高铁车站小煤窑采空洞穴处理技术

张达

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄 050081）

0 引言

安九铁路是我国“八纵八横”高速铁路网络中重要组成部分，新安庆西站是京港高铁安九段上重要枢纽车站，站房建设面积为40000m2，设3 台7 线，预留3 台7 线站场，车站范围内地下存在小煤窑采空洞穴。目前国内处理小煤窑采空洞穴行之有效的方法主要为注浆法、开挖回填、桥跨法等，针对新安庆西站小煤窑采空洞穴主要以“探灌结合、边探边灌”动态施工的原则处理，本文主要针对采空洞穴注浆法施工技术进行研究。

1 工程概况

安九铁路安徽段新安庆西站位于安徽省安庆市怀宁县，全长2.98km，位于低丘岗地区，地形相对平缓，多已开辟为耕地及林地。工点范围内地质及地层岩型主要为粉质黏土、全风化砂岩、全风化粉砂岩，不良地质为人为坑洞小煤窑采空洞穴（新安庆西站采空洞穴分布图见图1）。小煤窑采空洞穴为采煤所致，煤层多而小，且开采率不一，受构造影响煤层多层重叠交错且不连续分布，导致小煤窑开采洞穴域呈鸡窝状分布、分片集中，最大开采深度为30m，洞高0.3-2.4m 不等（详见图2 采空洞穴分布断面图），多为空洞，部分有充填。

图1 采空洞穴分布平面示意图

图2 采空洞穴分布断面图

由于小煤窑开采洞穴域多为空洞，改变了原有的地应力平衡，从而引起上层基岩或土层的变形，随着地下水作用及时间推移，导致变形严重，从而塌陷；煤层重叠交错，分布集中，无规律可研，地表变形无规律，可能存在不连续的剧烈变形；对车站、站台沉降，路基失稳、塌陷，线路变形造成巨大隐患，危及行车安全，须对采空洞穴彻底处理。

2 处理措施

①根据采空洞穴的位置、顶板厚度、洞穴形状、走向、大小和洞穴填充物及其密实程度、地下水等情况，采用“探灌结合”方式进行注浆。“探”是采用精细物探+钻探的模式，先对整个段落采用物探法精细探查，查明采空洞穴的分布状态及趋势，再采用钻探准确查明坑洞的洞泾、充填情况及延伸长度。

②车站正线、站线、场坪范围内地下采空洞穴采用注浆加固。整治宽度：路堑整治至堑顶截水沟外2m，路堤整治至路堤底面以下45°扩散角且不小于路堤坡脚外5m。

③注浆孔位布置原则：间距5m，正方形布置，适当加密已发生坍塌、密布的洞穴、车站喉区、有支挡结构等部位。

④钻孔原则：开孔孔径不得小于110mm，终孔孔径不得小于91mm。

⑤注浆原则：水泥为P0.42.5 级普通硅酸盐水泥，注浆以纯水泥浆为主的单液注浆材料，单液浆配比为（水泥∶水）0.6∶1～1∶1；双液浆配比为（水泥浆∶水玻璃）1∶0.5～1∶1，水玻璃浓度36-43°Be，水玻璃模数2.4～3.4。注浆压力为0.2～0.4MPa，终注压力0.3～0.5MPa（孔口压力表读数）。注浆完成后立即用水泥砂浆一次性封闭，并保证封闭质量。

⑥对空坑道或半填充坑道，在注浆前先用砂或碎石进行高压充填，注浆漏液严重时需掺入适量粉煤灰，掺量为20%-50%。

3 小煤窑采空洞穴施工工艺

根据地质普查探测揭示确认段的地层、采空洞穴分部情况等综合分析，提供实施性的先导探灌孔布置，采用先导探灌孔进行地质及采空洞穴精准探测、注浆以及对后序注浆孔的实施提供依据，采空洞穴注浆施工工艺流程见图3。

①高精度瞬变电磁法探测。

按照10～25m 间距布置高精度瞬变电磁测线横断面，每条测线长度为100m（中线左右各延伸50m）、5m 点距进行普查，查明采空洞穴的异常分布范围及各采空洞穴的走向及轮廓。

②测量放线。

先根据物探作业要求，测放物探剖线控制桩。根据普查结果绘制注浆钻孔的详细平面布置图，由测量人员现场测设钻孔位置，放桩、定位。

③开孔：采用岩芯管开孔钻孔，钻到设计要求的深度，按开孔和采样的要求进行。开孔孔径不得小于110mm，终孔孔径不得小于91mm。

④下套管：下入110mm 套管，并嵌入基岩；确保套管露出地面0.2～0.5m。为确保注浆效果，采用75 号水泥砂浆对套管进行固结，并捣固密实。

⑤基岩钻进：待75 号水泥砂浆初凝后，继续施钻。孔内采取清水循环钻孔方式，终孔前用清水冲洗，直至返清。钻进过程中需注意洞穴会有钻具掉落的危险，需对洞穴的走向、大小、深度等进行测量，并做好详细的记录。

⑥终孔：根据要求钻至设计孔深，现场对钻孔时间、深度、钻孔过程情况进行描述、记录，采空洞穴钻孔深度宜不小于采空穴底以下2.0m。然后进行洗孔作业并自检，洗孔结束且监理工程师复检完成后，将孔口盖盖好，做好注浆准备。

