CN111997685A - 一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高速公路施工技术领域，具体涉及一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法。包括以下步骤：对于单层的采空区：S1：先在表层段进行第一段开孔，再进行第二段开孔；S2：下放带法兰托盘的注浆管，注水泥浆稳固；S3：从注浆管内向采空区注入填充浆；对于多层的采空区：S4：先在表层段进行第一段开孔；S5：孔内注入水泥浆进行稳固，放入注浆管，扫孔到冒落带或采空区内；S6：注入填充浆；S7：再进行若干次以下步骤：扫孔钻至下一层采空区内，再对下一层采空区注入填充浆。本发明提供了一种对单层采空区提高施工效率、对多层采空区提高施工质量的高速公路穿越煤层采空区段施工方法。

Description

一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法

技术领域

本发明属于高速公路施工技术领域，具体涉及一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法。

背景技术

随着国家高速路网规划和发展，我国高速公路建设由平原向山区发展，公路建设受采空区影响越来越突出，各地区对采空区的勘察、稳定性评价、处治设计、施工及检测等方面的认识因采空区的类型、规模及开采条件的不同，也存在较大的差别。

采空区属于隐蔽、复杂、地表变形范围大、容易引发地质灾害的不良地质场地，对地面建筑物和公路的危害性很大。因而，采空区工程建设难度大，处治费用高，公路工程通常以绕避为主。在不能绕避的情况下，因路基对变形的要求相对较低，出现问题相对容易处理，一般以路基方式通过，线路不得已情况采用桥梁通过时，应对采空区处理严加控制。

采空区是地质环境与生态环境比较恶劣和脆弱的地区，在采空区修建公路，因地制宜，综合利用矿渣、尾矿等废弃物作为筑路材料和采空区处治的填充材料，是非常必要的，经济效益和社会效益显而易见。同时，也要注意矿渣、尾矿等废弃材料中所含有的有害物质，防止因路基填筑而造成二次污染。

采空区问题是世界性难题，国内外对采空区的工程勘察设计，尤其是处治施工方面的技术、方法、工艺和处治材料等，进行了不同的研究，并在工程中推广和应用，并积极探索和总结采空区处治施工中的新技术、新材料、新工艺。因此，在采空区公路建设中，应积极借鉴已有的新技术、新材料和新工艺，并在过程中不断摸索及创新，以提高采空区公路勘察设计水平和处治施工质量。

目前，对采空区的施工难以保证施工质量，多单层和多层采空区没有对应的施工工艺。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种对单层采空区提高施工效率、对多层采空区提高施工质量的高速公路穿越煤层采空区段施工方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，包括以下步骤：

开孔前，进行实地测量放样，确定孔位；

对于单层的采空区：

S1：先在表层段进行第一段开孔至完整基岩6m，再在内层段变径进行第二段开孔到冒落带或采空区内，其中第一段开孔的直径大于第二段开孔的直径；

S2：孔内下放带法兰托盘的注浆管，法兰托盘置于第一段开孔和第二段开孔之间的台阶上，对注浆管与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固；

S3：在注浆管上端连接孔口三通管，从注浆管内向采空区注入填充浆；其中，填充浆为超高水材料。

单层采空区，采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。第一次开孔的孔径为Φ130mm，进入完整基岩6m。变径Φ89mm至冒落带或采空区底板1米。成孔后，将一端带有Φ120～125mm法兰托盘的Φ50mm的注浆管下至变径位置，孔内放入少量砾石以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏。灌入1:1.5～1：2的水泥浆，浆液在孔内的高度为4～6m，然后在孔口管上安装注浆用的三通管既可注浆。对于单层采空区，采用一次性开两段孔的方式施工，可提高施工效率。两次开孔后，直接在注浆管与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固，避免了扫孔的操作，进一步提高了施工效率。

