摘要：本文介绍了掏砂洞在兰州枢纽工程中的分布、成因、规模等情况，并着重讲述了掏砂洞的勘察方法与注意要点、工程处理措施及掏砂洞地区选线原则等，并通过工程实例介绍了施工中掏砂洞的处理措施，以供同类工程参考
　　关键词：兰州枢纽 ， 掏砂洞，小型采空
　　Abstract: this paper introduces the sand holes in lanzhou out the distribution hub project, causes, scale, etc., and the emphasis on the sand out of the hole and attention points, survey method with engineering measures and tao sand holes and location in principle and so on, and through the engineering case, this paper presents the construction of sand holes treatment measures of cutting, for similar projects
　　Keywords: lanzhou hub, draw out sand holes, small goaf
　　
　　
　　中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
　　
　　1前言
　　掏砂洞多分布在甘肃、青海一带低中山区、黄河及其支流的各级阶地上，是人们为获得覆盖耕地表面，减少水分蒸发、保墒的卵砾石及近代用以修建铁路、房屋等的建筑材料，而在含卵砾石的地层中開采卵砾石后所遗留的空洞。掏砂洞在兰州枢纽工程桑园子端的黄河高阶地及低中山区中分布较广，其规模大小及对工程影响程度不一，其中掏砂洞呈群状分布，规模较大，对线路工程影响较大的主要集中在低中山区。而对其进行详尽的勘察与研究成为兰州枢纽勘察的重点与难点之一。
　　2掏砂洞的特点
　　（1） 掏砂洞属小型人为坑洞的一种，是人们开采卵砾石而在卵砾石层中挖掘后遗留下来的洞穴。它一般是人工开挖，采空范围相对较窄，开采深度相对较浅，开采时无规划，一般无或少支撑。
　　（2） 人们开采卵砾石决定了掏砂洞只能分布于卵砾石层中。兰州枢纽工程中所发现的掏砂洞基本位于黄河及其支流各级阶地区第四系上更新统的卵砾石土层中。
　　（3） 掏砂洞的规模受它所在卵砾石层范围、厚度及人工开采手段等因素影响，大小不一。卵砾石层的厚度、埋深及稳定情况等直接决定了掏砂洞可开采的深度。据调查访问，兰州枢纽小砂沟—大砂坪一带黄河各级阶地区分布的掏砂洞洞口横断面一般宽2~8m，高2~10m，深3~120m不等，其中有的掏砂洞相
　　
　　对简单，只有一个洞口，一个主洞，但多数掏砂洞口都成群状分布，内部分支连接，纵横交错，形成网络状大片空穴。极易引发地表塌陷及对工程造成危害。
　　（4）由于以上特点，在有掏砂洞地区，局部地表可发现塌陷碟地、陷落漏斗及竖井等现象，但由于掏砂洞多历史较久，有的洞口堵塞，地表状态变迁，开采无规划，洞内稳定性极差等原因，使对掏砂洞的详尽准确勘察极其困难和危险。
　　3 掏砂洞危害与影响
　　（1） 由于掏砂洞采空范围相对狭窄，多呈巷道式，因此地表一般不会产生移动盆地。但由于开采深度浅，又任其自由坍落，地面较容易发生较大变形，常见的变形类型有地表裂缝、台阶和塌陷。
　　（2）掏砂洞位于铁路工程（主要为隧道）轨面以上时，由于其不稳定特性，导致铁路侧壁或顶面易发生坍塌，为铁路施工及运营造成安全隐患。
　　（3） 任何铁路工程（隧道、桥梁、路基）基础位于掏砂洞顶板以上，由于采空区的极易突然坍塌，都将随时导致铁路工程的塌陷，引发灾难性后果。
　　4掏砂洞勘察内容方法与注意要点
　　由于掏砂洞一般是人工开挖，开采时多无规划，无支撑，且多历史较久，遗迹模糊，洞口隐蔽，洞内纵横连接，时有坍塌等原因，使掏砂洞的精确勘察难度很大。
　　4.1 搜集资料
　　掏砂洞地区修建铁路之前一般均未进行过专门的地质勘察，开采也无规划，搜集资料十分困难，主要应做好向当事者或当地居民和有关方面的调查访问。其内容主要是：掏砂洞的分布范围，开采的深度、厚度和方法，开采和停采年限，主巷道的位置、大小、断面尺寸、支护情况和采空区的分布、塌落、支撑、回填情况，以及开采时地下水变化情况和开采计划，今后规划等。
　　4.2 实地勘察内容
　　（1） 坑洞的分布、位置、断面大小、延展方向及其相应的地表位置。
　　（2） 因采空影响而产生的陷坑、位移的位置、形状、大小、深度、延伸方向及其采空区和地质构造的生态系统。
　　（3）了解采空区附近工农业抽水和水利工程建设情况及其对采空区的影响。
