的顺序分有自上而下注浆和自下而上注浆等。

本次治理工程中，分别按两种注浆施工顺序进行注浆。①钻进过程中，未出现掉钻、空洞，能一次性钻进到设计深度的注浆孔，采用上行式注浆方式。即自下而上分段纯压式注浆和孔口封闭纯压式注浆相结合的注浆方式；②钻进过程中，出现掉钻、空洞，难以达到设计深度的注浆孔（主要分布于煤柱外侧的1-3排帷幕孔和注浆孔），采用上行式注浆方式，即自上而下分段纯压式注浆和孔口封闭纯压式注浆相结合的注浆方式。

除上述注浆顺序外，在试验段中也需分别进行了其他注浆施工的顺序的比较，具体优缺点见下表。

各种注浆方法的特点表6-12

1.自下而上分段纯压式注浆

1)施工步骤：钻机成孔→冲洗→采用栓塞设备自孔口封闭→注浆→逐段往上循环作业→注浆效果检查→竣工。

2)帷幕注浆分Ⅱ序，按“分序加密、隔孔灌注”原则实施；固结注浆分Ⅳ序，按“分序加密、隔排隔孔灌注”的原则实施；10m范围内不得有2个以上的孔同时注浆。

3)注浆塞放置位置在注浆段段顶以上0.5m，防止漏罐。

4)各注浆段第一段注浆后，一般可不待凝，进行下一段的注浆施工。

5)注浆孔相互串浆时，可采用互串孔并联灌注，但并罐孔不宜多于3个，并应注意控制注浆压力，防止岩体抬动。

2.孔口封闭纯压式注浆法

适用条件：钻孔作业时，发生掉钻、坍塌、埋钻及采空区等特殊地段的处理时；自下而上分段纯压式注浆施工，出现逐段绕塞情况时；自下而上分段纯压式注浆施工，出现逐段注浆塞在规定位置卡塞不住，注浆塞不得不多次上提情况时；以上三种情况必须有监理工程师确认。

进行孔口封闭纯压式注浆，具体如下：

1)孔口应镶铸套管对注浆孔进行孔口封闭，并待凝24h。

2)套管埋入岩件的深度应根据最大注浆压力和岩体特性确定，段长不宜小于1m。

3)孔口封闭器应具有良好的耐压和密封性能，在注浆过程中，注浆管应能灵活转动和升降。

4)注浆管的内径不小于25mm，若用钻杆作为注浆管，应采用平接头连接。

5)注浆时，注浆管必须深入注浆段底部，管口距孔底的距离不得大于200cm。

6)注浆过程，应经常转动和上下活动栓塞及注浆管，防止栓塞及注浆管在孔内被水泥浆液凝住。

7)注浆过程中，注浆压力和注入率必须相适应，注入率宜为50～150L／min。6.7.5.3施工过程注浆流量（注入率）

根据地区经验，注浆过程中，注入率和地层特点、注浆压力相适应。设计推荐按以下标准操作。具体为：①钻进过程中，出现掉钻的空洞、空隙，注入率宜为150-250L/min；

②地层大量渗漏，裂隙很发育地段，注入率宜为100-200L/min③一般地段，注入率宜为50-150L/min。为达到加快施工的目的，待压力起来后，采用50-150L/min的注入率，达到设计终止条件。

6.7.5.4 注浆压力

1.注浆压力按设计要求确定，在施工过程中，按孔口进浆管压力P1的中值控制。资料分析整理时须换算成全压力。

2.串浆孔或多孔并联注浆时，应分别控制注浆压力，同时应加强抬动监测，防止发生抬动破坏。

6.7.5.5帷幕施工

帷幕孔是本次工程的难点。为形成有效帷幕，帷幕孔原则按“小间距、低压力”布设。

对于在帷幕孔和煤柱外侧注浆空钻进过程中，发生掉钻且空洞较大时，设计推荐采用2种处理方案：①进行预填骨料注浆，填料（风积砂、天然砂、砾），粒径设计推荐0.5～2cm，具体可根据现场试验结果及现场施工实际情况进行优化调整；②采用水泥粉煤灰浆进行低压、限流、限量、间歇注浆法灌注，达到设计终止注浆标准后。结束该段注浆。具体方法根据试验段的试验及现场施工的实际情况择优选用。

