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浅述隧道穿越采空区施工方法及控制措施1.工程概况巴准铁路敖包沟隧道为浅埋双线隧道，隧道起讫里程为D1K31+580～D1K34+760，全长3180m。
隧址位于内蒙古高原区，主要地貌单元为底中山区，地形起伏大，沟梁相间，间歇性沟谷发育，山陡峰峻，切割强烈，呈“V”型谷，其自然坡度20°～40°，最大高差约85m。
基岩裸露，局部为第四系黄土覆盖。
该地段煤矿资源丰富，隧道施工穿越多处采空区。
2.采空区特征及对围岩稳定性影响2.1采空区探测（1）采空区探测敖包沟隧道采空区形式多样，分布面积广。
通过走访矿区与分析原始矿产资料，结合采空区形成的地表裂缝情况，对影响隧道施工的采空区的大体范围做了初步确定。
在初步调查资料的基础上，采用高密度电法、瞬变电磁法和电测深相结合的综合物探方法圈定采空区异常范围，然后采用孔间CT、孔地CT的二维CT方法对具体的采空区边界进行定位，对采空区的状态和范围得到明确。
（2）采空区范围通过敖包沟隧道采空区探测表明，隧道在D1K32+330～D1K320+760段下穿中兴煤矿采空区，采空区底部距隧道顶板约15～20m，该段隧道洞顶埋深约32～57m；隧道在D1K34+300～D1K34+350段上跨公沟煤矿采空区段落，该采空区对隧道的影响范围位于隧道左线44～55m外，隧道洞顶埋深约24～30m。
其中距离采空区最近的D1K34+335断面处隧道洞顶埋深约28m，距离采空区水平距离44m，垂直距离31m。
隧道在穿越这两处采空区时，施工扰动会对老采空区稳定性产生影响，引起地表裂缝加剧，围岩应力重新分布，施工风险较大。
2.2采空区对隧道围岩的稳定性影响分析煤矿区岩体受采动的影响，岩体原有的应力平衡被打破，采空区上覆岩体形成冒落带、裂隙带和弯沉带，使得采空区沉载力降低，长期不能稳定。
隧道开挖施工的过程中不可避免地将扰动地下岩土体，使其失去原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化。
公路隧道穿越采空区注浆治理方法研究唐朝【摘要】在采空区上方修建高速公路时,由于采空区的稳定性得不到保证,常对高速公路建设造成重大影响,给设计与施工人员带来诸多不便。
文章根据已有的注浆理论,对注浆材料进行了研究分析,并根据采空区特点提出合适的注浆工艺,运用多种检测手段综合评价注浆效果。
%When highway is built above gob,the stability of gob can′t be guaranteed,therefore,it often has a significant impact on highway construction,which brings much inconvenience to the design and construction workers.According to the theory of grouting,the paper makes analysis and research on grouting materials,puts forward suitable grouting process according to the characteristics of gob,and comprehensively evaluates grouting effect with much detection means.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】3页(P1-3)【关键词】隧道工程;采空区;注浆材料;治理方法;施工技术【作者】唐朝【作者单位】中交隧道工程局盾构工程公司,北京100088【正文语种】中文【中图分类】U459.2在现阶段高速公路建设中，隧道穿越采空区时由于原有的应力场被破坏，稳定性欠佳，隧道开挖过程中容易对土体产生扰动，造成冒落带、裂隙带和整体移动带，导致隧道开挖体变形过大，对建筑物的安全和稳定性构成威胁，影响隧道安全施工及使用。
