第３８卷第１５期 ．山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ５６． ２ ０ １ ２年５月 ＶｏＩ．３８ Ｎｏ．１５ Ｍａｖ． ２０１２ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１５－００５６—０３ 宁东鸳鸯湖矿区铁路采空区勘察分析 杨景利 （铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００２５１） 摘要：采用物探、钻探等多种勘察方法，对宁东鸳鸯湖矿区铁路沿线采空区进行了地质勘察，分析了采空区工程地质特征，评价 了采空区稳定性，并提出了合理的工程措施及建议，以期指导工程实践。 关键词：采空区，工程地质，勘察 中图分类号：ＴＵ４１２ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 沿线附近区域内最大的河流为黄河支流大河子沟，为季节性 径流条件较好，表水不发育，雨季可形成瞬 宁东鸳鸯湖矿区铁路自宁东能源基地化工基地站引出，自北 河流。沿线地形起伏，向南至太中银铁路太阳山站，其中包含古鸳线（古窑子至鸳鸯湖联 时水流。古鸳线地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，主要赋 大气降水是其主要 络线）与鸳煤线（鸳鸯湖至梅花井联络线），线路全长约１１０ ｋｍ，是 存于第四系松散砂土层及侏罗系砂岩裂隙中， 宁夏东部地区运煤通道的一个重要组成部分。线路通过灵新一 的补给来源。采空段落勘察期间勘探孔内为见地下水。羊场湾矿区、马家滩矿区、积家井矿区及京盛煤矿，其中灵新煤矿 ３工程地质特征 及京盛煤矿正在开采并形成采空区。线路对灵新煤矿及京盛煤 ３．１ 地层岩性 矿采空区已进行了绕避，其中古鸳线未能绕避巷附近的古窑 沿线主要地层自上至下为第四系全新统风积层（ＱＴ＇）粉细 采空区。古鸳线在ＧＤＫ３＋６９０一ＧＤＫ４＋５５０段通过古煤窑采空 砂，第四系上更新统风积层（Ｑ７１）新黄土，侏罗系中下统（Ｊ，。）砂 区，通过地面调绘调查、物探，辅以必要的钻探等综合勘探手段， 岩、泥岩及煤层，将地层岩性特征描述如下：１）全新统风积层 查明沿线采空区工程地质特征，进行稳定性评价，提出合理的工 （Ｑ 。）。主要分布于地表，以粉细砂为主，黄褐色，稍湿，松散一稍 程处理措施。 密，砂质纯净，多为半固定沙丘，厚度０．０ ｍ～６．６ ｍ。２）上更统冲 ２区域地质 ２．１ 地形地貌 洪积层（Ｑ ）。新黄土，褐黄色，坚硬～硬塑，含菌丝，具直立性， 局部具湿陷性， ：０．０１５～０．０２１，为Ｉ级非自重湿陷场地，一般 ０ ｍ～２．２ ｉｎ。３）侏罗系中下统（Ｊ。。）。古鸳线的主要 宁东鸳鸯湖矿区铁路位于宁夏东部鸳鸯湖丘陵区，山势比较 分布厚度０．平缓，山顶多呈圆顶状，地形起伏不大，相对高差不大于１００ ｍ。 地层，由灰黄色、灰白色砂岩、泥岩及黑色煤层组成，强风化一弱 砂岩胶结差，易风化，泥岩具膨胀性，遇水软化，煤层胶结很 古窑子至鸳鸯湖联络线采空区段落位于丘陵缓坡，地形有起伏， 风化，产状１２５。 １３。，厚度大于１００ Ｉｎ。路堑段落内煤层埋深 高程１ ２８５ ｉｎ～１ ３４０ ｎｌ，线路两侧覆盖固定沙地，植被较发育，丘 差，易碎，浅，易开采，分布很多古煤窑采空区。 陵顶部出露侏罗系砂岩夹泥岩。 ２．２地质构造与地震 宁东鸳鸯湖矿区铁路所处区域位于横山堡—青龙山复褶带， ３．２采空区 侏罗系是区域内主要的含煤地层，富含多层可采煤。根据勘 古鸳线路堑区ＧＤＫ３＋６９０～ＧＤＫ３＋９４０范围内勘探深度 主要构造行迹以南北向及北东向的褶皱为主，局部发育小断层。 