6.7.5.6特殊情况处理

1.注浆过程中，距注浆孔孔口3m以内，如地表发生冒浆现象时，一般可采用低压、限流、限量、间歇灌注等方法处理，必要时应采取嵌缝、地表封堵力法处理。

2.在钻孔过程中，如遇有塌孔、掉钻或遇采空区的孔段，无法进行钻探作业时，为保证注浆质量，应停钻，将此段作为注浆段，先行注浆处理。然后清孔，再钻至设计深度，采用自下而上纯压式注浆法，逐段处理至孔口。

3.注浆发生串浆时，如串浆孔具备注浆条件时，应一泵一孔同时注浆。否则，应塞住串浆孔，待注浆孔注浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗至设计深度，而后进行注浆作业。

4.注浆必须连续进行，若因故中断，应尽快恢复注浆，否则应立即冲洗钻孔。再恢复注浆。若无法冲洗，则应进行扫孔，再恢复注浆。

5.如遇注入率大、注浆难以正常结束的孔段时，可采用低压、限流、限量、间歇注浆法灌注(帷幕注浆孔：每持续注浆4h，间歇2h充填、固结注浆孔：每持续注浆8h，间歇4h)，达到设计终止注浆标准后，结束该段注浆。

6.采用自下而上分段纯压式注浆过程中，如发生连续逐段饶塞时，经现场监理工程师核实后，为避免浆液将栓塞凝固而使栓塞无法拔出，可采用孔口封闭式注浆，完成注浆作业。每一注浆段结束压力按该注浆段的中点深度压力值控制。

7.为避免注浆塞及注浆管被浆液凝固，注浆过程中，应结合现场实际情况，经常活动栓塞，即将栓塞上提0.5m～2.0m，然后再下放至原来的位置，如果下放时，由于浆液面上升无法就位，可放置在能下放的最大深度、继续进行注浆作业。

6.7.5.7封孔

1.每个注浆孔全孔注浆结束后，应及时进行验收，验收合格才能进行封孔。

2.注浆过程中，当注浆结束后，通常全孔已经充满浆体：可直接在孔口段进行封孔注浆处理。

6.7.5.8注浆施工注意事项

1.注浆泵在工作前应检查设备的安全性，并对传送部分的安全保护进行确认，防止设备在运转期间发生故障造成安全事故。

2.一级搅拌池、二级搅拌池周围设立了安全护栏，增设网状盖板。

3.注浆结束后，注水清洗注浆泵及注浆管道，防止了残留浆液凝固损坏设备。6.8注浆工程质量检测

注浆工程是隐蔽工程，注浆施工过程是特殊过程，其工程质量不能进行直观地和完全的检查，质量缺陷常常要在运行中方能真正暴露出来。保证注浆工程质量最好的办法就是做好施工过程质量，严格工艺的工程控制，加强对工序质量的检验。

因此在注浆过程中，施工、监理和设计人员应当密切配合，掌握情况，发现问题，必要时及时调整设计，改进工艺，确保设计方案和施工工艺的针对性和有效性，取得试验工程的优良，并达到预期的效果。

6.8.1施工现场质量控制

在注浆过程中，对钻孔取芯、注浆材料、浆液（首先考虑每孔各配合比都应有控制，利于质量评定。为便于施工，当单孔注浆量较大时，按浆液施工控制）、技术资料、封孔质量等各个环节进行质量控制。检测项目、检测频率及合格标准具体见下表：

现场质量控制标准为设计参考值，具体质量控制标准应根据现场试验段试验情况进行优化调整确定。

注浆现场质量控制标准（参考值）表6-13

6.8.2注浆质量检测方法和质量评价结论

6.8.2.1质量检测方法

1.物探法

（1）弹性波法

在注浆前、后采用超声波或大功率声波仪进行综合测井。检查孔数量为注浆总孔数的3%。测试密度均要满足《水利水电工程物探规程》（DL5010）的要求。检查时间在注浆结束后28d以后进行。

（2）地震或高密度电法

在注浆区进行地震或高密度电法测试。测试密度均要满足《水利水电工程物探规程》（DL5010）的要求。检查时间在注浆结束后28d以后进行。

2.钻孔检查

（1）布置原则

检查孔位置应选在：岩体破碎、塌孔、掉钻等地质条件复杂的部位；末序孔注入量大的孔段附近；注浆情况不正常以及分析认为注浆质量有问题的部位。检查孔布设数量为钻孔总数的3%，并且每一个场地不少于2孔。