　　4.3勘探
　　若通过搜集资料、调查资料、调杳访问和地质测绘尚不能查明前述的坑洞有关情况时，应根据具体情况，选用不同方法进行勘探。勘探的方法有锥探、小型勘探，洞探、物探和钻探等。勘探深度应大于预计的采空埋藏深度。
　　4.4注意要点
　　（1） 由于掏砂洞一般是人工开挖，开采时多无规划，且多历史较久，遗迹模糊，洞口坍塌或较隐蔽，在掏砂洞地区调查时应在详细搜集资料基础上，初步掌握区域掏砂洞发育的地层规律，调查时有针对性的详细排查，并扩大调查面积。
　　( 2 ) 由于掏砂洞多历史较久，开采无规划，无支撑，洞内稳定性极差的原因，详细准确的调查记录掏砂洞内开采的深度、巷道的位置、大小、断面尺寸、支护情况和采空区的分布、塌落、支撑、回填的等情况极其困难和危险，原则上应尽量避免深入洞内，进洞时应保证一人处于洞外，进洞人员应量力而行，但应标记未深入洞的掏砂洞的情况及未深入原因。
　　（3） 根据具体情况，兰州枢纽具体调查较为长大的掏砂洞时，多采取一人留守洞口，另两人携带手电、皮尺、罗盘、记录本进洞，详细丈量洞内大小、断面尺寸、塌落、支撑、回填情况及巷道延展方向并予以记录的方法。
　　5 掏砂洞实例及工程处理措施建议
　　5.1 工程实例
　　兰州枢纽梨园隧道是位于兰州市城关区大砂坪，属低中山黄土梁峁区，地形起伏，隧道为单线短隧道，总长352m，起讫里程为HDYK40+088～HDK40+440，隧道全线位于上更新统冲积砂质黄土层中，其下为卵石土层，下伏第三系砂岩。掏砂洞位于隧道进口段卵石土层中，主洞高程约在1640m～1645m之间，位于隧道路肩以下，走向正西，基本与线路平行，洞高3～5m，宽3～4m，深约60m，洞顶多为黄土，洞身为卵石土，洞底多为卵石及黄土坍塌体覆盖，其内有4个较大支洞，支洞长15～35m不等，支洞与主洞及支洞之间多相互联通，纵横交错，导致在约HDYK40+075～HDYK40+135m段高程1639m～1644m之间的卵石土大部分被挖走，形成空洞，其顶板位于隧道路肩以下约5~7m，对隧道工程影响极大。
　　平面位置示意图如下：
　　
　　图1梨园隧道进口段掏砂洞平面位置示意图
　　
　　
　　
　　图2梨园隧道进口段掏砂洞所在卵石土层纵断面位置示意图
　　5.2工程处理措施
　　5.2.1 平面处理范围的确定
　　由隧道边界向外量出3~5m作为安全距离，再由此点按β角在断面上作斜线交至采空洞底板，其以上部分即为处理范围，隧道工程中隧道底面开挖宽度可视为路基肚子底部，具体如图3。
　　图3
　　依据L2=L1+2h2ctgβ+10（1）
　　L3= L1+2(h2+h3)ctgβ+10（2）
　　因梨园隧道顶板为第四系上更新统冲积黄土，依据规范并结合经验值，取边坡坡率为1:1,即图中m=1，β取值为450，隧道底宽度取L1=6m，顶板厚度为h2=6m，向外延伸安全距离取5m，采空洞高度取卵石土层厚度，即h3=9m，则可计算求出必须处理范围的顶面长L2=28m，底面长L3=46m，可得知，隧道进口段掏砂洞均处在必须处理范围内，均需采取处理措施。
　　5.2.2处理措施建议
　　综合以上条件，梨园隧道进口段掏砂洞在隧道开挖前必须进行片石回填，片石回填时必须密实，回填密实后封闭洞口，并进行泥水注浆充填空隙，必要时应用水泥注浆，并设定工程保护范围，严禁在工程保护范围内再次开挖掏砂洞。
　　6掏砂洞地区选线原则和处理方法
　　（1）掏砂洞（小型采空）是铁路运营的隐患，变形易突然发生，严重时会造成列车颠覆。一旦发生，又难以维修养护，往往中断行车，危害性甚为严重。因此线路一般应以绕避为宜。若必须通过时，也必须查明分布情况，彻底处理，不留后患。
　　（2）用洞探的方法查清线路基底的坑洞，进行回填处理，消除病害的根源，是最彻底的处理方案。这种处理方法要地下作业，工作条件较差，须考虑支撑、照明、通风等。
　　（3）桥基础置于坑洞底板以下，跨越小型采空区是稳妥可靠的处理措施。但掏砂洞（小型采空）分布较紊乱，一般基础条件较差，桥的跨度大、基础深、造价高。
　　（4）掏砂洞（小型采空）处理，可采用探灌结合原则进行。灌浆处理，工序单一，方法简捷，又可地面作业，是目前常用的地基处理方法。但当坑洞较大时，存在浆液耗量多，防侧向渗流帷幕难以很好形成，灌注数量难以预计，钻探量大，不好进行质量检查等问题。
　　（5）以隧道通过掏砂洞（小型采空）区时，应慎重查明其下的采空情况。对采空区应进行回填处理，同时做压浆处理，并预留净空，增加沉降缝，加强衬砌和基底的结构强度。若情况难以查明时，线路应予绕避。
　　
　　参考文献
　　1.铁路工程地质手册•北京：中国铁道出版社，1999
　　2.梨园隧道工程地质勘察报告•兰州：2009
　　 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。