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摘要：近年来，随着我国经济的发展，基础设施建设项目加速实施，许多地方修建高速公路都不可避免的要通过采空区，开展对公路采空区治理技术的研究，对于节省公路投资和保障公路运行安全，具有重要的经济价值和研究意义。本文以山西省高速公路建设为例，对采空区施工技术及处治进行了分析研究。
关键词： 高速公路 采空区 注浆
【分类号】：TG333.7
1采空区处置原则
公路采空区处治设计是在对采空区勘察和评价的基础上进行的，应与公路工程设计阶段相一致。公路工程基本建设程序一般分为预可、工可、初步设计和施工图设计四个阶段。预、工可阶段主要任务是根据采空区专项调查与资料收集，从避让采空区的角度提出路线通过的适宜地带， 为合理确定路线走廊带及方案提供依据，并对各路线方案采空区治理的可行性进行论证；初步设计阶段应结合路线方案设计， 根据采空区稳定性定性和定量评价结论，对需要处治的采空区提出处治方案并进行处治设计；施工图设计阶段应结合路线设计和工程设计，根据采空区稳定性定量评价结果，对需要处治的采空区进行设计，包括具体的处治方法、施工工艺、工程量及处治费用。
公路采空区进行稳定性评价后，应依据采空区规模、公路等级及构造物特点，对不满足公路建设要求的采空区进行处治。处治效果经检测符合要求后，方可进行主体工程施工。
2 采空区处治范围的确定
公路采空区注浆处治的范围应根据采空区的分布、埋藏深度以及上覆岩性等因素进行确定。
采空区的处治具体确定：
2.1采空区宽度的处治
（1）路基或桥隧宽度确定。路堤部分以公路两侧路堤坡脚为界；路堑部分以两侧堑顶边界为界；桥梁以桥宽为界；隧道以隧道宽为界。
（2）围护带宽度确定。根据以往采空区处治的经验，围护带宽度按表1的规定取值。
（3）采空区覆岩移动影响宽度确定。采空区覆岩移动的影响宽度参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（国家煤炭工业局制定，2000年）计算。因老采空区与新采区、准采区的覆岩移动变形规律不同，计算时采用不同的覆岩移动影响角。对于新采区和准采区，其覆岩移动主要是由开采过程引起的，采空区覆岩移动的影响宽度按覆岩移动角计算；对于老采空区，其覆岩移动主要是由残余空洞、裂隙的再冒落和压密过程引起的，其在地表的影响范围远较开采过程小，采空区覆岩移动的影响宽度可按覆岩活化移动影响角计算。
2.2采空区处治的长度。采空区处治的长度（沿路线中线方向） 应为公路下伏采空区的实际长度及覆岩移动影响范围之和。
2.3采空区处治深度。采空区边界以内自下而上主要发育岩层破断、冒落形成的裂隙和空洞，当处治范围位于采空区边界以内时，其处治深度应为地面至采空区底板以下1m处。
3注浆孔的布设与设计
3.1注浆孔的布设。采空区处治范围的边缘部位应布设帷幕孔，防止浆液流失，帷幕孔间距宜为10m，容许变动范围为±5m。当采空区处治范围的边缘部位存在大的空洞时，其孔间距宜取小值。
注浆孔宜采用梅花型方式布设，其排距、孔间距应经现场试验确定。当无法进行现场试验时，宜根据采矿方法、覆岩地层结构及岩性、回采率、顶板管理方法、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性，按表2确定。当煤层回采率大、顶板坚硬、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性好，可取大值；反之应取小值。当采空区位于一般路段时，可取大值；当采空区位于高填、深挖路段或桥梁、隧道等构筑物地段时，则应取小值。
3.2钻孔的设计
（1）钻孔孔深。当注浆孔、帷幕孔位于采空区边界范围以内时，应钻至采空区底板以下1m处；当位于采空区边界外侧至岩层移动影响范围以内时，孔深可按式（2-6）计算确定。
（2）钻孔孔径。开孔孔径宜控制在130～150mm之间，经一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91mm。
（3）变径位置。注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩4～6m处变径，软岩取大值，硬岩取小值。
（4）岩芯采取率。取芯孔的数量应为注浆孔、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%。
（5）孔斜。钻孔每50m测斜一次，每百米孔斜不应超过1°。
（6）注浆管材料与管径设计。注浆管一般选用直径不小于φ50mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm。当采空区处治深度小于50m时，也可采用φ50mm的PVC管或PE管，以便节省材料，降低工程投资。采用PVC管或PE管时，要求壁厚大于2mm，强度大于3MPa。
4注浆材料的选择、配比和用量计算
4.1注浆材料的选择。采空区注浆以充填采空区及其覆岩中的空洞和裂隙为主，对浆材的细度、强度要求相对较低，为充填式注浆。水泥粉煤灰、水泥粘土类浆液结石体具有一定的强度，且造价低廉，材料来源丰富，浆液配制方便，操作简单，目前在工程中得到了广泛运用。
采空区注浆宜采用水泥、粉煤灰、粘土等材料。当采空区空洞和裂隙发育，地下水流速大于200m/h时，宜先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料后注浆。注浆过程中，可根据需要加入一定量的水玻璃、三乙醇胺等添加剂改变浆液性能，缩短凝结时间。