察资料，共有５层煤（煤线），编号煤１～煤５；ＧＤＫ３＋９４０～ＧＤＫ４＋２００ 古鸳线沿线主要构造——刘家庄复背斜，分布于刘家庄、磁窑堡、 内，鸳鸯湖一带，由相互平行的猪头岭向斜、刘家庄背斜、磁窑堡向 范围内勘探深度内，有１层煤，编号煤Ｆ；ＧＤＫ４＋２００一ＧＤＫ４＋ 编号煤Ａ～煤Ｅ。路 斜、鸳鸯湖背斜四排褶皱组成。其轴向近南北向，两翼不对称，背 ５００范围内勘探深度内，共有５层煤（煤线），厚度见采空区纵断面示意图（见图１）。 斜一般西翼产状陡，东翼宽缓，向斜反之。组成地层为中生界的 堑区岩层及煤（煤线）分布、三叠系及侏罗系地层。复背斜向南倾伏并撒开呈帚状。 沿线地震动峰值加速度为０．１５ｇ（地震基本烈度７度）。 １ ３２Ｏ ｌ ３ｏ０ Ｂ ２．３ 气象 该区域属暖温带干旱区，夏季炎热，冬季寒冷，１３照充足，日 温差大，降水少，蒸发量大，多风沙。按对铁路工程的影响为寒冷 地区。根据近年来的气象资料表明，年平均气温９．５℃～１０．２℃， 最热月平均气温２３．５℃一２４．０℃，极端最高温度３６．６℃～３８．０℃， 最冷月平均气温一６．０ ｏＣ～一６．４℃，极端最低温度一２３．５℃～ 一１ ２８０ 图１采空区纵断面示意图 古鸳线路堑段落煤层，埋深浅，产状较为平缓，开采难度低， ２５．０℃；年平均降雨量１８４．７ ｍｍ一１９３．１ ｍｍ，多集中在７月～ 早期私挖乱采严重，形成了很多小煤窑采空区。沿线小煤窑采空 ９月份；年平均蒸发量Ｉ ８３９．８ ｍｍ一１ ９１８．９ ｍｍ；年平均相对湿度 区多为无证私采形成，开采方式属小窑巷道式树枝状开采，无支 ５２．４％一５６．１％；年平均大风（≥８级）日为２９ ｄ，大风主导风向 护，其顶底板为砂泥岩互层，一般开采能力有限，回采率２０％一 ＮＷ；历年最大积雪深度８ ｃｌｎ～１２ ｅｍ；土壤最大冻结深度１．１ ｉｎ。 ３０％。小煤窑开采厚度１．７ ｍ一６．６ ｍ，开采深度位于高程１ ２９０ ｍ～ ２．４水文地质 １ ３１０ ｍ（见图１），１ ３２０ ｒｆｌ高程附近分布掏煤洞结合勘察成果，小 收稿日期：２０１２．０３．１１ 作者简介：杨景利（１９７９．），男，工程师 第３８卷第ｌ５期 ２ ０ １ ２年５月 杨景利：宁东鸳鸯湖矿区铁路采空区勘察分析 ・５７・ 煤窑工程地质特征分述如下： ３．５ ｍ，采空高程１ ２９２．７ ｎｌ～１ ３０８．７ ｍ，掘进深度２００ ｍ～８００ ｍ １）ＧＤＫ３＋６９０～ＧＤＫ３＋９４０。区内分布５层煤，采空区分布 不等，回采率约３０％，局部巷道塌落，引起地面塌陷，形成塌陷坑， 在煤１层一４层中，包含上部采煤坑洞和下部小煤窑采空区。上部 窑口多已坍塌掩盖。 采煤坑洞，采掘高程位于１ ３１５ ｍ以上，采煤洞直径１．５ ｍ～２．５ ｍ。 根据物探异常，布置了钻探验证，钻进过程中发生钻孔塌落、 采掘深度１０ ｍ～２０ ｍ不等，洞顶为泥岩，洞口都已经塌落，被砂 钻具掉钻、钻进速度异常、漏浆等现象，各孔的采空异常情况见钻 土掩埋。下部为小煤窑采空区，开采方式为小窑巷道式，巷道布 孔异常统计表（见表１）。在该段落对物探异常验证过程中，验证 置无规律，无支护，顶底板为砂泥岩互层，平均开采厚度１．７ ｍ～ 异常可信度为６ｏ％一８０％，并与地面塌陷可相互呼应。 表１钻孔异常统计表 ｍ 孔号 里程 孔深 采空洞高程 路肩 路肩至洞顶 备注 洞高 顶板 底板 高程 岩层厚霞Ｈ ０７一ＣＫ－９ ＧＤＫ３ ４－７２８左４０ｍ ５０．８ １ ３０２．３ １ ２９８．９（推测） １ ３１９ １６．７ ３０．８ ｍ漏浆 ０７．ＣＫ－２ ＧＤＫ３＋８００左４０ｍ ４８．６ ２．７ １ ３ｏ８．７ ｌ ３０６．０ １ ３１９ １Ｏ．３ 塌落 ０７一ＣＫ＿３ ＧＤＫ３＋８００右加ｎｌ ４２ １．７ １ ３０１．５ １ ２９９．８ １ ３ｌ９ １７．