隧道下方采空区充填施工工法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道下方采空区充填施工工法，其特征是：对于已经开挖的隧道进行仰拱施工，浇筑仰拱混凝土，完成仰拱养护，形成隧道中封闭的仰拱；利用钻机在仰拱中向隧道底钻孔形成采空区注浆孔；通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注细砂，直至采空区中无空洞；通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注水泥粉煤灰浆，控制水泥粉煤灰浆的注浆压力在2.0～4.0MPa，并维持5～10分钟；采用混凝土封闭注浆孔即完成。本发明可以有效提高采空区的填充质量，且有着较高的经济、社会、环保、节能等效益。
【专利说明】隧道下方采空区充填施工工法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道施工【技术领域】，尤其是隧道下方采空区充填施工工法，适用于高速公路、城市道路以及铁路隧道下方煤层和金属矿采空区的充填密实施工，可推广应用于岩溶地区的地基加固处理。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的发展，铁路和公路的建设日益增多，在选线时由于初勘资料不足或者地理位置的需要，致使隧道可能从采空区上方穿过，特别是我国一些富煤地区浅部大多有小煤窑采空区存在。隧道下方采空区如处理不当，尤其是铁路和高速公路，荷载大、运行速度快，隧道建成后可能出现衬砌结构破坏，隧道轮廓侵入界限，路面、路基下沉，造成线路纵向不平，侧沟排水不畅，一旦发生这些危害，将危及形成安全，影响铁路和公路的征程运行，同时使隧道的养护工作和维修都十分困难。目前处理这类采空区的方法有两种:第一种是全开挖法，即把采空挖开，采用填料进行直接回填。此方法破坏了围岩的整体性，对围岩的应力变化很难控制，存在很大的安全隐患，且此方法工程量巨大。第二种是进行挖孔或钻孔使采空区和外界贯通后灌注混凝土。此法虽能最大限度的保证围岩的完整性，但是采用混凝土回填，经济性、环保性较差。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种施工程序简便、施工成本低、工期短、效率高的隧道下方采空区充填施工工法，以期最大限度地保证围岩的完整性、并能很好地控制充填效果。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明隧道下方采空区充填施工工法的特点是按如下过程进行施工:
[0006]a、对于已经开挖的隧道进行仰拱施工，浇筑仰拱混凝土，完成仰拱养护，形成隧道中封闭的仰拱；
[0007]b、将履带钻机在隧道中就位，利用钻机在仰拱中向隧道底钻孔形成采空区注浆孔；
[0008]C、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注细砂，直至采空区中无空洞；
[0009]d、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注水泥粉煤灰浆，控制水泥粉煤灰浆的注浆压力在2.0?4.0MPa,并维持5?10分钟；
[0010]e、采用混凝土封闭注浆孔即完成。
[0011]本发明隧道下方采空区充填施工工法的特点也在于:
[0012]在所述步骤a中，浇筑仰拱混凝土时，在采空区注浆孔的钻孔位置预埋Φ 150_的钻孔导向钢管。
[0013]在所述步骤b中，对于采空区注浆孔采用泥浆护壁，钻孔完成后，安装Φ89的无缝钢管作为导管，防止塌孔，所述无缝钢管的对接接头采用内丝扣连接。[0014]所述步骤c中的向隧道下方采空区灌注细砂，是采用EHS-6346型高压鼓风机吹砂进行密实，并同时用探棒探测采空区是否有空洞，如有则继续灌注细砂，直至无空洞。
[0015]所述步骤d中的水泥粉煤灰浆按重量份的配比为:水:水泥:粉煤灰为
0.8: 0.05: 0.95ο
[0016]本发明是采用履带钻机在隧道内向下方采空区钻孔，然后向孔内灌注细砂，利用细砂的流动性将采空区内的孔隙充填密实，再向孔内注水泥粉煤灰浆，将细砂与周围塌落围岩凝结在一起，形成整体。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0017]1、本发明采用导管进行采空区的灌砂和灌浆，对围岩整体性影响小，保证了其整体强度。
[0018]2、本发明采用先灌砂充填密实然后再注浆凝固成一体的方法，可大大降低水泥的用量，节约成本，同时借助细砂的流动性可以保证采空区充填密实性。
[0019]3、本发明注浆材料采用水泥和粉煤灰复配，可降低采用纯水泥浆的成本。
[0020]4、本发明注浆时采用压力控制，而非注浆量控制，保证了注浆效果。
[0021]5、本发明采空区充填密实效果好、施工效率高，可操作性强，能满足工程建设快速、安全、优质的各项指标要求。