对于多层的采空区：

S4：先在表层段进行第一段开孔至完整基岩6m；

S5：孔内注入水泥浆进行稳固，放入注浆管，待水泥浆凝固后，通过注浆管在内层变径进行第二段扫孔到冒落带或采空区内；

S6：在注浆管上端连接孔口三通管，从注浆管内向采空区注入填充浆；其中，填充浆为超高水材料；

S7：再进行若干次以下步骤：扫孔钻至下一层采空区内，再对下一层采空区注入填充浆；直至所有层采空区被填充浆填充。

对于多层采空区，采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔，分段注浆，套管止浆。方法是：开孔孔径Φ130mm进入完整基岩6m，灌注1：2或者更浓的加水玻璃的水泥浆，水泥浆柱高度不小于6m。接着下入Φ114mm注浆管(是护壁管又是孔口管和注浆管)。待水泥浆终凝或24小时后再变径钻至第一层采空区设计深度，在孔口管上安装注浆用的三通管即可注浆。该层段注浆结束，待水泥终凝后扫孔钻至第二个注浆段深度，仍用孔口三通管注浆直至结束。依次进行若干次扫孔和注浆，以致所有层的采空区均注满填充浆。通过分段进行开孔，并在每次开孔后注浆，使得上层孔得到加固，避免开下层孔时出现塌陷或卡钻等情况。对于多层采空区，进行第一次开孔后，孔内注入水泥浆进行稳固，方便后续钻孔工作，保证表层的稳固性，为多次开孔做好准备。

作为本发明的优选方案，在钻孔时在钻杆上连接钻铤后进行钻进。钻进时使用钻铤或其他导向措施，防止孔斜偏大。确保成孔后孔壁稳定，孔内通畅。

作为本发明的优选方案，所述填充浆的制备工艺包括如下步骤：

Y1：通过自动计量配料系统向一级搅拌机内加入清水及水泥粉煤灰混合料；

Y2：将经一级搅拌机搅拌的原料转至二级搅拌机，在二级搅拌机中加入速凝剂搅拌，得到填充浆；

Y3：通过注浆泵将填充浆注入注浆管。

在步骤Y1中，通过改型加装自动配料、自动上料及自动计量加水，可形成连续拌浆作业，提高制浆速度及产量。通过对填充浆进行配比和搅拌，使得填充浆填充后能较好地稳定煤层采空区，避免煤层采空区塌陷。

作为本发明的优选方案，在钻孔时在钻杆上加装红外对中装置，红外对中装置电连接报警器。由于采空区处理钻孔深度较深，对钻孔的垂直度有一定的要求。在钻杆上加装红外对中装置和报警器，在施工过程中能起到及时回钻纠偏，避免由于误差过大导致成孔质量差或是卡钻等现象。

作为本发明的优选方案，钻杆上还安装有扶正设备，扶正设备与红外对中装置电连接。红外对中装置还将误差超范围的信号传输给扶正设备，则扶正设备自动对钻杆进行扶正，起到及时纠偏的作用。而现有技术中，出现钻杆出现偏差时，无法自动进行及时纠偏，导致钻孔的偏差已经较大。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，按采空区煤层底板倾斜的方向，先施工采空区底板标高相对较低位置的注浆孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。先施工边缘注浆孔，以形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液的外流，后施工中间注浆孔。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，注填充浆工作间隔式分序次进行，分为2～3个序次成孔。一序次孔对采空区可以起到补勘作用，注浆工作也应间隔式分序次进行，且一序次孔浆液可能扩散范围较大，而二、三次序孔注浆使前序次未充填的空洞得到再次充填，从而提高充填率。

作为本发明的优选方案，每孔注填充浆前或必要的间歇期间采用清水洗孔，压水时间5～10分钟。在注填充浆过程中岩层如以遇水易软化岩石为主时，注浆前可不进行空隙、裂隙的压水重洗；孔内不返水和掉钻的注浆孔可不进行压水冲洗。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，注填充浆末期，当泵量小于70L/min时、孔口压力在1.0～1.5Mpa稳定15分钟以上时，结束该孔的注填充浆施工。

