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1、高速公路隧道穿越采空区的处治方法作者：杨绍波隧道技术来源：本站原创点击数：215更新时间：2005-4-26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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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Ｋ8
7、8+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
8、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
