1. 工程地質采礦條件
陽泉西環高速公路沿線有5段采空區的沉降變形尚未完成，其持續變形對擬建高速公路產生極大危害，為確保高速公路的安全運營，必須采取工程措施進行治理。文中以陽泉西環高速公路的K1+100～K2+400路段為例說明處置方案。
K1+100～K2+400路段經9#和15#煤層采空區，9#煤層平均厚2m，長壁式開采，礦井回采率為15%;15#煤層平均厚6m，平均埋深134m，煤層傾角7°，長壁式開采，采寬150m;礦井回采率約30%，剩余孔隙率約為30%。采深采厚比22～67，地面欠穩定，容易出現塌陷;采寬采深比1.1，煤礦為不充分采動，局部會發生塌陷。該路段路表已出現波段沉陷、裂縫等現象，經綜合分析計算，該采空區欠穩定，對路線影響較嚴重，需治理。
2.采空區空洞治理范圍的確定
2.1 采空區治理長度
采空區治理長度為采空塌陷區沿路線延伸方向的邊界所確定的長度。
2.2 采空區治理寬度
公路橫向上采空區的治理寬度采用公式，水平巖層采用：
L=D+2B+2(H1*ctgφ+H2*ctgβ)，
其中，L——垂直公路軸線的水平方向的治理寬度(m);
D——公路路基底面寬度(m);
B——路基圍護帶一側的寬度(m)，(一般路基取10m，橋梁取20m);
H1——松散層厚度(m);
H2——覆巖厚度(m);
φ——松散層移動角，取值45°;
β——巖層移動角，取值68°;
2.3 采空區治理深度
采空區處治深度為地面至采空區(或煤層)底板以下不小于3m。
3.采空區空洞體積和注漿量的確定
3.1 采空區空隙體積的確定
采空區空隙體積即煤層被采出后，原空間經塌陷冒落巖塊充填后剩余的空隙。
采空區空隙體積采用公式為：V=S×H×K-ΔV;
其中，S——采空塌陷區面積(m2);
H——煤層厚度(m);
K——采取率;
ΔV——截至目前已沉降變形的垮落巖石碎脹所重填的體積(m3);
3.2 采空區注漿量
本項目根據公式Q總=A×V×η/C確定，其中，A為注漿量總量漿液損耗系數，取值在1.0～1.5之間;η為漿液重填系數，取值在0.75～0.95之間，該值宜根據公路工程的性質確定，對于路基范圍內的采空區取值在0.75～0.85之間，對于構筑物范圍的采空區取值在0.85～0.95之間;C為漿液結石率，取值在0.70～0.95之間，一般由試驗確定。
經上述公式計算，K1+100～K2+400路段內的采空區的注漿漿液體積為120007m3，其中路基注漿漿液體積為80354m3，橋梁注漿漿液體積為39653m3。
4.注漿孔的設計
4.1 鉆孔布設
注漿孔和帷幕孔的排距、孔距設計一般經現場試驗確定。本工程綜合考慮了采煤方法、覆巖地層結構及巖性、煤層采出率、塌落帶和裂隙帶以及經驗設計。在公路軸線布置1排，孔距20m(橋梁在墩臺中心置位布孔)，采空區左右兩側治理邊界各布設1排帷幕孔，孔距為20m，其余注漿孔排距20～35m，孔距25m。注漿孔位置如圖1;
圖1 注漿孔平面布置圖
Figure 1 The layout plan of grouting hole
注漿孔的設計深度為地面至15#煤層或采空區底板以下0.5m(能確認層位即可)的深度，注漿孔的注漿長度為采空區最上部完整基巖頂面以下5m至15#煤層或采空區底板，孔口管長度為地表之上1m至完整基巖5m處的深度。縱斷面布置圖詳見圖2。
圖2 采空區注漿孔縱斷面圖
Figure 2 The sectional drawing of grouting hole
4.2 漿液配合比設計
根據以往經驗和當地材料供應情況，確定注漿漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比為1:1.0～1:1.4。一般路基段水泥占固相的15%，粉煤灰占固相的85%;在橋梁段水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。這種漿液配合比已經考慮了受采空區充水影響的情況。
帷幕孔需根據具體情況，采用較稠的漿液或在漿液中摻加一定量的速凝劑(水泥重量的2%)，使注入采空區的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止漿液流失。
5.注漿工藝設計
5.1 施工工藝及要求
本項目注漿施工從定點到注漿結束，可見施工工藝流程圖圖3。
圖3 施工工藝流程圖
Figure 3 Process flow diagram of construction
施工過程中需注意的幾個參數：1)定點時，鉆孔實際位置原則上不應超過設計位置的0.5m;2)成孔時，用φ127mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖6m后，下入φ114mm套管或焊管護壁，然后變徑為φ91mm。在第四系卵、礫石層的鉆探過程中采用跟管鉆進。用φ89mm鉆頭，鉆至煤層采空區中的塌陷冒落帶或煤層底板以下1m。
5.2 注漿工藝及其參數
采空區治理中注漿是尤為關鍵的一步，尤其注意：
1)施工順序：按采空區的傾斜方向，先施工采空區底板標高較低位置的注漿孔及構造物工點處的注漿孔，再沿傾斜方向由低向高、由邊部向中心展開施工，鉆孔分二序次進行。
2)注漿過程：注漿時，應避免在短時間內注入大量的水泥粉煤灰漿，當注漿量較大時，應采用間歇式注漿法施工，或在孔口加一漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或石屑帶入孔內，或在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑。
3)單孔注漿結束標準：在灌漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于70L/min時，根據結構物類型和采空區特征，孔口壓力在1.0～3.0MPa，穩定10～15分鐘，可結束該孔的注漿施工。
4)注漿技術的其他指標及參數：注漿及間歇注漿前必須用清水洗孔，壓水時間不得小于10分鐘;稀漿灌注量取單孔注漿量的30%為宜。
6. 結語
本項目工作合理的確定了采空區治理范圍，施工工藝及采空區注漿量，使地基能有效的承受公路和車輛荷載，保證公路的安全運行。
采空區治理還需做好施工過程中的質量檢測、變形觀測和施工結束后的處置效果檢測。
采空區治理前應要求沿線正在生產或準備生產的礦井給擬建高速公路留設足夠的保安煤柱并嚴禁越線開采，以確保公路路基的穩定及構造物的安全。
參考文獻：
[1] 劉逸華, 劉中奇. 高速公路采空區治理范圍與治理方案的確定 [J]. 湖南交通科技, 2001(3).
[2] JTG D30—2004公路路基設計規范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2004.
[3] 張志沛, 劉旭, 徐漢明. 高速公路李馬溝煤礦采空區注漿治理技術[J]. 煤炭科學技術, 2005(4).
[4] 張德福. 地面預注漿在煤礦采空區工程中的應用. 西部探礦工程, 2006(8).
[5] 山西交通廳. 高速公路采空區(空洞)堪察設計與施工治理手冊[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005.
