华南低山丘陵区高速公路穿越采空区路段治理技术研究

道路 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 156 2012 年 7 期(总第 91 期) 华南低山丘陵区高速公路穿越采空区 路段治理技术研究 邱 钰1，童立元2，方 磊2 (1． 广东省路桥建设发展有限公司，广东 广州 510635; 2． 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096) 摘 要:山区高速公路建设穿越矿区时，采空区的存在将对高填路堤、路堑边坡、桥梁及隧道等产生不可忽视的危 害，如何进行合理的治理是山区高速公路建设技术难题之一。本文以华南山区天汕高速粤境段建设遇到的 3 种典型采 空区为例，分别对锰矿采空区、石灰岩矿采空区及煤矿采空区的治理技术进行了分析。其中，锰矿采空区主要采用强 夯结合限制开采的治理措施;石灰岩矿主要采用限制开采或封矿禁采的措施;路堤和路堑下伏煤矿采空区，采用全充 填压力注浆法治理，而对含采空区的路堑高边坡，采用了全充填压力注浆充填 +注浆锚杆 (或注浆钢锚管) +格子梁 的综合处治方法。采空区的成功处治，为华南低山丘陵区类似工程提供了参考。 关键词:低山丘陵区;高速公路;采空区;治理 中图分类号:U416. 1 文献标识码:B 本文以天汕高速粤境蕉岭广福至梅县城东段沿线 采空区的治理工程为例，对低山丘陵区煤矿、锰矿及 石灰石矿 3 种不同类型采空区的治理技术进行介绍， 以供类似工程参考。 1 采空区概况 天 (津)汕 (尾)国家重点公路蕉岭广福至梅县 东段所经路段位于华南褶皱系与东南沿海褶皱系交接 地带，褶皱断裂发育，岩浆活动频繁，地质条件复杂， 矿产资源丰富，该高速公路 K0 + 000 ～ K44 + 245 段经 过多处矿床采空区，主要有锰矿采空区、石灰岩矿采 空区、煤矿采空区 3大类。其中锰矿采空区有 5处，石 灰岩矿采空区有 6处，煤矿采空区 2处，另外还有一个 溶洞。各采空区的分布情况及危害性评价见表1所示。 2 主要采空区地质采矿特征 (1)煤矿采空区 公路临近煤矿采空区属于瓜洲煤矿，为典型的南 方小煤窑，为个人或村集体开采。含煤岩系属海陆交 互相沉积，岩石类型复杂 (泥岩、页岩、砂岩偶见 表 1 公路沿线采空区概况表 采空区类型 里程位置 基本特征 危害性 煤矿采空区 K41 + 225 ～ K41 + 410 位于右侧路基边界外 60 ～ 160m，地下暗洞式开采 在未来向路基下开采将产生危害。 K43 + 800 ～ K44 + 245 3 个开采层次，7 条巷道;1 ～ 3 号巷道分布高程 105 左右，已无开采作业面;4、5 号巷道及标高为 0;6、7 号巷道区标高约为 － 40，为主要的作业面。 第一层采空区(即 1、2、3 巷道)与路线设计标 高接近，对路基及路堑边坡的危害最大。其 他相对距离路基设计标高都在 100m 以上，危 害较小，但不能忽略未来开采的危害。 锰矿采空区 K0 + 000 ～ K0 + 330 以地表垂直露天开采为主，深约 8m，见部分洞底相 通，洞口直径约 1. 2m，约 20 个开采洞零星散布于山 坡上，为私人无序开采;此处大部分矿洞已废弃，且 离路线较远，约 60m。 目前对道路暂无影响，但未来向路线下开采 将对道路产生危害。 K12 + 385 ～ K12 + 420 露天开采，采空区呈鸡窝状分布于道路左侧边坡或 路基下，深度 0 ～ 8m。 K12 + 700 ～ K12 + 760 物探揭示采空区隐伏于道路左侧路基下或边坡上， 深度 0 ～ 8m。 K13 + 220 ～ K13 + 290 采空区呈鸡窝状分布于道路左右两侧，开采深度 0 ～8m。 K13 + 690 ～ K13 + 760 道路中线附近，呈鸡窝状塌陷，物探揭示分布深度 0 ～8m。 路基塌陷，边坡失稳，随开采范围的扩大危害 加剧。 