本发明的有益效果为：

1.对于单层采空区，采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工，可提高施工效率。两次开孔后，直接在注浆管与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固，避免了扫孔的操作，进一步提高了施工效率。对于多层采空区，采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔，分段注浆，套管止浆。通过分段进行开孔，并在每次开孔后注浆，使得上层孔得到加固，避免开下层孔时出现塌陷或卡钻等情况。对于多层采空区，进行第一次开孔后，孔内注入水泥浆进行稳固，方便后续钻孔工作，保证表层的稳固性，为多次开孔做好准备。

2.在钻杆上加装红外对中装置和报警器，在施工过程中能起到及时回钻纠偏，避免由于误差过大导致成孔质量差或是卡钻等现象。红外对中装置将误差超范围的信号传输给扶正设备，则扶正设备自动对钻杆进行扶正，起到及时纠偏的作用，避免纠偏不及时而导致误差扩大的情况。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是施工单层采空区时本发明的施工结构示意图；

图3是施工多层采空区时本发明的施工结构示意图；

图4是填充浆的制备工艺流程图；

图5是填充浆的制备系统结构示意图。

图中，1-采空区；2-注浆管；3-孔口三通管；4-一级搅拌机；5-二级搅拌机；6-注浆泵；21-法兰托盘。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种高速公路穿越煤层采空区1段施工方法，包括以下步骤：

开孔前，进行实地测量放样，确定孔位；

对于单层的采空区1：

S1：先在表层段进行第一段开孔至完整基岩6m，再在内层段变径进行第二段开孔到冒落带或采空区1内，其中第一段开孔的直径大于第二段开孔的直径；

S2：孔内下放带法兰托盘21的注浆管2，法兰托盘21置于第一段开孔和第二段开孔之间的台阶上，对注浆管2与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固；

S3：在注浆管2上端连接孔口三通管3，从注浆管2内向采空区1注入填充浆；其中，填充浆为超高水材料。

单层采空区1，采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。第一次开孔的孔径为Φ130mm，进入完整基岩6m。变径Φ89mm至冒落带或采空区1底板1米。成孔后，将一端带有Φ120～125mm法兰托盘21的Φ50mm的注浆管2下至变径位置，孔内放入少量砾石以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏。灌入1:1.5～1：2的水泥浆，浆液在孔内的高度为4～6m，然后在孔口管上安装注浆用的三通管既可注浆。对于单层采空区1，采用一次性开两段孔的方式施工，可提高施工效率。两次开孔后，直接在注浆管2与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固，避免了扫孔的操作，进一步提高了施工效率。

对于多层的采空区1：

S4：先在表层段进行第一段开孔至完整基岩6m；

S5：孔内注入水泥浆进行稳固，放入注浆管2，待水泥浆凝固后，通过注浆管2在内层变径进行第二段扫孔到冒落带或采空区1内；

S6：在注浆管2上端连接孔口三通管3，从注浆管2内向采空区1注入填充浆；其中，填充浆为超高水材料；

S7：再进行若干次以下步骤：扫孔钻至下一层采空区1内，再对下一层采空区1注入填充浆；直至所有层采空区1被填充浆填充。

对于多层采空区1，采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔，分段注浆，套管止浆。方法是：开孔孔径Φ130mm进入完整基岩6m，灌注1：2或者更浓的加水玻璃的水泥浆，水泥浆柱高度不小于6m。接着下入Φ114mm注浆管2(是护壁管又是孔口管和注浆管2)。待水泥浆终凝或24小时后再变径钻至第一层采空区1设计深度，在孔口管上安装注浆用的三通管即可注浆。该层段注浆结束，待水泥终凝后扫孔钻至第二个注浆段深度，仍用孔口三通管3注浆直至结束。依次进行若干次扫孔和注浆，以致所有层的采空区1均注满填充浆。通过分段进行开孔，并在每次开孔后注浆，使得上层孔得到加固，避免开下层孔时出现塌陷或卡钻等情况。对于多层采空区1，进行第一次开孔后，孔内注入水泥浆进行稳固，方便后续钻孔工作，保证表层的稳固性，为多次开孔做好准备。