[0022]6、本发明方法可推广应用于地层中存在空洞的处理中，包括岩溶、地裂缝等，具有较好的推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明方法流程图；
[0024]图2为本发明施工断面示意图。
[0025]图中标号:1施工隧道；2仰拱；3钻孔导向钢管；4无缝钢管；5填充区；6弱膨胀混凝土；7采空区。
【具体实施方式】
[0026]参见图1、图2，本实施例中隧道下方采空区充填施工工法按如下过程进行:
[0027]1、对于施工隧道1，在存在有采空区7的施工段，对于已经开挖的隧道I进行仰拱2的施工，浇筑仰拱混凝土，完成仰拱养护，形成隧道中封闭的仰拱。考虑到履带钻机对基础平整度要求较高以及仰拱封闭对隧道安全性有利，因此隧道下方采空区钻孔是在仰拱混凝土浇筑完成后进行。为了提高钻孔效率，仰拱混凝土浇筑时，在采空区注浆孔的位置预埋Φ 150mm的钻孔导向钢管3，防止钻孔时遇到隧道底工字钢及仰拱钢筋。
[0028]2、将履带钻机在隧道中就位，利用钻机在仰拱中向隧道底板钻孔形成采空区注浆孔6;
[0029]待仰拱混凝土浇筑完成并达到养护期后，将履带式钻机就位，然后再进行钻孔施工。钻机采用XDL-1200履带式钻机。考虑到采空区放顶松散易塌孔堵孔，现场对于采空区注浆孔6采用泥浆进行护壁，以增加稳定性，泥浆是采用塑性指数在10?17的黏性土和水拌合，控制其比重为1.1?1.3。钻孔完成后，安装Φ89无缝钢管4作为导管，在需要使用多根无缝钢管时，在相邻的无缝钢管的接头部位采取内丝扣连接，防止塌孔。
[0030]3、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注细砂，直至采空区中无空洞；[0031]为了提高效率，向隧道下方采空区灌注细砂，是采用EHS-6364型高压鼓风机吹砂并进行密实，并同时用探棒探测采空区是否有空洞，如有则继续灌注细砂，直至无空洞。灌注的砂子采用细砂，可以提高充填密实度。
[0032]4、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注水泥粉煤灰浆，控制水泥粉煤灰浆的注浆压力在2.0?4.0MPa,并维持5?10分钟；水泥粉煤灰浆按重量份的配比为:水:水泥:粉煤灰为0.8: 0.05: 0.95 ;采用2TGZ60/210注浆泵进行注浆，以注浆压力作为注浆结束的控制标准。形成砂及水泥粉煤灰浆的填充区5。
[0033]5、采用混凝土封闭注浆孔即完成，采用混凝土封闭注浆孔所用混凝土为弱膨胀混凝土6，具体可以是较之仰拱混凝土高一个级别，且自应力在0.2?0.7MPa的补偿收缩混凝土。
[0034]本发明方法在某隧道施工中的应用实例:
[0035]某隧道为双线分离隧道右线长820m，左线长837m，右线里程号K1+285?K1+360以及左线里程号ZK1+292?ZK1+367为某煤矿已形成的老采空区，高50m，宽7m，横穿整个隧道，距隧道底板约30m，该采空区经人工放顶塌落后已充填，但密实程度不知，如不处理可能引起隧道较大的后期沉降。为此采用本发明工法顺利完成了采空区的充填密实，经现场检查结果可知，采空区充填效果良好，且到目前为止还未发生明显的沉降，同时通过采用细砂来代替水泥浆，大大降低了施工成本，也加快了施工进度，取得了明显的经济效益和社会效益。
【权利要求】
1.一种隧道下方采空区充填施工工法，其特征是按如下过程进行施工: a、对于已经开挖的隧道进行仰拱施工，浇筑仰拱混凝土，完成仰拱养护，形成隧道中封闭的仰拱； b、将履带钻机在隧道中就位，利用钻机在仰拱中向隧道底钻孔形成采空区注浆孔； C、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注细砂，直至采空区中无空洞； d、通过采空区注浆孔向隧道下方采空区灌注水泥粉煤灰浆，控制水泥粉煤灰浆的注浆压力在2.0?4.0MPa,并维持5?10分钟； e、采用混凝土封闭注浆孔即完成。
2.根据权利要求1所述的隧道下方采空区充填施工工法，其特征是:在所述步骤a中，浇筑仰拱混凝土时，在采空区注浆孔的钻孔位置预埋Φ150_的钻孔导向钢管。
3.根据权利要求1所述的隧道下方采空区充填施工工法，其特征是:在所述步骤b中，对于采空区注浆孔采用泥浆护壁，钻孔完成后，安装Φ89的无缝钢管作为导管，防止塌孔，所述无缝钢管的对接接头采用内丝扣连接。
4.根据权利要求1所述的隧道下方采空区充填施工工法，其特征是:所述步骤c中的向隧道下方采空区灌注细砂，是采用EHS-6346型高压鼓风机吹砂进行密实，并同时用探棒探测采空区是否有空洞，如有则继续灌注细砂，直至无空洞。
5.根据权利要求1所述的隧道下方采空区充填施工工法，其特征是:所述步骤d中的水泥粉煤灰浆按重量份的配比为:水:水泥:粉煤灰为0.8: 0.05: 0.95。
【文档编号】E21F15/08GK103498697SQ201310488653
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】韩俊, 王辅圣, 严来章, 鲁璐, 谈东亚 申请人:中铁二十四局集团安徽工程有限公司, 中铁二十四局集团有限公司