2012 年 7 期(总第 91 期)157 续表 1 采空区类型 里程位置 基本特征 危害性 石灰岩矿 采空区 K20 + 875 ～ K21 + 025 分布在地面以下 20 ～ 100m，线路已绕避开，但离线 路较远(150m) ，每天均在开采运作 K25 + 825 ～ K25 + 910 分布在路线左 120 ～ 170m，处于路基影响范围外 K26 + 010 ～ K26 + 235 分布在路线左 120 ～ 220m，处于路基影响范围外 K38 + 935 ～ K39 + 395 采空区规模极大，已避开，但离主线及互通仅 70 ～ 120m，且主要工作面朝向路基方向。 K42 + 400 ～ K42 + 590 采空区分布在路线左 80 ～ 180m，对路基的影响较 小，但主要工作面向西向下开采。 K28 + 885 ～ K28 + 945 距离道路 40 ～ 80m，开采深度 40m，矿坑直接 20 ～ 30m 未来向路基方向开采，抽取地下水等活动使 得邻近地面产生沉陷。 塌陷 灰岩溶洞 K13 + 000 ～ K13 + 030 路基左侧洼地内，深度 8 － 9m，洞径 1m 岩溶塌陷，设计采用全充填压力注浆法治理。 灰岩) ;煤层厚度变化大，层数多，有 3 ～ 4 层可采 煤，常呈透镜状、豆荚状，沿走向常呈尖灭再现;岩 层产状陡为 60 ～ 80°，属陡倾斜煤矿采空区;开采历 史较长，地下巷道分布规模可观，但主要巷道区离高 速公路线路 150 ～ 250m，对高速公路的影响不大，局 部支巷道影响到路基的稳定;缺乏地质资料，设计资 料，开采资料，开采无序具有很大的盲目性，采空区 分布无规律，对在建高速公路路基的稳定性有较大的 影响。特别是八标、九标煤矿采空区位于高填方路基 及边坡之下，其对路基及边坡的稳定性危害性较大。 (2)锰矿采空区 主要分布于蕉岭地区，矿床具有一定层位，受二 叠系下统孤峰组层位控制，空间呈线状分布;由于锰 矿是风化淋滤型矿床，其埋深与风化壳发育程度有 关，因而其埋深一般不大于 30m。区内开采历史悠 久，虽然因规模小未达到工业开采规模，不具工业开 采价值，但因其品位高、易开采、回报率高，对私人 而言，极具开采价值。由于私人采矿缺乏技术指导， 开采具有一定盲目性，已开采区，地下巷纵横交错、 乱开乱掘，无规律可言，极具危害性，已导致崩塌、 水土流失等地质灾害。 (3)石灰岩矿采空区 区内石灰岩矿床赋存于石炭系中上统壶天群灰岩 中，其顶底板均为石炭系中上统壶天群灰岩、白云 岩，岩层坚硬完整，矿床总体为一单斜构造。由于灰 岩、白云岩岩溶较发育，其顶板岩石受岩溶裂隙影 响，厚度具有不确定因素。矿体采用房柱法开采或地 面露采。采用暗洞房柱法开采时，由于开采洞口边坡 坡度陡峭，未作支护处理，常导致洞口崩塌发生;另 外由于矿体顶板常受岩溶洞隙影响，厚度不稳定，且 采空区支护措施不力，而上覆残坡积物土质结构疏 松，在重力作用下，压垮坑道顶板形成塌陷。公路沿 线石灰岩矿采空区，无论是采空区高度、采空区宽 度，或保安矿柱的厚度，大都不符合国家对石灰岩矿 床开采的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，存在着极大的安全隐患。 3 不同类型采空区的治理措施 3. 1 锰矿采空区 如表 1 所示，路线涉及到的 5 个锰矿采空区大多 为露天开采，开采深度在 8m 左右，根据采空区与路 线的空间关系，采取了不同的处治措施。对于 K0 + 000 ～ K0 + 330 处采空区，虽然目前距离道路建设红 线尚有 60m，不会对道路产生危害，但仍有向道路方 向持续开采的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，因此对于该采空区，通过建设 方与矿权方的协调，采取了禁采措施，要求开采范 围距离高速公路不能小于 40m，开采深度不能大 于 20m。 对于其余 4 个采空区，均与路线相交，或位于路 基范围内，或位于道路两侧边坡上。对于此种采空 区，采取了强夯 +路基底部加筋 +禁采的综合措施。 以 K13 + 220 ～ K13 + 290 段锰矿采空区为例，设计采 用追索翻挖压实、并强夯处理。线路此处中心挖深 3. 1 ～ 5. 7m，左侧挖深 3. 62 ～ 9. 06m。强夯的范围为 右侧坡脚线至左侧坡口线外 20m 之间的范围，即Ⅰ、 Ⅱ区，对影响范围外的采空区应限制向路基下开采， 限制范围为公路用地界范围外 40 ～ 50m，开采深度为 不超过 20m。