某隧道1#竖井瓦斯与采空区治理方案太古高速公路Z标西山隧道1#竖井瓦斯与采空区治理方案中铁BB局集团有限公司太古高速公路Z标项目经理部二00九年十一月一、编制依据1、《煤矿安全规程》2、《煤矿安全技术操作规程》3、《太原至古交高速公路Z标西山隧道实施性施工组织设计》；4、太原至古交高速公路西山隧道1#竖井及风机房采空区勘察与处治设计说明；5、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）6、太原至古交高速公路（Y（Z）K0+900至Y（Z）K7+550，单幅长6.65Km）两阶段施工图设计，隧道，第二册（共二册）（第二分册，共三分册）二、基本原则瓦斯隧道必须贯彻“先测后进，有疑必测，不明不进”的指导方针，坚持“加强通风,勤测瓦斯,严禁火源”三条基本原则，坚持“安全至上，质量优先，团结拼搏，务期必成”的管理原则。
采空区经治理后，采空区残余空洞和松散冒落物岩体得到充填和有效的加固，提高隧道围岩的整体性。
同时通过注浆，在竖井一定范围形成环形柱状水泥浆液结石体，隔断采空区积水涌入，有利于施工及运营安全。
三、工程概况太原至古交高速公路Z标西山隧道1号竖井位于ZK5+940左44米处，竖井设计深度346.8米。
围岩为石炭系上统山西组（C3s）、太原组（C3t）、中统本溪组（C2b）泥岩夹砂岩、石灰岩、煤层、铁铝岩层；奥陶系中统峰峰组（O2f）、上马家沟组（O2s）泥灰岩、石灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、白云质泥灰岩，围岩级别Ⅴ～Ⅲ级。
有两层采空区，深部采空冒落带厚度达18米，围岩稳定性差。
1#竖井是西山隧道的附属工程，竖井深度360米，开挖断面直径9.75米。
1#竖井井身穿越龙池煤矿采空区，采空区深度102米。
地面风机房等建筑物下均为采空区，采空区直接影响竖井的施工地面建筑物的安全。
四、治理原则施工区域内的采空区为小窑采空区，回采率低，充水，采空区具有隐蔽性和复杂性。
竖井采空区治理除加固竖井围岩、阻隔采空区积水与竖井范围的水力联系外，考虑到浆液的凝固时间和工期、天气因素，竖井范围采用纯水泥浆加2—4%的速凝剂进行注浆充填治理。
采空区治理方案(总17页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March太古高速公路S2标西山隧道1#竖井瓦斯与采空区治理方案中铁十二局集团有限公司太古高速公路S2标项目经理部二00九年十一月一、编制依据1、《煤矿安全规程》2、《煤矿安全技术操作规程》3、《太原至古交高速公路S2标西山隧道实施性施工组织设计》；4、太原至古交高速公路西山隧道1#竖井及风机房采空区勘察与处治设计说明；5、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）6、太原至古交高速公路（Y（Z）K0+900至Y（Z）K7+550，单幅长6.65Km）两阶段施工图设计，隧道，第二册（共二册）（第二分册，共三分册）二、基本原则瓦斯隧道必须贯彻“先测后进，有疑必测，不明不进”的指导方针，坚持“加强通风,勤测瓦斯,严禁火源”三条基本原则，坚持“安全至上，质量优先，团结拼搏，务期必成”的管理原则。
采空区经治理后，采空区残余空洞和松散冒落物岩体得到充填和有效的加固，提高隧道围岩的整体性。