作为本发明的优选方案，在钻孔时在钻杆上连接钻铤后进行钻进。钻进时使用钻铤或其他导向措施，防止孔斜偏大。确保成孔后孔壁稳定，孔内通畅。

作为本发明的优选方案，所述填充浆的制备工艺包括如下步骤：

Y1：通过自动计量配料系统向一级搅拌机4内加入清水及水泥粉煤灰混合料；

Y2：将经一级搅拌机4搅拌的原料转至二级搅拌机5，在二级搅拌机5中加入速凝剂搅拌，得到填充浆；

Y3：通过注浆泵6将填充浆注入注浆管2。

在步骤Y1中，通过改型加装自动配料、自动上料及自动计量加水，可形成连续拌浆作业，提高制浆速度及产量。通过对填充浆进行配比和搅拌，使得填充浆填充后能较好地稳定煤层采空区1，避免煤层采空区1塌陷。

作为本发明的优选方案，在钻孔时在钻杆上加装红外对中装置，红外对中装置电连接报警器。由于采空区1处理钻孔深度较深，对钻孔的垂直度有一定的要求。在钻杆上加装红外对中装置和报警器，在施工过程中能起到及时回钻纠偏，避免由于误差过大导致成孔质量差或是卡钻等现象。

作为本发明的优选方案，钻杆上还安装有扶正设备，扶正设备与红外对中装置电连接。红外对中装置还将误差超范围的信号传输给扶正设备，则扶正设备自动对钻杆进行扶正，起到及时纠偏的作用。而现有技术中，出现钻杆出现偏差时，无法自动进行及时纠偏，导致钻孔的偏差已经较大。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，按采空区1煤层底板倾斜的方向，先施工采空区1底板标高相对较低位置的注浆孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。先施工边缘注浆孔，以形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液的外流，后施工中间注浆孔。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，注填充浆工作间隔式分序次进行，分为2～3个序次成孔。一序次孔对采空区1可以起到补勘作用，注浆工作也应间隔式分序次进行，且一序次孔浆液可能扩散范围较大，而二、三次序孔注浆使前序次未充填的空洞得到再次充填，从而提高充填率。

作为本发明的优选方案，每孔注填充浆前或必要的间歇期间采用清水洗孔，压水时间5～10分钟。在注填充浆过程中岩层如以遇水易软化岩石为主时，注浆前可不进行空隙、裂隙的压水重洗；孔内不返水和掉钻的注浆孔可不进行压水冲洗。

作为本发明的优选方案，在注填充浆的过程中，注填充浆末期，当泵量小于70L/min时、孔口压力在1.0～1.5Mpa稳定15分钟以上时，结束该孔的注填充浆施工。

实施例1：

采空区1处理钻孔24.9万米，孔深101m～205m不等，注浆量19.7万方。采空区1处理采用钻孔注浆施工。钻孔采用220型潜孔钻机或XY-4地质钻机，注浆采用250型和350型泥浆泵。

1.施工工艺及要求

1.1定点

注浆孔应用GPS或全站仪进行实地测量放样，对于一般注浆孔，实际孔位不应偏离设计位置0.5m。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钻孔，再根据钻探揭露采空区1的情况予以调整。

1.2成孔工艺及技术要求

(1)成孔及浇铸孔口管

对于单层采空区1，采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。方法是：开孔孔径Φ130mm进入完整基岩6m，变径Φ89mm至冒落带或采空区1底板1米，成孔后，将一端带有Φ120～125mm法兰托盘21的Φ50mm注浆管2下至变径位置，孔内放入少量砾石以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏，灌入1:1.5～1：2的水泥浆，浆液在孔内的高度为4～6米，然后在孔口管上安装注浆用的三通管即可注浆。