（2）检测时间

检查时间在注浆结束28d以后进行。

（3）检测方法

钻孔取芯进行固结体强度试验。钻孔取全芯，钻孔孔径不小于91mm，每回次岩芯采取率应大于90%。

3.浆液检查

在注浆过程中，采取浆液试样，用70.7mm³70.7mm³70.7mm的成型试模，在20℃±5℃水中养护或标准养护，测定28d龄期的结石体无侧限抗压强度。检查频率首先考虑每孔各配合比都应有控制，利于质量评定。为便于施工，当单孔注浆量较大时，每500m3或每一注浆工作日制作一组。同时进行浆液的流动度和比重检验。

6.8.2.2质量验收标准

根据工程经验，试验过程中，可暂按以下标准操作。具体为：

注浆质量评价应结合钻孔、注浆施工记录、注浆成果资料和检验测试资料(物探测试、检查孔取芯和固结体强度等)的分析，进行综合评定，具体见下表：

质量评价一览表表6-14

注：表中检测各项指标为设计参考值，具体检测指标应根据现场试验段试验情况进行优化调整。

6.8.3采空区治理变形监测

通过在钻孔中预埋水平、垂直方向变形观测仪，对注浆施工过程以及完成之后的变形进行长期观测。采空区监测宜从施工开始至公路运营1～2年后停止。采空区处治施工期间监测，半年内宜每周监测一次，半年后至通车期间宜每月监测一次，通车两年内，每两个月宜监测一次。水平方向布置路基变形观测网；垂直方向每100m设一个横断面，沿拟建公路两侧边界及分隔带布置2个监测点，监测深度按加固深度确定，竖向监测间距为5～10m，通过观测数据的对比，总体评价加固效果。

1.变形观测应委派专人进行观测记录，当变形值接近变形允许值或变形值上升较快时，应及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。如施工中发现变形超过规定的允许值，应立即停止施工，并采取处理措施。

2.变形观测的仪器应经常检查，确保其灵敏性和准确性。

3.观测过程中，应严格防止碰撞，保证能在正常工作状态下进行观测，确保观测精度。

4.注浆工作结束后，观测孔应进行妥善保护。

变形观测控制标准表6-15

6.8.4不合格施工质量工程的处理

出现下列情况之一时，必须进行补充注浆和补充检验，直至达到合格要求。

1.根据勘探、注浆资料、并结合检测数据。进行比对分析后，对注浆质量判定为不合格的区域。

2.在检查孔钻进过程中，出现落钻、冲洗液大量漏失、不返孔口的区域。

6.9注浆处治试验段

6.9.1试验工程目的、研究方法、内容、任务和要求

乌鲁木齐绕城高速公路工程是自治区的一项重大工程，建成可以极大改善乌鲁木齐现有交通和环境质量。其中铁厂沟煤田采空区工业广场安全煤柱段路基抗变形注浆治理是该项工程的难点和重点。鉴于高等级公路路基下伏采空区注浆治理工程在国内尚无规范可依，因此，在采空区治理工程开始前，应开展试验段工作，遵循动态设计。

6.9.2试验目的

为了解岩体可灌性，取得必要的注浆经济技术数据，使注浆加固方案更符合实际情况，使铁厂沟煤田采空区预留煤柱段路基抗变形注浆治理工程设计、施工、检测更为规范，确保工程质量，需要在施工前进行注浆试验，在验证注浆设计、施工参数的同时，确定注浆质量标准的具体指标。

6.9.3注浆试验技术的研究方法

（1）工程地质和水文地质方法：通过工程地质勘察，查明需要加固范围的地层及岩体特性和地下水性质（水源、水位、流向、流速、水质等），从而确定加固区域和选择浆液的凝结时间。

（2）土工试验和裂隙冲水：查明土体、岩体的物理力学性质。尤其是颗粒分布孔隙、孔隙率、渗透系数，是判定可注性及计算注浆量的重要依据。裂隙岩体冲水试验，即可确定浆液类型、浆液浓度以及注入率，还可检查注浆效果。

（3）现场试验：提供可注性和注浆参数，为注浆设计和施工提供可靠依据。

（4）化学试验方法：浆液的配比及性质主要通过化学分析和化学试验来获得。根据注浆要求，研制和调配注浆材料和配合比。

（5）理论计算和工程模拟：注浆范围主要应用土力学和岩体力学理论来确定。注浆的工艺参数可按照注浆理式计算。但由于理式较为简化，实际地下情况较为复杂，理论计算值与实际值相差甚远，工程设计需采用经验法和工程类比法调整。

