张庄互通采空区治理方案

中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第1页第一章总体施工组织及规划1.1编制依据1.1.1国家、交通部及地方有关标准、规范和要求。1.1.2《注浆技术规程》。1.1.3《公路环境保护设计规范》。1.1.4阳泉至左权高速公路张庄互通采空区治理设计图纸及其他设计文件、资料。1.1.5《高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册》。1.1.6现场踏勘调查了解的有关情况和相关资料及信息。1.1.7类似工程施工经验及我单位综合施工能力。1.2工程概况1.2.1工程范围本采空区位于阳左高速公路张庄互通A匝道，采空区长度约为594.2m，主要为开采太原组15#煤层形成的采空区，路线沿线经过两个矿区，分别为土岭头村办煤矿和北坪煤业露天煤矿。根据矿界范围及开采状况，矿界范围内对线路路基产生影响的开采区段落主要为四处，分别为AK0+118.4～AK0+306.8、AK0+306.8～AK0+520、AK0+520～AK0+627.7、AK0+627.7～AK0+726.1段，总长607.7m，为开采太原组15#煤层形成的采空区，15#煤层厚度平均为6m；回采率约20%，采空区平均埋深41m。1.2.2地质条件根据收集到的相关地址资料，本区内地层主要由石炭系岩层与新生界第三、第四系松散堆积物组成。（1）第四系上更新统（Q3al+pl）场区范围内普遍存在，最厚处达30m，局部沟底较薄，平均6.4m，该地层结构以粉土为主。冲洪积层（Q3al+pl）：黄褐、浅黄色为主，多为黄褐色马兰组粉土及峙峪组粉土夹卵砾石，中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第2页稍湿、稍密，坚硬-硬塑，普遍具有虫孔及大孔隙，垂直节理发育，土中见白云母等矿物质，普遍含少量砂粒，土层厚度一般在3～6m。（2）石炭系上统太原组（C3t）主要为采空区内地层，岩性主要为砂岩、石炭岩、砂质泥岩、泥岩、15#煤层构成；与下伏本溪组呈整合接触。（3）石炭系中统本溪组（C2b）下部为山西式铁矿（或硫铁矿）和G层铝土矿，上部为铝土质页岩、炭质页岩夹薄煤层和不稳定薄层灰岩。厚度为11～25m，平行不整合于下伏奥陶系峰峰组之上。主要岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩及铝质泥岩、铝土岩组成。1.2.3采空区治理范围剩余空洞体积序号起点终点影响长度（m）埋深（m）影响宽度（m）采厚（m）回采率（%）剩余孔隙率（%）剩余空洞体积（m³）1AK0+118.4AK0+166.648.245.760.5620401399.72AK0+166.6AK0+306.8140.235.360.5620404071.43AK0+306.8AK0+426.812032.264.5620403715.24AK0+426.8AK0+520.093.238.164.5620402885.55AK0+520.0AK0+627.7107.746.252620402670.76AK0+627.7AK0+726.198.453.152620402456.17合计607.717198.61.2.4主要工程量估算（1）帷幕孔60个，注浆孔30个，钻孔总数90个，按平均埋深40.6m计，钻孔总进尺3657.5m。（钻孔总进尺根据平均值计算，实际完成注浆孔孔深可能与设计孔深有一定出入，工程计量以实际完成注浆孔孔深为准。）（2）注浆量17736.1m³。（水：11528.4吨；水泥：4150.2吨；粉煤灰：9683.9吨；速凝剂：83吨；碎石：88.7m³。）（3）浇筑注浆管：水泥浆浇筑体积10.5m³，注浆管长度998.1m。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第3页1.3总体施工组织布置及规划1.3.1施工组织机构根据项目部的要求成立采空区治理专业施工队，设立工程技术组、后勤材机组、试验安质组、综合办公室。确保按期、优质、安全完成本工程施工任务。1.3.2施工准备工作（1）技术准备在施工之前用全站仪进行线路导线复测，根据设计文件提供的孔位坐标进行孔位放样，并设立明显标记加以保护直至完工。熟悉施工图纸、施工规范、检验标准。施工用水、水泥、粉煤灰、碎石、速凝剂、注浆管、压力表等送检、标定。（2）现场准备施工现场要求达到“三通一平”，即水通、电通、道路通和场地平整。为了保证施工用水，在浆站修建容量不小于100m³的蓄水池一个，施工两台水车不间断运输。就近选择动力电源不小于120KW的输电电路至施工现场。施工便道利用北坪煤矿露天矿运输道路能够到达施工现场。拟在AK0+370处红线外设浆站一处。1.3.3工期安排本工程计划开工日期2012年5月10日，计划交工日期2012年7月10日，计划工期2个月。1.3.4劳动力组织、施工机械设备及主要材料供应（1）本工程作业班组分为两组，钻孔组负责成孔、封孔，劳动力安排6～8人；注浆组负责泥浆灌注，劳动力安排8～10人。（2）机械设备中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第4页采空区主要机械设备表序号设备名称规格型号单位数量备注1钻机XY-100台82泥浆泵BW-250台43拌和机15m³/h台64挖掘机90型台15装载机ZL50台16装载机ZL20台17水车10吨辆18水车8吨辆19测斜仪台110全站仪拓普康台111对讲机对512试模组1213现场试验仪器套1（3）主要材料：施工用水采用官道沟河水，符合《混凝土拌合用水标准》，使用泵吸，水车运输至蓄水池；水泥选择合格的32.5级矿渣硅酸盐水泥；粉煤灰选用附近热电厂的产品，通过取样做烧失试验，烧失量不超过12%，粉煤灰不应有结块现象，不含其它硬质杂物，符合注浆工程要求，采用汽车运输；速凝剂选用一般的水玻璃，其模数为2.4～3.4，浓度50Be以上。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第5页第二章主要项目的施工方案、施工方法和技术措施2.1治理方案本采空区采用全填充压力注浆法治理。钻孔总进尺3657.5m，总注浆量17736.1m³。2.1.1钻孔布设灌浆孔采用均匀布置方法。分帷幕孔和注浆孔。帷幕孔为场区边缘孔，孔距15m；注浆孔布设在场区内，梅花形布置，孔距20m。