4.2注浆材料的配比。注浆材料的配比应通过现场试验确定。根据材料配比试验研究，水固比（重量比）取1：1.0～1：1.3时，浆液的可注性良好，可在注浆施工中采用。浆液的浓度使用，应由稀到浓，一般根据工程目的、施工现场的具体情况，选用适当的浓度比级。采空区充水时，宜采用较大的浓度比级，反之采用较小的浓度比级。路基注浆材料配比，水泥可调整为20%或更高。
当采空区空洞和裂隙发育，地下水流速大于200m/h时，为节省注浆材料，通常先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料，以此充填大的空洞和裂隙，减小过水断面，增加水流阻力，为有效注浆创造条件。
5注浆施工顺序和工艺
5.1施工顺序
施工应按下列顺序进行：
（1）先施工边缘帷幕孔，后施工中间注浆孔，形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液外流。
（2）钻孔应分序次间隔进行，宜分二至三个序次成孔，一序次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孔的孔位、孔距、孔数进行适当调整，弥补均匀布孔设计的不足。
（3）注浆应间隔式分序次进行，一序次孔浆液可能扩散范围较大，二、三序次孔注浆将使前序次未充填的空洞得到再次充填。
（4）倾斜煤层采空区应先施工沿倾向深部采空区边缘孔，采取从深至浅的施工序次。
5.2施工工艺
注浆施工工艺可按以下三种情况选择：
（1）当采空区为单层采空区时，宜采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工，用似法兰盘简易止浆法止浆。采用直径不小于φ50mm的钢管作为注浆管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下入注浆孔变径处，用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的孔隙封堵，然后采用水固比为1：2的水泥浆或42.5号快凝水泥稠浆将注浆管与孔壁胶结在一起，水泥浆灌注高度不应小于8m。
（2）当采空区为多层采空区，矿层间隔较小，各矿层冒落、裂隙带互相贯通时，宜采用上行法注浆施工工艺，一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。
参考文献：
[1] 刘涛，孙忠弟，赵金刚，李开超.某高速公路下伏采空区注浆压力的确定方法[J]. 地下水.2009（05）
[2] 要启云.浅谈高速公路采空区（空洞）治理方法的选择[J].山西建筑. 2008（04）
[3] 刘学军，穆满根. 高速公路注浆处理采空区的质量控制措施[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）. 2005（08）
[4] 王桂，李维平，夏立元. 注浆技术在高速公路下伏煤矿采空区治理中的应用[J]. 西部探矿工程. 2006（12）
关键词： 高速公路 采空区 注浆
【分类号】：TG333.7
1采空区处置原则
公路采空区处治设计是在对采空区勘察和评价的基础上进行的，应与公路工程设计阶段相一致。公路工程基本建设程序一般分为预可、工可、初步设计和施工图设计四个阶段。预、工可阶段主要任务是根据采空区专项调查与资料收集，从避让采空区的角度提出路线通过的适宜地带， 为合理确定路线走廊带及方案提供依据，并对各路线方案采空区治理的可行性进行论证；初步设计阶段应结合路线方案设计， 根据采空区稳定性定性和定量评价结论，对需要处治的采空区提出处治方案并进行处治设计；施工图设计阶段应结合路线设计和工程设计，根据采空区稳定性定量评价结果，对需要处治的采空区进行设计，包括具体的处治方法、施工工艺、工程量及处治费用。
公路采空区进行稳定性评价后，应依据采空区规模、公路等级及构造物特点，对不满足公路建设要求的采空区进行处治。处治效果经检测符合要求后，方可进行主体工程施工。
2 采空区处治范围的确定
公路采空区注浆处治的范围应根据采空区的分布、埋藏深度以及上覆岩性等因素进行确定。
采空区的处治具体确定：
2.1采空区宽度的处治
（1）路基或桥隧宽度确定。路堤部分以公路两侧路堤坡脚为界；路堑部分以两侧堑顶边界为界；桥梁以桥宽为界；隧道以隧道宽为界。
（2）围护带宽度确定。根据以往采空区处治的经验，围护带宽度按表1的规定取值。
（3）采空区覆岩移动影响宽度确定。采空区覆岩移动的影响宽度参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（国家煤炭工业局制定，2000年）计算。因老采空区与新采区、准采区的覆岩移动变形规律不同，计算时采用不同的覆岩移动影响角。对于新采区和准采区，其覆岩移动主要是由开采过程引起的，采空区覆岩移动的影响宽度按覆岩移动角计算；对于老采空区，其覆岩移动主要是由残余空洞、裂隙的再冒落和压密过程引起的，其在地表的影响范围远较开采过程小，采空区覆岩移动的影响宽度可按覆岩活化移动影响角计算。
2.2采空区处治的长度。采空区处治的长度（沿路线中线方向） 应为公路下伏采空区的实际长度及覆岩移动影响范围之和。
2.3采空区处治深度。采空区边界以内自下而上主要发育岩层破断、冒落形成的裂隙和空洞，当处治范围位于采空区边界以内时，其处治深度应为地面至采空区底板以下1m处。
3注浆孔的布设与设计
3.1注浆孔的布设。采空区处治范围的边缘部位应布设帷幕孔，防止浆液流失，帷幕孔间距宜为10m，容许变动范围为±5m。当采空区处治范围的边缘部位存在大的空洞时，其孔间距宜取小值。