（6）钻孔检验法和物探方法：帷幕注浆、加固注浆的效果检验方法主要为钻孔检验法和物探方法。钻孔检验法包括钻孔取样和钻孔内原位测试；物探方法主要为电法、弹性波法及放射波法。

6.9.4程序和内容

注浆试验程序和内容：进行注浆材料、浆液及结石体的物理、力学和化学性能试验；按拟定的注浆工艺进行钻孔、冲洗、和注浆的实施；按注浆效果鉴定的标准和方法进行注浆质量检查；对试验资料进行整理，对成果进行分析并编写试验报告。

6.9.5试验任务和要求

（1）根据注浆目的和对注浆效果的要求，通过试验，确定注浆材料及稳定浆液配合比。

（2）根据场地工程地质条件、注浆方法、加固处理深度、注浆材料和试验区的选用，通过试验，确定适宜的注浆设备，包括：钻孔机械、注浆泵、流量计、搅拌机、止浆塞以及输浆管路等的构成。

（3）注浆试验施工：通过试验确定满足要求的注浆工艺。具体为：注浆方法、钻孔方法、裂隙冲水、造浆、注浆、止浆等工艺要求。

（4）注浆效果的好坏最终决定注浆工程的成败。通过试验工程，确定检查注浆效果的检测方法。

（5）为确保注浆工程质量，应采取预防为主、防治结合的方针。通过试验，对注浆事故提出预防和具体的处理方案。具体为：注浆中断、串孔、冒浆、地面隆起、注浆达不到结束标准、注浆管路堵塞、环境污染等。

（6）注浆工程具有很强的隐蔽性，通过试验工程，确定对注浆工程进行科学有效地管理方法。指导后期正式注浆施工，实现工程质量、费用、工期三大控制目标。包括：施工招投标管理、注浆工程监理、技术管理及事故预防措施等方面。

6.9.6试验段的选择

⑴试验段的选定原则

进行注浆试验的场地，一般仅占总治理区域的10%左右。因此，选定有代表性的试验段十分重要。试验段的选定应遵循以下原则：

工程地质条件：根据煤层厚度、产状、埋深等条件，选择不同的试验段。

开采条件：根据煤矿开采条件的不同如规模并结合开采深度的差异，选择不同的试验段。

拟建公路的位置：根据拟建高速公路拟通过的采空区不同位置，如处于预留煤柱上、规模采空区等，选定不同的试验段。

其他影响治理施工的条件因素：如第四系厚度、煤层是否自燃等等，选定不同的试验段。

⑵试验段选定

根据上述原则：采空区处治一标选择1个地段进行试验。具体如下表：

试验段布置一览表表6-16

6.9.7注浆试验孔的布置

根据采煤方法、覆盖层地层结构及岩性、煤层采出率、顶板管理方法、垮落带和断裂带的空隙、裂隙之间的连通性，并结合地区经验，采用等腰三角形布置。具体为：充填、固结注浆采用孔距、排距为15.0m，布置5排。帷幕孔孔距采用5m间距。

6.9.8注浆段长度

根据试验方案，注浆段长度分别选用30.0m、40.0m、50.0m进行比选。最终确定适宜的注浆段长度。

7.对采空区综合治理方案建议

1.采空区综合处治措施应遵循动态设计的原则，由于采空区覆岩结构复杂，难以精确确定出采空区区划边界，因此施工时应根据现场实际施工情况、采空区处治试验情况进行动态设计，根据实际施工现场情况对设计处治措施进行优化修正，最终达到采空区处治效果。