５ 塌落 ０７一ＣＫ＿５ ＧＤＫ３＋８４０右８５ ｍ ４０ ６．６ １ ３０８．１ １ ３Ｏ１．５ １ ３１９ １０．９ 塌落（２９．８ ｍ一３０．５ ｍ空洞） ０７．．ＣＫ．４ ＧＤＫ３＋８４０右１０７ ｍ ３６．８ ２．５ ｌ ３０４．２ １ ３０１．７ １ ３１９ １４．８ 塌落 ０７．．ＣＫ．．６ ＧＤＫ３＋９００右４５ ｎｌ ４５．６ １ ２９６．１ １ ２９２．７（推测） ｌ ３ｌ９ ２２．９ ３８．８ｍ漏浆 ２）ＧＤＫ３＋９４０一ＧＤＫ４＋２００。区内只分布１层煤——煤Ｆ， 开采厚度１．５ ｍ～３．５ ｍ，采空高程１ ２９１．９ ｍ一１ ３０３．６ ｍ，掘进深 在物探勘察过程中出现的异常较少，在对局部异常验证的钻进过 度５００ ｍ～８００ ｍ不等，回采率２０％～３０％，窑口多已坍塌为第四 程中也未见异常情况，此段岩层连续，未发现小煤窑采空区。 系掩盖。根据物探异常，布置了钻探验证，钻进过程中发生钻孔 ３）ＧＤＫ４＋２００～ＧＤＫ４＋５００。区内分布５层煤，采空区分布 塌落、钻具掉钻、钻进速度异常、漏浆等现象，各孔的采空异常情 在煤Ｂ、煤Ｅ层中，由小煤窑私采形成，开采方式为小窑巷道式树 况见钻孔异常统计表（见表２）。在该段落对物探异常验证过程 枝状开采，巷道布置无规律，无支护，顶底板为砂泥岩互层，平均 中，验证异常可信度为５０％。 表２钻孔异常统计表 ／ｎ 孔号 里程 孔深 采空洞高程 路肩 路肩至洞顶 备注 洞高 Ｉ 顶板 Ｉ 底板 高程 岩层厚度日 ０７．ＣＫ．１５ ＧＤＫ４＋２８１左３５ ｍ ４４ １．３ ｌ １ ３０３．６ Ｉ １ ３０２．３ １ ３１９ １５．４ 空洞塌落 ０７．ＣＫ．１３ ＧＤＫ４＋４００右２７ ｍ ４５ 该孔在３９．４ｍ一４０．８Ｉｎ遇煤层，煤层顶１ ２９４．９８ｍ，煤层底１ ２９３．５８Ｉｎ １ ３１９ ０７．ＣＫ—ｌ６ ＧＤＫ４＋４２８右２８ Ｉｌｌ ５０ ３．６ ｌ １ ２９５．５ Ｉ １ ２９１．９ ｌ ３１９ ２７．１ 塌落 ４采空区稳定性评价 按Ⅳ级围岩取１．１０～１．１５。 ４．１ 安全顶板的计算 计算得顶板安全厚度日＝１６．６ ｍ一２５．０ ｍ。 １）小煤窑采空顶板临界深度凰。 ４．２稳定性评价 分析上述计算成果，考虑采空区复杂性及其对铁路工程安全 Ｈｏ＝２ａ／［ｔａｎ （４５。一 ／２）ｔａｎｇｏ］。 其中，２ａ为采空宽度，取２．５ ｍ； 为顶板岩层的内摩擦角，区 的影响和煤层风化失稳问题，综合计算确定古鸳线ＧＤＫ３＋６９０一 ＧＤＫ４＋５００段自路肩面以下采用采空的临界深度风＝３０ ｒｌｆ来评 内岩层内摩擦角可取５０。～６５。。 价小型采空区顶板稳定性： 当摩擦角 值取５Ｏ。时，Ｈ０＝１９．９ ｍ。 当Ｈ＜ 时，顶板不稳定； 当摩擦角 值取６０。时， ＝２４．１ ｍ。 当Ｈｎ＜日＜１．５砜时，顶板稳定性差； 当摩擦角 值取６５。时，风：２８．５ ｍ。 当日＞１．５／／－０时，顶板稳定。 ２）小煤窑顶板坍塌高度ｈ。 分析古鸳线采空区底板高程与铁路设计路肩关系，各段稳定 ｈ＝Ｂ／２，￣ｔａｎ０。 性评价见场地稳定性分区＿览表（见表３）。 其中，Ｂ为洞穴宽度，取２．５ ｍ；Ａ为侧压力系数，Ａ：‰ （４５。一 表３场地稳定性分区一览表 ）， 为内摩擦角，取５０。～６５。； 为滑移面的摩擦角，取０．７妒。 里程段落 工程 顶板稳 危险性 采空确 工程建议 当摩擦角 值取５０。时，ｈ＝１６．２ ｉｎ。 类型 定性分区 等级 定依据 当摩擦角 值取６０。时，ｈ＝２３．２ ｍ。 ＧＤＫ３＋６９０一 不稳定 大 探灌结合，暴露的 ＧＤＫ３＋９４１３ 塌陷区 塌陷坑回填 当摩擦角 值取６５。时，ｈ＝２９．９ ｎｌ。 ＧＤＫ３＋９４０一 路堑 稳定区 小 调查物 Ｈ＞１３）采用普氏崩坏拱计算小窑顶板崩坏拱高ｈ：公式如下： ．