同时通过注浆，在竖井一定范围形成环形柱状水泥浆液结石体，隔断采空区积水涌入，有利于施工及运营安全。
三、工程概况太原至古交高速公路S2标西山隧道1号竖井位于ZK5+940左44米处，竖井设计深度米。
围岩为石炭系上统山西组（C3s）、太原组（C3t）、中统本溪组（C2b）泥岩夹砂岩、石灰岩、煤层、铁铝岩层；奥陶系中统峰峰组（O2f）、上马家沟组（O2s）泥灰岩、石灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、白云质泥灰岩，围岩级别Ⅴ～Ⅲ级。
有两层采空区，深部采空冒落带厚度达18米，围岩稳定性差。
1#竖井是西山隧道的附属工程，竖井深度360米，开挖断面直径9.75米。
1#竖井井身穿越龙池煤矿采空区，采空区深度102米。
地面风机房等建筑物下均为采空区，采空区直接影响竖井的施工地面建筑物的安全。
路基采空区处置方案
简介
路基采空区是指煤矿开采所产生的地下空隙，当矿井关闭或停采后，这些采空
区对路基安全有潜在的威胁。
因此，采空区的有效处置成为保障公路交通安全的重要环节。
本文将介绍路基采空区处置的方案和措施。
方案和措施
方案一：填充方案
填充方案是最常用的采空区处理方案之一，主要采用砂石、砾石、灰砂等物料
对采空区进行填充。
其优点是填充后采空区的自重可以有效地保证路基的稳定，但也存在一定的局限性，例如砂石填充时需要大量的人工和物资投入，填充过程中可能会影响公路交通。
方案二：固化处理
固化处理方案是在采空区中加入特殊的固化剂，使采空区表面固结，形成一个
稳定的基础。
该方案具有施工简便、工期短等优点，但是固化剂的成本较高，需要在设计阶段精确定量。
方案三：桥梁方案
对于较大的采空区，可以采用建设桥梁的方式进行处理。
桥梁方案的优点是能
够较好地维护公路的通行能力，但也需要考虑桥梁的建设和维护成本，对采空区的形态、大小有一定要求。
方案四：地下洞室方案
地下洞室方案主要采用地下洞室的方式将采空区处理掉。
洞室的建设需要具有
一定的工程设计和施工能力，但是如果设计合理，可以有效地利用采空区进行地下工程的开展。
方案五：回填土方案
回填土方案是在采空区内加入回填土进行处理。
其优点是对车辆通行影响较小，但也需要考虑回填土的筛选和加固，以保证路基的稳定性。
结论
综上所述，路基采空区处置方案需要结合具体情况，从经济性、工期、安全性等多方面综合考虑。
选择合适的方案，进行科学的设计和施工，可以有效地保障公路交通安全。
高速公路下金矿采空区的治理经验摘要：通过对地下采空区的详细调查和勘测，查明了其具体形态和分布，合理选择治理方法，通过注砂（水）的施工，使地下金矿采空区得到了密实充填，消除了高速公路修建的隐患，达到了预期目的。
关键词：采空区地下测绘注砂（水）作业检测1．工程概述采空区，是指地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直至上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区和范围的统称。
高速公路修建过程中，不可避免地要经过有地下采空区的地段。
如何妥善处理这些地下采空区，消除地下隐患，是一件关系到高速公路未来安全运行的大事。
在国道206线烟台-黄山馆高速公路修建中，亦遇到了同样的问题。
我们根据具体问题具体分析对待的原则，通过进行实地勘测，选择了合理可行的施工处理方案，达到了令人满意的效果。
1.1 烟台-黄山馆高速公路k2+484~k5+430区间，存在着多处因金矿开采而形成的地下采空区，且同进伴有巷道、竖井的发育。
经调查，此路段自西向东共有7处互不连通的金矿采空区及巷道、10处废弃竖井。
其规模特征分别为：采空区：顶板埋深10～15m，宽度一般1.5～3.0m，最大4.0～5.0m，容积600～9000m3不等。
