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支撑墩柱加固含厚层淤泥硬岩采空硐室技术研发成果展示

发布时间:2023-02-21 14:12:52      点击次数:317

一、引言

近年来随着我国加大环境保护和生态修复力度,受地下采空硐室影响的土地再利用问题成为了行业的热点。在此大背景下,多数地下硐室大型施工设备无法进入,同时随着年代的积累导致多数硐室中含有较厚的淤泥,且硬岩硐室存在石块掉落、片帮等安全隐患。硐室内存在淤泥堆积较厚、大型设备受限于施工环境等影响,同时大直径钻孔灌注桩跨越厚层淤泥施工技术较难,支撑法治理采空硐室的工法案例较少,因此研究支撑墩柱加固含厚层淤泥硬岩采空硐室施工技术意义重大。

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图1 支撑墩柱加固硬岩采空硐室结构示意图


二、研发依托工程背景、概况

长沙恒大童世界地块观音堂采空区治理项目建设场地位于湖南省长沙市岳麓区坪塘镇新屋里附近。据规划,场地周边已建恒大文旅城及恒大住宅小区,该场地是建设恒大童世界乐园的理想场地。为确保在设计使用年限内位于观音堂采空区场地、采空范围内水系、上部的建筑物及游乐设施的安全,需对该采空区进行加固处治。

长沙恒大童世界乐园地块观音堂采空区已有上百年开采历史,开采地层为泥盆系灰岩及泥灰岩,现已停采,采空区面积约16000m2,宽度为4~60m,高度为5~40m;矿层厚度较稳定,产状较平稳,岩石抗压、抗剪强度较高,岩体较完整,未采取支护措施,矿体直接顶板为矿体本身灰岩,胶结良好,但有少量裂隙;底板围岩亦为灰岩,其物理力学性质与矿体基本相同。采空区内存积厚层淤泥,呈饱和、流塑状态,厚度0.40~30m。地下岩溶中等发育。观音堂采空区上方分布有悬挂式特效过山车、互动黑暗骑乘、环境剧场、天幕影院、互动体验剧场5个拟建单体建筑,其中悬挂式特效过山车41~99m,采用桩基础,单柱设计最大轴力8000KN。


三、核心技术成果

(1)地下采空硐室淤泥固化技术

“地下采空硐室淤泥固化技术研究”项目主要针对地下大采空硐室超厚淤泥的固化治理和对淤泥、污泥环保化等关键技术进行攻关。通过调研硬岩采空硐室的淤泥堆积情况,系统研究了淤积区泥浆的淤积特征及其性质,提出了淤积区表层泥浆固化对策,通过单掺和正交试验得出了复合固化剂的配比,得到一种新型有机-无机复合固化剂配比,能迅速提高废弃泥浆淤积区表层泥浆的强度,试验结果表明固化剂成本低于市场主流固化剂,且处治效果良好,为后续施工奠定了基础。

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江苏省产学研合作项目成果丰硕>>http://www.jskjb.com:8081/xpaper/news/101324/111577/120867-1.shtml

图2 中矿岩土“地下采空硐室淤泥固化技术研究”入选江苏省产学研合作展示项目

(2)支撑墩柱加固含厚层淤泥硬岩采空硐室施工技术

结合岩溶分布情况及建筑物的布置和荷载情况,根据场地规划、建筑功能分区、采空区顶板岩层厚度、采空区高度及跨度、游乐设施单体荷载等特定情况判断该区域是否需要治理,对需要治理区域分别采取不同的处理方案及进行多方案经济对比分析后,选用安全适用、技术先进、经济合理、施工可行、质量可靠和可操作性最强的治理方案。

主要对进洞0~30m范围进行衬砌加固,利于后期的地下空间维护与使用,降低加固处理造价。对于空区跨度大、采空区处于基本稳定状态的区域进行柱墩加固,减小空区跨度,承担附加应力,阻止洞顶张拉裂隙发展、扩散,达到安全稳定的目的。洞内存在大量的淤泥,对其清运、平整、固化、封闭,消除安全隐患。

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图3 支撑墩柱加固含厚层淤泥硬岩采空硐室研发试验现场照片

选择采空硐室淤泥堆积较厚区域开展淤泥固化技术与支撑墩柱加固施工技术的研发,通过现场针对性试验,攻克了如何在厚层淤泥上方建立稳定的工作面、大直径混凝土沉管灌注桩如何跨越20m以上的厚层淤泥、支撑墩柱与硐室顶板连接处如何保证接顶质量是支撑墩柱加固含厚层淤泥硬岩采空硐室的三个重要工程难题,并分别得到了相应的施工流程。同时建立地下支护结构和地面建筑物的监测系统,及时掌握地下空间变形及应力状态、地表建筑物变形情况。后期监测数据显示,柱顶压力稳定,地表无沉降,支撑墩柱加固硬岩采空硐室效果良好。

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图4 支撑墩柱加固硬岩采空硐室成果展示及湖南省省级工法申报

上述两项技术,分别形成了一项淤泥固化剂配方、一项湖南省省级工法《支撑墩柱加固硬岩采空硐室施工工法》(审中)、两项发明专利《盾构渣土淤积区表层软土固化剂、改性土材料及其制备方法》(公开)和《支撑法加固硬岩采空硐室的方法及硬岩采空硐室支护结构》(公开)。


四、社会效益及经济效益

室内开展废弃泥浆固化剂材料及配比的研发,现场开展支撑墩柱施工技术工程试验及应用,为该类项目治理提供宝贵经验,对推动地下采空硐室淤泥处治技术与硐室加固技术进步具有重要意义。通过支撑墩柱对采空区加固处治后,消除或降低采空地面塌陷地质灾害的损失,消除矿山地质环境灾害对人民生命财产安全的直接威胁,开发利用矿区山采空塌陷的废弃地,矿山环境改善,达到采空区上方建筑物安全运维的目的。同时,解决了废弃淤泥污染问题,节约了资源,降低了大量成本,提高了硬岩采空硐室加固质量,凸显出良好的环保效益及经济效益,具有良好的应用推广价值。


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