对于多层采空区1，采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔，分段注浆，套管止浆。方法是：开孔孔径Φ130mm进入完整基岩6m，灌注1：2或者更浓的加水玻璃的水泥浆，水泥浆柱高度不小于6m，接着下入Φ114mm止浆套管(是护壁管又是孔口管和注浆管2)，待水泥浆终凝或24小时后再变径钻至第一层采空区1设计深度，在孔口管上安装注浆用的三通管既可注浆。该层段注浆结束，待水泥终凝后扫孔钻至第二个注浆段深度，仍用孔口三通管3注浆直至结束。待上层采空区1填充浆凝固后，扫孔钻至下一层采空区1内，再对下一层采空区1注入填充浆。

针对单层采空区1注浆管2采用内径小于Φ50mm的普通铁管作为注浆管2，针对多层采空区1注浆管2采用内径不小于Φ114mm的普通铁管作为注浆管2，注浆管2采用管箍连接或焊接。需投入骨料时，管径不应小于Φ110mm。

(2)技术要求

①钻孔宜采用回转式钻机，也可采用冲击式或回转冲击式钻机。当采用冲击式钻进时，应加强钻孔裂隙的冲洗。检查孔施工必须采用回转式取芯率高的钻机。

②钻孔施工开始后，要求首先施钻取芯孔，取芯钻孔占钻孔总数的3％～5％，均匀分布于施工场地中，取芯孔要求采空区1上部覆岩部位岩芯采取率＞60％，采空塌陷区部位岩芯采取率应＞30％。

③做好钻探原始记录和岩芯编录工作。

④钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻等现象要详细记录其深度、层位。钻进过程中遇到塌孔、埋钻时，应分析原因，查明情况，采用跟管钻进或先行灌浆处理后再钻进。

⑤钻进时可使用钻铤或其他导向措施，防止孔斜偏大。确保成孔后孔壁稳定，孔内通畅。

⑥注浆孔、帷幕孔钻至裂隙带、冒落带时，应用清水钻进。

1.3制浆工艺及要求

(1)注浆材料

注浆材料由水、水泥、粉煤灰、速凝剂组成。当采空区1空洞和裂隙发育、地下水流速大于200m/h时，先灌注砂、砾石、石屑或矿渣等集料后注浆。注浆材料的规格应依据《采空区1公路设计与施工技术规范》(JTG/TD31-03-2011)表6.2.5。具体要求见下表：注浆材料规格。

序号	原料	规格要求
			1	水	应符合拌制混凝土用水要求，pH值大于4
2	水泥	采用强度等级不低于32.5级的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥
			3	粉煤灰	应符合国家二、三级质量标准
4	粘性土	塑性指数不宜小于10，含砂量不宜大于3％
			5	砂	天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5mm，有机物含量不宜大于3％
6	石屑或矿渣	最大粒径不宜大于10mm，有机物含量不宜大于3％
			7	水玻璃	模数2.4～3.4；浓度50°Be’以上

如因特殊原因需更换水泥型号，在水泥强度不低32.5级的前提下，需重新进行现场试验，对注浆浆液配比及浆液的密度、稠度、结石率、初凝和终凝时间等进行现场检测。如现场检测结果任意一项不满足注浆要求，水泥型号不得替换。

(2)注浆材料的配置

①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。

②原材料：在注浆站采用自动配料系统，做到自动配料(配料包含水、水泥、粉煤灰、及其他添加成分)，水用自动计量；水泥采用自动计量；粉煤灰用自动计量，只需对自动计量系统进行定期校检。

③注浆施工前应对注浆浆液配比及浆液的密度、稠度、结石率、初凝和终凝时间等进行现场检测。

④搅拌过程：制浆分两级搅拌。一级搅拌池的搅拌时间不应少于5min，随后放入2级搅拌池。浆液进入二级搅拌池时必须用筛网过滤，停留时间不应超过4h。

1.4注浆工艺及技术要求

(1)注浆系统构成

注浆系统由料仓(粉罐)、自动配料系统、一级搅拌池(机)、二级搅拌池(机)、供水系统、注浆泵6、注浆管道、压力管、封孔装置等组成。

(2)注浆系统配置要求

①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。

②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，一次搅拌量应≥1.5m³。

③搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，池为圆柱体，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一次搅拌量应≥1.5m3。