注浆孔宜采用梅花型方式布设，其排距、孔间距应经现场试验确定。当无法进行现场试验时，宜根据采矿方法、覆岩地层结构及岩性、回采率、顶板管理方法、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性，按表2确定。当煤层回采率大、顶板坚硬、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性好，可取大值；反之应取小值。当采空区位于一般路段时，可取大值；当采空区位于高填、深挖路段或桥梁、隧道等构筑物地段时，则应取小值。
3.2钻孔的设计
（1）钻孔孔深。当注浆孔、帷幕孔位于采空区边界范围以内时，应钻至采空区底板以下1m处；当位于采空区边界外侧至岩层移动影响范围以内时，孔深可按式（2-6）计算确定。
（2）钻孔孔径。开孔孔径宜控制在130～150mm之间，经一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91mm。
（3）变径位置。注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩4～6m处变径，软岩取大值，硬岩取小值。
（4）岩芯采取率。取芯孔的数量应为注浆孔、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%。
（5）孔斜。钻孔每50m测斜一次，每百米孔斜不应超过1°。
（6）注浆管材料与管径设计。注浆管一般选用直径不小于φ50mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm。当采空区处治深度小于50m时，也可采用φ50mm的PVC管或PE管，以便节省材料，降低工程投资。采用PVC管或PE管时，要求壁厚大于2mm，强度大于3MPa。
4注浆材料的选择、配比和用量计算
4.1注浆材料的选择。采空区注浆以充填采空区及其覆岩中的空洞和裂隙为主，对浆材的细度、强度要求相对较低，为充填式注浆。水泥粉煤灰、水泥粘土类浆液结石体具有一定的强度，且造价低廉，材料来源丰富，浆液配制方便，操作简单，目前在工程中得到了广泛运用。
采空区注浆宜采用水泥、粉煤灰、粘土等材料。当采空区空洞和裂隙发育，地下水流速大于200m/h时，宜先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料后注浆。注浆过程中，可根据需要加入一定量的水玻璃、三乙醇胺等添加剂改变浆液性能，缩短凝结时间。
4.2注浆材料的配比。注浆材料的配比应通过现场试验确定。根据材料配比试验研究，水固比（重量比）取1：1.0～1：1.3时，浆液的可注性良好，可在注浆施工中采用。浆液的浓度使用，应由稀到浓，一般根据工程目的、施工现场的具体情况，选用适当的浓度比级。采空区充水时，宜采用较大的浓度比级，反之采用较小的浓度比级。路基注浆材料配比，水泥可调整为20%或更高。
当采空区空洞和裂隙发育，地下水流速大于200m/h时，为节省注浆材料，通常先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料，以此充填大的空洞和裂隙，减小过水断面，增加水流阻力，为有效注浆创造条件。
5注浆施工顺序和工艺
5.1施工顺序
施工应按下列顺序进行：
（1）先施工边缘帷幕孔，后施工中间注浆孔，形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液外流。
（2）钻孔应分序次间隔进行，宜分二至三个序次成孔，一序次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孔的孔位、孔距、孔数进行适当调整，弥补均匀布孔设计的不足。
（3）注浆应间隔式分序次进行，一序次孔浆液可能扩散范围较大，二、三序次孔注浆将使前序次未充填的空洞得到再次充填。
（4）倾斜煤层采空区应先施工沿倾向深部采空区边缘孔，采取从深至浅的施工序次。
5.2施工工艺
注浆施工工艺可按以下三种情况选择：
（1）当采空区为单层采空区时，宜采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工，用似法兰盘简易止浆法止浆。采用直径不小于φ50mm的钢管作为注浆管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下入注浆孔变径处，用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的孔隙封堵，然后采用水固比为1：2的水泥浆或42.5号快凝水泥稠浆将注浆管与孔壁胶结在一起，水泥浆灌注高度不应小于8m。
（2）当采空区为多层采空区，矿层间隔较小，各矿层冒落、裂隙带互相贯通时，宜采用上行法注浆施工工艺，一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。
参考文献：
[1] 刘涛，孙忠弟，赵金刚，李开超.某高速公路下伏采空区注浆压力的确定方法[J]. 地下水.2009（05）
[2] 要启云.浅谈高速公路采空区（空洞）治理方法的选择[J].山西建筑. 2008（04）
[3] 刘学军，穆满根. 高速公路注浆处理采空区的质量控制措施[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）. 2005（08）
[4] 王桂，李维平，夏立元. 注浆技术在高速公路下伏煤矿采空区治理中的应用[J]. 西部探矿工程. 2006（12）