巷道：顶板埋深19～28m，断面规格1.75×1.80～2.00×1.80m，长度50～145m。
竖井：与各采空区相通，深度19～42m，井断面规格2.0×1.5～3.0×2.7m。
1.2 采空区的地质条件该路段金矿采空区的顶板及洞室围岩为混合花岗岩，岩质坚硬，未见风化痕迹，岩石抗压强度高，岩体破碎程度较差。
至治理时尚未发现因采空区存在而造成的地表塌陷、堑沟等现象。
1.3 治理方案根据山江省交通规划设计院提出的采空区及竖井治理方案，结合该路段地下具体情况，形成治理方案如下：巷道及采空区：采用注砂（水）充填法对采空区及巷道进行充填，力求充填密实，无发生沉陷的可能性。
隧道工程洞穴、采空区处理方案隧道施工前应详细调查隧道通过地区影响范围内的洞穴，并根据与隧道相对位置关系，洞穴、采空区规模，采空区内填充物等情况进行处理，具体处理措施如下：（1）若采空区人可方便进入1）隧道施工在拱顶有采空时，短进尺、上导坑施工，采用30cm的护拱，护拱端部修建20厘米厚的止浆挡墙，然后向本段采空区内抛填片石，抛填厚度以3.0～4.0米为宜，再封堵进入采空区的通道口，从预留注浆孔中插入导管，先进行吹沙，填充采空区的剩余空间及片石间的空隙。
吹沙完毕后，开始注水泥浆，注浆压力控制在0.6～0.8Mpa左右；清理拱圈内表面，铺设复合式防水板，施作二次衬砌。
2）隧道施工在边墙、仰拱部位，有横向通道的采空区，分段设止浆墙，抛填块石，再注水泥砂浆回填，处理范围为隧道边墙外20m，再用挡头墙进行封堵。
（2）若采空区人不能进入1）隧道施工在拱顶、边墙有采空时，采用小导管注浆。
2）隧道施工在仰拱底有采空，在隧道底部布置排钻孔，其中边孔两侧各一排，外插角以25°控制，纵向间距2m，对称布置，中间孔每排纵向间距4m，梅花形布置。
孔径为φ127mm，直至钻透采空顶板，其中未有空洞的钻孔，应注入水泥砂浆封孔。
对充水的采空区及所有边孔灌浆时，浆液中应掺入适量的速凝剂，以减少浆液的流失。
3）采空区注浆前，应尽量了解采空区范围情况，设计注浆方案，防止浆液流散，污染环境，并应根据注浆进展程度，参加不同数量的速凝剂，以控制注浆回填体积。
采空区回填注浆材料采用黄泥桨，浆液水灰比为水泥：水：黄土=1:10:10。
必要时（采空区内有松散的塌落物充填）灌浆材料采用碎石水泥砂浆。
碎石水泥砂浆灌浆顺序为先两侧后中间，灌浆过程为：先进行重力灌浆，碎石由孔口缓慢注入孔内，同时启动砂浆泵，向孔内注入水泥砂浆，直至孔口，此时停止加入碎石，继续注入水泥砂浆，注浆力控制在0.2～0.3MPa左右，使浆液填充密实。
灌浆采取间歇方式，间隔时间为12小时左右，直至灌满钻孔。
高速公路隧道穿越采空区的处治方法
摘要:结合大运调整公路祁县—临汾段韩信岭隧道的修建实例,对公路隧道穿越古煤矿采空区这一特殊的现象进行了研究,并提出了科学的处治方法。
关键词:裂隙,注浆,围岩强度
引言
近年来,随着我国经济建设的迅猛发展,公路交通路网密度越来越大,公路特别是山区高速公路,由于受几何线形和路线纵坡等设计指标的制约,将不可避免地难以绕避许多地质不良地段。
在著名的国家级重点工程———大运高速公路祁县—临汾段的韩信岭一带,就出现了高速公路隧道穿越采空区这一公路建设史上罕见的现象。
因此,如何提高隧道穿越采空区部位及其周边围岩的强度,以满足公路的通行要求,便成为采空区处治方法研究中的主要问题。
1处治方法
研究的目的通过对公路隧道围岩采空区的处治方法、材料选择、浆液配比及其与围岩整体胶结强度的关系等方面的研究,达到技术合理、经济节约、工艺可行的目的,为今后公路隧道围岩采空区的处治方法积累经验,这对于快速发展的高速公路建设具有非常重要的意义,其目的在于:
1.1研究压力注浆技术在隧道穿越采空区部位的应用条件,探讨工艺的可行性,为隧道穿越采空区的公路工程施工,提供可靠的技术保证。
1.2从理论和工程实践上探讨隧道穿越采空区注浆工艺参数,指导今后类似地质条件下的加固处理。
1.3依据工程地质条件,结合公路建设的特征,提出处治设计的有关参数,为设计工程师服务。
2煤矿采空区工程地质特征
2.1地层岩性
韩信岭隧道采空区路段位于山西省灵石县常家山村—沟东村一带,属低山丘陵区,采空区路段地层岩性主要由①第四系(Ｑ);②第三系(Ｎ);③二叠系(Ｐ);④石炭系(Ｃ)等组成。
2.2构造特征采空区路段位于华北陆台、山西地台之中部,晋中盆地之南缘,吕梁—太行断块之内的晋中新裂陷,吕梁块隆、临汾运城新断裂、沁水块坳结合部位,具有明显的陆台型构造特征,其中以断裂构造为主,褶皱构造次之。
地层产状较平缓,倾角在5°～15°之间;局部地区受构造影响,产状变化较大。
在采空区隧道路段,于左线ＬＫ89+440～+460和右线ＲＫ89+440～+460处有Ｆ5正断层,断距在50ｍ～200ｍ以上,断层带宽度为20ｍ,与隧道相交角度为65°。
2.3水系及水层性质
该区河流均属汾河水系,最大河流为北部的仁义河。
仁义河宽约100ｍ～180ｍ,长46.1ｋｍ,总体流向为自东向西,线路通过地段为北西西流向,在南关镇北汇入汾河。
地下水按含水层性质可分为松散岩类孔隙水,碳酸盐岩类岩溶裂隙水和碎屑岩类裂隙水。
勘察区内煤炭开采面积大,古窑和近代煤矿采空区较多,且都有不同程度的充水。
2.4地质特征
该区域工程地质条件复杂,为中低山丘陵地貌形态,“Ｖ”字型冲沟发育,地层岩性变化较大,断裂构造复杂。
覆盖层上部岩性多为中更新统亚粘土层,下部为上第三系粘土、亚粘土及卵砾石、砾岩层;大片出露的基岩为石炭系、二叠系杂砂岩、砂质泥岩及泥页岩、煤层,软弱,易风化。
断裂构造在该区极为发育,一般为ＮＥＥ向和ＮＷＷ向正断层,断层带岩层陡立、破碎。
由于该区所特有的岩性组合、构造条件以及矿产资源的开发,煤矿采空区、地表裂缝、断裂构造、滑坡、崩塌及陷落柱成为该区主要的工程地质问题,处治不当,将对拟建的祁临高速公路工程产生较大的危害。
韩信岭采空区北部处于太原—介休地震活动区,根据国道主干
线二连浩特至河口公路山西省祁县至临汾段地震安全性评价报告,仁义河及其以南地区属于Ⅷ度震区,以北地区属于Ⅶ度震区。
3煤矿采空区开采特征
在采空区范围内,有许多乡办、个体小煤矿,按路线分布的相对位置,可分为北部和南部两部分,北部大致在Ｋ82+880～Ｋ85+500之间,主要由南头沟煤矿和兴盛综合采矿场开采,主要开采4号煤层。
4号煤层埋深50ｍ～170ｍ,层厚 2.2ｍ～3.5ｍ不等,平均 2.8ｍ。
南部大致在Ｋ88+800～Ｋ89+600之间,由道阡煤矿、暖泉沟煤矿、道阡—沟东古采空区开采,主要开采2号煤层。
2号煤层埋深80ｍ～200ｍ,层厚2.0ｍ～2.25ｍ不等;由采矿调查资料可知,这些煤矿建矿时间和开采时间不等。
矿井开拓方式是先打一斜井(或平硐、或立井)到煤层底部,沿煤层走向,或近走向方向的一侧,或两侧挖掘主要巷道,然后再垂直或以大角度相交于主要巷道布置工作面,工作面一般长200ｍ左右,宽20ｍ～30ｍ。
2号煤层顶板为砂岩或泥岩,4号煤层顶板为泥岩或砂岩,顶板一般不作支护或采用点柱支护,采煤后回撤,顶板任其自然垮落。
韩信岭隧道路段煤矿采空区埋深大约在100ｍ～150ｍ之间。
煤层采空区在剖面上分布比较广泛而均匀,大部分已冒落。
2号煤层采空区冒落带高度在0.5ｍ～6.5ｍ,裂隙带发育在煤矿采空塌陷区上方约20ｍ至地表,煤矿采空塌陷区影响变形角为68°左右。
由于顶板部分冒落的原因,2号煤层煤矿采空塌陷物堆积厚度约0.2ｍ～2.5ｍ,实际悬空高度约0.5ｍ～2.0ｍ。
该采空区覆岩结构导致了煤矿采空区至今还未完全塌陷冒落。