④水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立多个水池，以保证正常施工用水，水池规模和要求视工地具体情况而定。

⑤注浆泵6：宜采用变档定量泵，最大排浆量应满足采空区1注浆施工需要，最大泵压不小于4.0Mpa。

⑥压力表：注浆用压力表最大标值不小于注浆压力的1.5倍，应进行标定，压力表与管路之间应设有隔浆装置。

⑦输浆管：采用无缝钢管或高压胶管，管路各部分应能承受最大设计注浆压力的1.5～2.0倍，不应变径，在弯曲处不得变径，接头应密封并易拆卸，接头和注浆管2的外径应相同。

⑧投砂漏斗：应安装有球形阀和过滤网，在施工中若遇到较大的空洞可投入适量的砂子或石粉。

注浆系统结构示意图

(3)注浆技术要求

①注浆施工顺序：注浆孔(帷幕孔)施工时，应按采空区1煤层底板倾斜的方向，先施工采空区1底板标高相对较低位置的帷幕孔及注浆孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。应先施工边缘帷幕孔，以形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液的外流，后施工中间注浆孔。

②注浆工作应间隔式分序次进行，一般分为二～三个序次成孔，一序次孔对采空区1可以起到补勘作用，注浆工作也应间隔式分序次进行，一序次孔浆液可能扩散范围较大，二、三次序孔注浆使前序次未充填的空洞得到再次充填，从而提高充填率；

③每孔注浆前或必要的间歇期间采用清水洗孔，压水时间5-10分钟。另：在注浆孔过程中岩层如以遇水易软化岩石为主时，注浆前可不进行空隙、裂隙的压水重洗；孔内不返水和掉钻的注浆孔可不进行压水冲洗。

④注浆前应量测注浆孔的孔深、水位，当实测孔深与终孔孔深相差较大时，应扫孔至设计标高。

⑤采空区1充水时注浆要求：

A灌注注浆管2应置于采空区1积水底部；

B注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，当某一浓度浆液的注入量已超设计单孔注浆量的60％，且注浆压力和单位吸浆量均无明显改变时，应调浓一级注浆。注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。

C注浆采用间歇式注浆，当某一浓度浆液的注入量已达设计量，进行间歇注浆，间歇24小时，间歇1次后，应调浓一级注浆根据实际情况加入速凝剂(粗骨料)。间歇时应对该受注孔清水冲洗5-10分钟，并用堵帽(头)对受注孔注浆管2进行封堵。当注浆量达到设计单孔注浆量2倍时，及时反馈设计单位进行调整。

⑥在注浆施工的开始阶段，注意搜集整理各地段各种配比浆液的灌注充填情况，获取更为合理的注浆施工参数。

⑦对于小窑采空区1，要做好施工中注浆情况的分析整理和及时反馈，对浆液的配制和灌注进行适当的调整，最终实现治理工程的经济、合理、优质、高效。

(4)单孔注浆结束标准

①在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力在1.0～1.5MPa，稳定15分钟以上时，可结束该孔的注浆施工。

②当注入一定浆量，孔口压力不小于0.3Mpa，若出现地表裂隙大量跑浆时，即可结束该孔的注浆施工，后期进行补浆处理。

③单孔注浆量超量应对措施。当单孔注浆量达到设计单孔注浆量但尚未达到注浆结束标准时，应会同设计部门对其原因进行分析，采用间歇式注浆，并选择添加速凝剂及添加粗骨料等手段进行控制。