ｓＨｏ ＧＤＫ４＋２００ 探钻探 ｈ２＝［ｂ＋ａｔａｎ（９０。一 ）］／ｔａｎｇｏ。 ＧＤＫ４＋２００一 不稳定 大 探灌结合 其中，ｂ为开凿断面宽度之半，取１．５ ｍ；口为开凿断面之高 ＧＤＫ４＋５０ｏ 塌陷区 度，取２．５ ｍ； 为内摩擦角，取５０。～６５。。 ５结论与建议 当摩擦角 值取５０。时，ｈ：＝３．０１ ｍ。 １）古鸳线ＧＤＫ３十６９０～ＧＤＫ３＋９４０及ＧＤＫ４＋２００～ＧＤＫ４＋ 当摩擦角 值取６０。时，ｈ：＝１．６９ ｍ。 ５００段采空区应进行加固处理，结合沿线人工小窑开采特点，建议 当摩擦角 值取６５。时，ｈ２＝１．２４ １１３．。 采用探灌结合方式进行灌浆处理，处理深度应超过采空区底板一 表明崩坏拱的高度随内摩擦角的增大而减小。 定深度。ＧＤＫ３＋６９０一ＧＤＫ３＋９４０段埋深浅的采煤煤洞，应进行 ４）采用洞顶坍塌堵塞法计算洞顶安全厚度Ⅳ公式如下： 开挖回填或灌浆。 日＝ｈｏ／（Ｋ一１）。 ２）路堑范围内塌陷坑应进行回填夯实处理，堑顶设置排水 其中，ｋ为洞穴原高度，取２．５ ｍ；Ｋ为岩体胀余系数，砂泥岩 沟，避免积水冲刷路堑。 第３８卷第ｌ５期 ．５８． ２ ０ １ ２年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．１５ Ｍａｙ． ２０１２ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１５—００５８—０２ 谈复合载体夯扩桩在施工中的应用 任希杰 （大同市御东建设工程项目管理有限公司，山西大同０３７００９） 摘要：对复合载体夯扩桩的施工进行了介绍，并根据复合载体夯扩桩在大同市御东新区雁同东街保障性住房东坟Ｂ区建设项目 中的应用，对复合载体夯扩桩的成桩原理、施工工艺、质量控制指标及质量控制要点等进行了论述，为工程应用提供指导。 关键词：载体夯扩桩，桩锤，护筒，三击贯入度 中图分类号：ＴＵ４７２ 文献标识码：Ａ 挤密土体和影响土体组合成的复合载体，最后 复合载体夯扩桩是近几年才发展起来的一种新型刚性复合 性混凝土、填充料、地基，它适用于在地面下一定深度（不超过２５ ｍ）存在设计要求 放入钢筋笼，再在桩身内灌注满混凝土，将柴油锤和内夯管的重 拔起外管，并边拔边压形成复合载体桩。 的持力层，而上部为不能满足设计要求的淤泥层、回填土、饱和粘 量压在管内混凝土上，土层等软弱地基的处理。在适用的地质环境下，它不仅能保证桩 的施工质量，而且由于它使用一些建筑垃圾作为填充料，经济效 益和社会效益也颇为明显。本文通过其在大同市御东新区雁同 东街保障性住房东坟Ｂ区建设项目中的施工，分析了复合载体夯 扩桩在施工中的应用。 业 １ 复合载体桩简介 刚性桩复合地基——复合载体夯扩钢筋混凝土桩，是利用载 体桩专利技术进行延伸的一种地基处理方法，它是针对软弱地基 或松散填土地基的特点，对扩底进行填料、夯实挤压来提高桩基 承载能力的一种新型地基处理施工工艺。该桩具有桩身较短、单 桩承载力高的特性。在施工过程中由重锤对填料夯击，使桩端下 部横向约２ ｍ～３ ｍ、纵向约３ ｍ一５ ｍ范围的土体进行有效挤密 加固，从而大大提高下部土体的地基承载力和压缩模量，有效减 小地基的压缩变形（见图１）。 图１载体桩示意图 ３复合载体桩施工工艺 复合载体钢筋混凝土桩施工工艺流程见图２。 １）桩位复测。施工人员依据设计要求定点将桩位放线完毕， 经相关各方验线合格并经复验，确认无误后方可进行施工。 ２）桩机就位。专业人员检查桩机设备（长螺旋钻机、载体桩 机）工作有无异常，如无异常即可移位桩机就位。 ２复合载体桩工作原理 载体桩是由内外双管组成，外桩管为通心长的钢管，内桩管 ３）引孔。