路床下通铺 2 层 26m 宽的双向土工格 栅，以减弱局部未揭露的空洞产生不均匀变形对路基 产生危害。具体处治 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 如下图 1 所示。其中，强夯 基本指标如表 2 所示。 道路工程 158 2012 年 7 期(总第 91 期) 图 1 锰矿采空区综合处治示意图 表 2 强夯基本指标统计表 要求加 固深度 夯击 遍数 夯点布 置形式 单击夯 击能 夯击 次数 最佳夯 击能 满击夯 击能 满击夯 击次数 夯点 间距 土体含 水量 ≥8m 2 遍 梅花形 400 t·m 15次 6000 t·m 200 t·m 3次 3. 5m 最优 含水量 注:强夯参数必须在施工时通过试夯调整确定。 3. 2 石灰岩矿采空区 如表 1 所示，沿线石灰岩矿采空区一般距离道路 尚有一定距离，最近的为 K28 + 885 ～ K28 + 945 采空 区，仅有 40 ～ 50m，其他几个采空区距离道路一般在 100m左右。危害性分析认为，在采空区距离道路小于 100m时将会产生影响到道路的安全运营，所以对此类 采空区主要采取禁采措施，要求开采边线距离道路用 地边界范围要大于100 ～150m，开采深度小于50m。对 100m范围内的采空区，采取封矿禁采的措施。 3. 3 煤矿采空区 K43 + 800 ～ K44 + 245 段煤矿采空区的治理是关 键工程之一。治理工程分别位于八标 (K43 + 965 ～ K44 + 000)和九标 (K44 + 000 ～ K44 + 245)。对高 填路堤和深挖路堑下伏第一层次采空区 (1 － 3 巷道) 采用全充填压力注浆法处理。填方地段在地表、挖方 路段在开挖至路基设计标高后打孔，通过注浆泵、注 浆管，将水泥粉煤灰浆液注入采空区及其上覆地层裂 隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时与采空 区内的浆液形成的结石体对上覆岩层形成支撑作用， 保证路基的稳定。对于含有采空区的路堑高边坡，采 取了压力充填注浆 +注浆锚杆 (或注浆钢锚管) + 格子梁的综合处理措施。本区段采空区 －线路关系具 体如下图 3 所示。 图 3 K43 + 800 ～ K44 + 245 段煤矿采空区与 高速公路关系示意图 4、5 号巷道离挖方路基的设计标高高差 110 ～ 120m，6、7 号巷道离地面约 155m、离路基设计标高 175m，对路基的危害相对较小，为限制开采区。主 要通过业主与有关部门协调，按照 《建筑物、水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》、 《公路 路基设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》的规定，要求高速公路两边的煤矿 给公路留设足够的保护煤柱并严禁越界开采，以确保 公路路基的稳定及构造物的安全。同时应加强地表位 移监测，及时分析评价采空区变形危害程度并采取相 应的工程措施。 4 结论 本文以天汕高速粤境蕉岭广福至梅县城东段沿线 采空区的治理工程为例，对 3 种不同类型采空区的治 理技术进行介绍，其中锰矿采空区采用了强夯和限制 开采的治理措施;石灰岩矿采空区采用了限制开采或 封矿禁采的治理措施;路堤和路堑下伏煤矿采空区采 用全充填压力注浆的方法进行治理，含采空区的路堑 高边坡采用全充填压力注浆 +注浆锚杆 (或注浆钢锚 管) +格子梁的综合治理措施。采空区治理工程的成 功实施，为今后华南山区类似工程提供了参考经验。 参考文献: ［1］ 童立元，刘松玉，邱钰 . 高速公路下伏采空区危害性评价与处治 技术 . 东南大学出版社，2006. ［2］ 东南大学交通学院，广东天汕高速公路有限公司 . 天汕高速蕉岭 广福至梅县城东段 . 煤矿采空区危害性评价与处理技术研究报 告 . 南京:东南大学，2011. ［3］ 杜广印 . 高速公路下伏多层煤矿采空区处治方法研究 . 东南大 学学报，2001，31(3) :115 － 118. ［4］ 张志沛 . 高速公路煤矿采空区地基注浆加固治理技术 . 中南公 路工程，1996，(1) :23 － 25.