2注浆质量控制

2.1在注浆工程施工过程中应对水泥按照批次水泥300T检测化验一次，粉煤灰按每500T检测化验一次。

2.2注浆所用浆液按每400m3制作试块检测一次。

2.3在注浆工程施工过程中，在现场应随时检测浆液的比重，初终凝时间等参数。

2.4注浆施工过程中，每孔所注入的浆液每班应做比重、粘度等参数的测定。

2.5搅拌系统、注浆设备等必须进行定期检测和维修，以保证注浆施工连续进行。

3注浆特殊情况处理原则

3.1单孔注浆末期应连续注浆(是场地范围内地下空洞及裂隙带完好处治的关键)。单孔注浆末期，在孔口已有少许压力时，绝对不能采用间歇法注浆。若此时停注，裂隙内的水泥粉煤灰浆凝固，堵塞裂缝通道，等再注时，会出现孔口压力无限高，根本注不进浆的情况，表面上达到了单孔注浆结束标准，实质上裂隙带并未得到注浆处治。

3.2当注浆压力保持不变，单位吸浆量持续减少时，或当单位吸浆量不变而压力持续升高时，不应改变水固比。

3.3注浆顺序应按照从外围到内部、分次序间隔跳孔的注浆施工顺序注浆(是整个工程达到完好处治的关键)。

4.采空区1处治监测

采空区1监测根据采空区1特征和工程的需要布设。当以路基方式通过新采区时，进行采空区1变形跟踪监测，当采空区1以桥梁方式通过采空区1时，对采空区1变形进行全过程多方位长期监测。

4.1采空区1变形监测点布设

根据《采空区1公路设计与施工技术细则》(JTG/TD31-03-2011)第8.2节规定，基准点及监测点个数及位置如下选取：

(1)基准点选择在非采空区1且不受采空区1影响的稳定区域，且距采空区1的距离应大于0.7倍的开采深度。

(2)监测点兼顾采空区1边缘区和构造物的特殊部位均匀布设。

(3)路基观测网：当路基填、挖小于10m时，沿线路方向布设3条测线，分别在路线中心及两侧坡脚或堑顶；当填、挖大于10m时，沿路线方向布5条观测线，分别在路线中心及两侧路肩、坡脚或堑顶，点距100m。

(4)桥梁监测点逐墩布设，横向以墩台为中心两侧布设，距中心点依次为0m、15m、30m。

4.2监测周期要求

(1)施工期间，半年内每周观测1次，半年后每月观测1次，观测1年半。

(2)通车2年内每2个月观测1次。

监测周期4年，每个监测点共计监测56次。

经变形资料分析和评价，确认采空区1已完全稳定，对公路工程无影响时，方可停止监测。

4.3监测标准

(1)地表倾斜值i≤3.0mm/m；地表曲率k≤0.2×10-3/m；地表水平变形ε≤2.0mm/m。

(2)连续6个月地表的下沉量<10mm。

5工程质量检测

工程质量检测包括施工过程中的质量监测和施工结束后的处治效果检测。

5.1施工过程中的工程质量检验

施工技术人员必须掌握采空区1处治工程的目的、加固原理、技术要求和质量评定标准等。施工中应有专人负责质量控制和检测，并做好记录。施工单位自检。原材料检验，包括水泥、粉煤灰检验，原材料的出厂检验单、每批量的检验等。每班对浆液配合比、浆液参数如结石率、粘度进行测试和试块的制作。

5.2处治效果检测

采空区1处治结束6个月后，采用钻孔取芯、孔内波速测井、地表变形观测等方法，对采空区1处治效果进行检测，在验收合格后，方可进行主体构造物施工。

(1)钻孔检测

钻孔位置确定原则：一是考虑布置在有代表性的采空区1位置，二是施工过程中出现异常情况的部位，三是桥梁每墩台应有一个检查孔。按注浆孔的2％左右设置检查孔，终孔直径89mm，全孔取芯。检查孔深度为地面至釆空区底板的深度。通过孔内取芯直接观察采空区1的浆液充填情况，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价注浆质量，对岩芯进行编录、拍照、保管和存档。结石体强度检测：在检查孔中，采取受注段结石体岩芯进行抗压实验，标准为无侧限抗压强度桥隧段不小于2.0MPa，路基段不小于0.6MPa。孔内电视观察：通过孔内电视观察孔壁岩体的空洞、裂隙、浆液的充填情况以及岩体的完整程度，根据图像的形态、颜色及光亮等信息，综合评价采空区1的处治效果。