一般情况回填层较厚，直接锤击成孔较为困难，先用 下部封底，两管套装而成，长度相等，首先，用锤把桩打到设计深 长螺旋钻机引孔，引孔深度为穿透粉砂，引孔直径为４５０姗左右。 度后拔出内管，往外管内灌人一定高度的建筑垃圾等作为扩底填 ４）夯击成孔。引孔机移开后，载体桩机就位，保证护筒中心 料，然后重新插入内管，并将外管往上拔一定高度，锤击力经内外 与所引的孔位中心一线，把护筒放至孔中，并调整位置使护筒垂 桩管传给填充料，通过作用桩端以下深度为３ ｍ一５ ｍ，直径２ ｍ一 直。然后用细长锤夯击，利用桩机的反压系统，使护筒下沉至设 ３ ｍ约１０ ｍ 的土体，使土体得到最有效的加固挤密及桩管的挤 计标高。夯击成孔时，缓慢下放护筒，当护筒底端达到桩底标高 撑作用，使扩底填充料向四周土体挤压，形成扩大头，形成由于硬 上５ ｃｍ～８ ｃｍ时，控制重锤落距，使护筒准确的沉至设计标高。 ３）该段路堑应建立长期观测网，对线路进行长期观测。 北京：中国铁道出版社，１９９９． 参考文献： ［３］ 谭鸿增，刘 薇，卞国忠，等．铁路工程不良地质勘察规范 ［１］ 楚涌池，李法旭，孙全德，等．铁路工程地质手册［Ｍ］．北京： ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１：５８．６４． 中国铁道出版社，２００７：５７—６０． ［２］ 龚重远，李法旭，楼文虎，等．铁路工程地质勘察规范［Ｍ］． ［４］ 顾宝和，高大钊，朱小林，等．岩土工程勘察规范［Ｍ］．北京： 中国建筑工业出版社，２００９：６０．６２． Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｒａｉｌｗａｙ ｍｉｎｅｄ－ｏｕｔ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｙｕａｎｙａｎｇ ｌａｋｅ ｍｉｎｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｉｎｇｄｏｎｇ ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｌｉ （Ｒａｉｌｗａｙ ３ｒｄ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｍｉｎｅｄ－ｏｕｔ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｙｕａｎｙａｎｇ ｌａｋｅ ｍｉｎｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｉｎｇｄｏｎｇ ｂｙ ａｐｐｌｙ． ｉｎｇ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓ ｉｎ ｍｉｎｅｄ．ｏｕｔ ｒｅｇｉｏｎ． ａｎｄ ｅＶａｌｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｅ ｔｉｎｅｍｄ。ｏｕｔ ｒｅｇｉ。ｎ，ａｎｄ ｉｆｎａｌｌｙ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｒａｔｉ。ｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｉｔｈ ａ ｖｉｅｗ ｔ０ ｇｕｉｄｅ ｅｎ． ．ｉｎｅｅｆｇｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｅｄ・ｏｕｔ ｒｅｇｉｏｎ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ， 收稿日期：２０１２—０３－２５ 作者简介：任希杰（１９６７一），男，工程师