当然,未塌陷的另一个原因是小煤矿开采预留煤柱比较多。
因此,煤矿采空区截止目前变形还未全部完成。
4采空区与公路隧道的关系
韩信岭隧道为双洞直壁拱形隧道,洞宽12ｍ,高9ｍ,拱高3ｍ,两隧道相距67ｍ。
隧道穿越采空区路段,两者关系见表1。
表1采空区与隧道关系一览表
经详细勘察,该路段煤矿采空区属古采空区,所采煤层为石炭系山西组2号煤,煤层平均厚度为2ｍ,埋深90ｍ～150ｍ。
采空区沿左、右隧道的分布范围如下:左线:ＬＫ89+102～+415,影响路线长度为313ｍ;右线:ＲＫ89+190～+370,影响路线长度为180ｍ。
2号煤层底板岩性为薄层—厚层细砂岩、泥岩;顶板岩性为薄层—厚层泥岩、细砂岩。
在采空区路段,隧道围岩的岩石等级为软质岩。
因受到采矿活动的影响,采空区的存在,使得覆岩产生塌陷与冒落,其结果造成围岩岩体节理和裂隙发育,发育程度为节理很发育等级。
采空区部位大量充水,按公路隧道围岩分类标准,该路段隧道围岩为Ⅰ类。
按普氏岩石坚固性分类,该路段属Ⅵ类,其坚固性系数ｆｋ=2。
5处治加固方法
计算结果表明:该古代采空区剩余变形量较小,但在修建隧道等公路建筑物条件下,其目前脆弱的平衡,极可能再度发生大的变形,从而对路基及围岩稳定构成严重威胁,足以使隧道产生裂缝,进而对高速公路产生较大危害。
经对多项处治方案的比选及研究,决定对该采空区采用注浆加固的方法进行处治。
而此项措施对于采空区为渗透注浆;对于采空区中的煤柱和裂隙带为劈裂注浆。
注浆可以单独类型发生,也可能有两种、三种类型同时发生。
一般都是以渗透注浆和劈裂注浆为主,彼此相辅相成,从而达到渗透→劈裂→固结的效果。
主要内容如下: 5.1该采空区注浆治理工程采用纯水泥浆,浆液配比为水灰比在0.8∶1～1∶1之间,结石体的抗压强度在6ＭＰａ～8ＭＰａ以上。
5.2以煤矿采空区分布范围确定公路中轴线方向上的长度、横向处治宽度,原设计是以矿山开采沉陷学理论为基础,后经科研组与专家认真研究,将原设计中的治理宽度减少,从隧道围岩的安全出发,左右隧道治理宽度各为36ｍ(隧道底宽为12ｍ,两侧各为12ｍ)。
注浆深度以采空区底板为准,深度在90ｍ～150ｍ之间。
5.3隧道部位设三排注浆孔,孔距和排距为7.5ｍ。
为充分发挥每个注浆孔的作用,注浆孔的布孔方式以采用三角形布孔方式为主,矩形布孔方式为次。
5.4注浆压力通过试验或理论估算确定。
依据工程实践,该注浆孔口管压力一般大于1.5ＭＰａ,多为1.8ＭＰａ～2.5ＭＰａ,最高可达2.9ＭＰａ。
5.5采用全孔一次注浆方式,为确保注浆质量,依据隧道与采空区的关系,注浆段高度以采空区垮落带与裂隙带主要部分高度之和进行控制,目的是提高该部分岩体整体强度,保证隧道的安全。
根据这个原则,注浆工程在垂直深度范围内,为采空区之上20ｍ至采空区底板4ｍ,且定量注浆,此种注浆方式的设计满足了隧道工程对围岩强度的要求。
5.6注浆量的大小不但直接影响到工程质量,而且还影响着工程造价,该项工程的注浆量是依据理论计算与工程经验估算相结合的方法得出的,由于剩余空隙率难以准确估算,因此,实际施工的注浆量超过了设计注浆量。
6综合分析和评价
通过对高速公路施工中隧道掘进记录分析来看,该治理工程基本满足了公路隧道工程的要求,即经治理后的采空区,在隧道开挖施工和运营过程中,都能够有效地承受公路和车辆荷载,未产生破坏和影响隧道工程正常使用的变形,进而保证了隧道的安全营运。
7结语
该治理工程对注浆范围的划定是比较科学的,注浆中所采取的具体施工工艺和措施亦是切实可行的。
采空治理区注浆效果满足设计要求,注浆工程质量可靠,注浆原材料质量及浆液质量合格。
通过该项研究,优化了原设计,节约工程造价约1/3。
事实证明,采用特殊的注浆加固方法,是对隧道穿越采空区这一特殊现象的一种较好的处治措施。