(2)孔内波速测井

在己完成的检查孔中进行，标准为桥梁段横波波速大于350m/s，路基段横波波速大于250m/s。

(3)地表变形观测

在路线中心及两侧坡脚或堑顶布设长期变形观测点，直至沉降达到稳定为为止。

(4)注浆检测

在已完成的检查孔中进行。注浆浆液为水泥浆，水固比采用1:1.2。注浆结束条件为单位时间注入孔内浆量小于50L/min，注浆持续时间15～20min，终孔压力2～3Mpa。当浆液的注人量超过处治单孔平均注浆量的5％时，应查明原因，做出综合分析，必要时进行补充注浆。

6注意事项

6.1公路主体工程应在采空区1处治施工后，经检测认为施工质量满足要求后方可开工。

6.2在采空区1处治范围内严禁开采任何层位的矿产。

6.3基于线路工程特殊性，遵循动态施工原则。

6.4采空区1处治施工前应与沿线煤矿签订停采协议并详细了解当前煤层开采情况，避免发生井下安全事故。

6.5处治施工阶段应进一步确定煤矿大巷位置，处治施工阶段煤矿大巷内布设止浆墙。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

对于单层的采空区(1)：

S1：先在表层段进行第一段开孔，再在内层段变径进行第二段开孔到冒落带或采空区(1)内，其中第一段开孔的直径大于第二段开孔的直径；

S2：孔内下放带法兰托盘(21)的注浆管(2)，法兰托盘(21)置于第一段开孔和第二段开孔之间的台阶上，对注浆管(2)与第一段开孔之间区域注水泥浆进行稳固；

S3：在注浆管(2)上端连接孔口三通管(3)，从注浆管(2)内向采空区(1)注入填充浆；

对于多层的采空区(1)：

S4：先在表层段进行第一段开孔；

S5：孔内注入水泥浆进行稳固，放入注浆管(2)，待水泥浆凝固后，通过注浆管(2)在内层变径进行第二段扫孔到冒落带或采空区(1)内；

S6：在注浆管(2)上端连接孔口三通管(3)，从注浆管(2)内向采空区(1)注入填充浆；

S7：再进行若干次以下步骤：扫孔钻至下一层采空区(1)内，再对下一层采空区(1)注入填充浆；直至所有层采空区(1)被填充浆填充。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，钻孔时在钻杆上连接钻铤后进行钻进。

3.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述填充浆的制备工艺包括如下步骤：

Y1:在一级搅拌机(4)内加清水搅拌水泥和粉煤灰；

Y2：将经一级搅拌机(4)搅拌的原料转至二级搅拌机(5)，在二级搅拌机(5)中加入速凝剂搅拌，得到填充浆；

Y3：通过注浆泵(6)将填充浆注入注浆管(2)。

4.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，钻孔时在钻杆上加装红外对中装置，红外对中装置电连接报警器。

5.根据权利要求4所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，钻杆上还安装有扶正设备，扶正设备与红外对中装置电连接。

6.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，在注填充浆的过程中，按采空区(1)煤层底板倾斜的方向，先施工采空区(1)底板标高相对较低位置的注浆孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。

7.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，在注填充浆的过程中，注填充浆工作间隔式分序次进行，分为2～3个序次成孔。

8.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，每孔注填充浆前或必要的间歇期间采用清水洗孔，压水时间5～10分钟。

9.根据权利要求1所述的一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，在注填充浆的过程中，注填充浆末期，当泵量小于70L/min时、孔口压力在1.0～1.5Mpa稳定15分钟以上时，结束该孔的注填充浆施工。

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