2试验工程

鉴于高等级公路路基下伏采空区注浆治理工程在国内尚无规范可依，因此，在采空区治理工程开始前，应先对部分路段开展试验研究，进一步优化和完善设计。

3.公路安全煤柱的留设

公路建成后，应加强对公路两侧安全煤柱的保护，留设公路安全煤柱，在公路两侧安全煤柱范围内严禁开采。

8钢筋混凝土地梁格栅

对于煤矿采空区，在注浆处理方案基础上，增加拟建道路路面结构刚度，避免路面发生突然变形。对于煤矿采空区路基底部设置网格地梁格栅处治。

钢筋混凝土地梁格栅结构尺寸为4³4m，横梁宽度³高度为0.5³0.5m，纵梁宽度³高度为0.5³0.5m，空隙处用砂砾土填充。

钢筋混凝土地梁格栅采用C30混凝土。

钢筋混凝土地梁格栅铺设宽度为路基底部宽度，填方路基为路基宽33.5m+路基边坡宽度；挖方段处理宽度为路基宽度。

钢筋混凝土地梁格栅铺设在原地面以下，处理段落为：

拟建道路场地沙沟煤矿内，设置钢筋混凝土地梁格栅段落为K19+630～K19+960，设置于路基底部；设置长度为330m。

钢筋混凝土地梁格栅宽度为36-40m，不设施工缝，长度方向一般40m左右设置施工缝一道，具体根据现场情况确定。

钢筋混凝土地梁施工包括治理工程场地开挖、钢筋混凝土地梁格栅施工以及地梁格栅中部砂砾土回填。当钢筋混凝土地梁格栅强度达到设计强度的75%以后，方可进行砂砾土回填。

地梁格栅中部砂砾土回填要求压实度达到90%。

9采空区治理工程施工组织计划

9.1 工期安排

根据工程规模及工程特点，结合已建公路采空区处治经验，计划2011年7月开工，2011年12月完工，治理施工工期为6个月。9.2施工条件及主要材料

本治理工程主要位于铁厂沟煤田，地形起伏较大，沿线经过的煤矿较多，道路施工时应保证不对煤矿正常生产造成过大影响。施工过程中应强化施工组织管理，制订周密细致的施工组织计划，成立专门机构负责组织和协调工作，减少对当地的老百姓的生活与生产的影响。施工前应一方面需配合地方及煤矿主管单位，做好煤矿企业的协调及矿产设备的搬迁，同时需认真了解煤矿开采的情况，煤矿区管线布置情况等，确保生产安全。

1.交通：路线穿越幸福沙沟煤矿工业广场煤柱，场地南侧为X144（沟通铁厂沟与柏杨河的三级公路），场地内也有一些煤矿企业的简易道路可通行各类车辆。

2.通讯：有电话电缆经过场地，具备安装电话的条件。

3.居住条件：现场有煤矿企业的房屋可租用，以有空场地可自行建设临设。

4.施工用电：场地内有煤矿企业的用电设施，并建议自备备用电源。

5.施工用水：场地内水资源紧张，建议与煤矿企业或地方水务部门协调解决水源问题。

6.粉煤灰：经调查，在项目附近分布有火力发电企业韦湖梁电厂、八道湾电厂、红雁池电厂一厂、红雁池电厂二厂。各电厂近年来粉煤灰经深加工后销售，价格昂贵。唯有红雁池电厂二厂早年生产的粉煤灰储存在灰坝内，存量在百万吨以上。经对国电红雁池发电有限公司二厂粉煤灰灰坝的调查及现场取样检验，该灰坝粉煤灰的质量和存量基本满足本工程需要，运距约50km。

7.水泥：设计推荐采用32.5R复合硅酸盐水泥，可根据施工试验段实际情况调整，要求水泥标号32.5以上。距现场30km左右仓房沟有天山水泥厂。

9.3主要工程施工方案

9.3.1准备工作

按半个月安排。

（1）征用土地及拆迁，按有关规定和要求及早办理土地征用手续，并作好拆迁安置工作。尤其需做好煤矿企业的协调及关闭整合和设备搬迁工作。

（2）临时工程

便道、临时房屋、临时电力、电讯及生活用水等临时工程，对施工期间顺利进行起着重要作用，应尽早安排。沿线道路、电力、电讯线路较方便，但应满足工程施工现场内外的需要，还应修筑工地内外的临时便道及架设施工所需的电力、电讯线路和生活用水设施。计划安排半个月。其它临时工程可视工程进度，按需要安排。

（3）平整场地

开工前作好砍树、挖根、除草、拆迁等工作，拟安排半个月。

9.3.2材料开采和运输

本项目沿线筑路材料，均应按照规定的材料品种、规格、质量要求，保证及时供应合格的筑路材料，达到设计和施工质量的要求。材料运输一般采用汽车运输方式。注意施工项目先后的衔接，保证材料的及时供应。材料采集运输，根据施工进展情况，按半个月考虑。

9.3.3钻孔施工

本采空区治理工程标段钻孔数量较多，采空区分布比较复杂，帷幕钻孔与充填钻孔存在在施工工艺以及施工难度比较大的区别，经综合分析，钻孔施工按1个月考虑。

9.3.4注浆施工

本采空区治理工程标段注浆工作量巨大，大规模注浆施工前应进行试验段注浆，以确定适合本标段的合理注浆方式以及灌注浆液，按2个月考虑。

9.3.5钢筋混凝土地梁格栅施工

钢筋混凝土地梁格栅按1个月考虑。