2.1.2钻孔结构与技术要求（1）注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩4m-6m处变径，终孔孔径不小于91mm。（2）取芯孔的数量应为注浆孔、帷幕孔总数的3〜5％。采空区部位岩芯采取率不应小于30％；其它部位岩芯采取率不应小于70％。（3）钻孔深度为地表至采空区底板以下1m。（4）注浆孔口管选用φ50mm钢管，注浆管长度为地面之上0.5m至完整基岩下0.5m处。2.1.3止浆宜采用似法兰盘简易止浆法或止浆塞、套管等方法止浆，似法兰盘简易止浆法见图浇筑孔口管示意图。当在钻孔过程中易塌孔、缩径堵孔的钻孔，或在注浆过程中需投放骨料时，采用套管止浆。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第6页2.1.4配合比设计根据设计文件和施工经验，注浆浆液为水泥粉煤灰，其水固比为1:1.0～1:1.4（浆液的浓度由稀到浓）。水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%；帷幕孔根据具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的2%的速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。浆液配合比表水固比材料重量配合比结石率（%）充填率（%）抗压强度（MPa）水水泥粉煤灰7天28天1:1103780750.261.031:1.28.3337800.341.101:1.37.6937800.932.81:1.47.1437801.232.912.2主要施工工艺及技术要求2.2.1工艺流程：施工注浆孔——建立注浆站——注浆系统试运行并对注浆管路做耐压试验——钻孔冲洗与压水试验——制浆注浆——观测与记录——注浆过程和结束后压水——关孔口阀，拆洗孔外注浆管及设备等——打开孔口阀，提取止浆塞或再次注浆——封孔——分析检查注浆效果2.2.2采空区注浆一般施工工艺流程表中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第7页说明：1、本工程孔位布置见后附《注浆孔布置图》。2、防止钻孔偏斜的措施见本章2.2.2节《注浆孔钻进防斜与纠偏措施表》。3、本工程注浆孔开孔直径130mm、进入完整基岩4～6m处变径。注浆孔布置图注浆孔钻进防斜与纠偏措施表中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第8页中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第9页中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第10页说明：1、本工程浆液配合比详见本章2.1.4节《浆液配合比表》。2、本工程注浆不分段。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第11页2.2.3本工程施工工艺及技术要求2.2.3.1注浆系统构成及配置要求注浆系统由料场、一级搅拌池、二级搅拌池、供水系统、注浆泵、压力表、封孔装置、注浆管道和投砂漏斗组成。（1）料场：堆放材料的料场场地要平整，运料车能正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运，设有防潮、防雨措施。（2）搅拌机：必须能够满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀。浆液配比符合设计要求，一次搅拌量应大于或等于1.5m³。（3）搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，池为圆柱体，中间设置搅拌机，使得搅拌后的浆液均匀。（4）蓄水池：根据本工程施工注浆总量需要，在注浆站修建一个蓄水池，容量不小于80m³。（5）注浆泵：采用250型注浆泵，注浆泵压力大于注浆最大设计压力的2～4倍，一般不小于10MPa。（6）压力表：注浆孔压力表最大指数应大于10MPa。帷幕孔压力表最大指数应大于最大设计压力的3～5倍。（7）封孔装置：采用直径50mm钢管注浆，在管子前端20～30cm处焊接一圆形法兰托盘（托盘直径在120～130mm之间），下入孔内变径处。（8）注浆管：采用直径50mm钢管，丝扣连接。（9）投砂漏斗：附有筛网和球形阀，对于空洞较大部位投入适量的砂或石屑。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第12页注浆站平面布置图注浆站剖面结构图2.2.3.2施工工艺及技术要求（1）定点：注浆孔采用全站仪、皮尺进行实地测量放样，钻孔实际位置与设计位置的偏差原则上不应大于0.5m。因受地形影响，钻孔不能在设计位置时，应视具体情况在设计代表和工程监理的认可下予以调整。中铁二十四局集团阳左高速ZB1合同段张庄互通采空区治理实施性施工方案中铁二十四局集团有限公司第13页（2）成孔工艺：钻孔均在地表施工。用φ130mm钻头开钻，钻至完整基岩4m后，下入φ114mm套管或焊接护壁，然后变径为φ91mm。在第四系卵、砾石层的钻探过程中采用跟管钻进。用φ89mm钻头，钻至煤层采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下1m。（3）钻探技术要求：布置3～5%的钻孔进行全取芯，以便指导钻探和注浆施工。对于全取芯孔，采空区冒落带部位岩芯采取率不应小于30%，其他部位岩芯采取率不应小于60～70%。做好钻探原始记录和岩芯编录及拍照工作。钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其耗水量、深度和层位。（4）孔口管浇筑：浆一端带有φ120～130mm法兰托盘的φ50mm注浆管下入孔内变径处，孔内放入少量砾石，以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏。最后灌入水固比1:1.5～1:2的水泥泥浆。（5）注浆材料的配制：浆液配制按设计配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。水用水表或定量容器计量；水泥按袋计量；粉煤灰用定量容器计量。每次搅拌时间不少于3分钟。制浆工艺见下图：（6