⑦压水试验：注浆前对钻孔进行压水实验，利用水泵或水柱自重将清水压入钻孔试验段（专门的止水设备隔离一定长度的钻孔），根据压入的水量和一定时间内施加压力大小的关系，计算岩体的相对透水性和了解裂隙发育程度，记录试验数据并形成结果。试验方法和试验数据应满足规范要求。

⑧注浆：依据图纸和洞穴分布情况，做好浆料配比材料，对搅拌机、注浆泵等设备运行情况进行检查。对管路和设备进行压力测试，检查管路和设备连接和密封是否符合压力要求。搅拌浆液不应小于5min，且制成的浆液不超过4h 停留时间。

⑨注浆压力转换。

施工浆液水灰比分为三种（0.6∶1、0.8∶1、1∶1），注浆压力为0.2～0.4MPa，终注压力0.3～0.5MPa（均为孔口压力表读数）；注浆段在满足0.4MPa 终注压力下，持压10min，吸浆量明显下降，停止注浆。

施工时将注浆管下放到设计深度后再开始注浆，注浆时要做到先稀后浓。

1）先选用1:1 浆液水灰比注浆，为保证注浆效果，在此配合比条件下达到0.4MPa 的终注压力条件时，持压10min 且吸浆量明显减少（吸浆率小于0.06m3/min），应停止注浆，作屏浆处理。

2）在选用1:1 浆液水灰比注浆条件下施工中探灌孔大多数注浆压力未达到0.2MPa，吸浆率大于0.08m3/min，无法达到设计要求终注压力0.4MPa，持压10min 且吸浆量明显减少（吸浆率小于0.06m3/min），改为选用水灰比0.8:1 的浆液；在此配合比条件下能达到0.4MPa 的终注压力，持压10min 且吸浆率小于0.06m3/min，应停止注浆，作屏浆处理。

3）在选用0.8:1 浆液水灰比注浆条件下施工中，探灌孔的注浆压力未达到0.4MPa，持压10min 且吸浆量明显减少（吸浆率小于0.06m3/min），改为选用水灰比0.6:1 的浆液；在此配合比条件下能达到0.4MPa 终注压力条件，持压10min 且吸浆率小于0.06m3/min，应停止注浆，作屏浆处理。

4）注浆完毕，经质检工程师检验合格后，通知监理工程师检验确认合格后，用水泥砂浆对注浆孔进行一次性封闭，并留有标记，以备检查，其封孔必须保证质量，最后清场除污。

5）为减少超过钻孔注浆有效范围或整治区域，在设计范围边界处钻孔注浆采用水泥-水玻璃双液控制；注浆时水泥单液表面冒浆时，用双液浆封堵；采空洞穴连通性较好，浆液渗流过深时，用双液浆处理；在长时间注浆达不到注浆结束标准的情况下，用双液注浆。

6）对空坑道或半填充坑道，在注浆前先用砂或碎石进行高压充填，注浆漏液严重时需掺入适量粉煤灰，掺量在30%以下。

⑩注浆效果检测。

1）压水试验。

在压水试验前测孔内水位稳定后，再进行孔内定量注水，观察单位长度的吸水量变化幅度，在注浆后试验单位长度的吸水量与注浆前的吸水量对比低于35%时，即可判定其达到注浆效果。

2）综合物探检测。

根据《铁路工程物理勘探规程》相关要求，注浆完成后委托第三方检测单位对注浆地基采用高密度电法检测。根据采空洞穴高密度电法反演电阻率断面图，判断注浆后地质体是否密实。

3）钻芯取样。

观察芯样的裂痕判定是否满足注浆效果，芯样留取照片。

4 施工重难点

①准确探测采空洞穴情况，确定坑洞位置、走向、数量、尺寸等。

②注浆时连续注浆不升压、吸浆量不减少时，提高浆液浓度。

③采空洞穴注浆应按“先外后内、先边缘后中心”顺序注浆施工，同时坚持跳孔施钻、跳孔注浆。

④注浆开始时孔口大量冒浆，一般为注浆套管固结质量不好造成，需重新作好注浆管固结。土层越薄注浆管越短，其重要性越突出。

⑤钻孔受串浆影响注浆受阻时，必须清孔后再注浆。

⑥当地质条件简单时，可一次性注浆；当地质条件复杂，注浆未达到技术要求时，需重复清孔，达到设计要求的结束标准方可停止注浆。

5 注意事项

①对探明的坑洞要逐个编号，再逐个处理销号。

②采空洞穴如有泥水填充，需进行冲压清理后再进行注浆。

③对探明的在影响范围内及与影响范围内有关联的采空洞穴要一同处理到位。

④加强普查，对可能遗留的采空洞穴注浆问题进行整治。

⑤钻孔记录、注浆记录等原始资料要完整、准确。

6 结语

本文通过小煤窑采空洞穴施工工艺、流程、技术措施进行阐述，通过对施工过程中“探灌结合、边探边灌”的工艺特点、工艺改进、质量控制、重难点等进行归纳总结，通过压水试验、综合物探检测、钻芯取样分析等手段，判定注浆效果。安庆西高铁车站路基稳定，不存在不均匀沉降、失稳、塌陷等病害，为后期此类案例施工提供了重要的施工经验，为保障高铁开通运行提供了坚实基础。