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采空区注浆加固效果检测方法的研究


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四 川测 绘 第 3 O卷 第 5期 2 0 0 7年 1 O月 

采 空 区注 浆 加 固效 果 检 测 方 法 的研 究 
,  

刘 生责 

( 南充 水利 电力 建筑 勘测 设计 研 究院 , 四川 南充
[ 摘<

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6 70 ) 3 0 0 

要] 本文 总结 了当前 国内外 一些评价采空 区加 固处理 效果 的检 测手 段 ,分析 了各 自的优缺点 ,并 结合 

具体工程提 出了采用钻孔检测 、电测深法 与电磁波 C T法 、变形监 测四种方法综合检测 的检测模式 。   [ 关键词]采空 区;注浆加 固 ;检测方 法 

[ 中图分类号]P 5  28

[ 文献标识码] B  

[ 文章编号 ]10 — 3 9 (0 7 5— 2 1— 3 0 1 8 7 2 0 )0 0 2 0 

RES EARCH  0N  THE  DETECT1 0N  METH0DS 0F    EVAL UATI NG  THE   GR0UTI NG  C0NS 0LI DATI ON  F EF ECTS I G0AF AREA   N   
L U  h n gu  I S e g— i

1 前 言   
随着 当前基 础 建设 的发 展 ,经 常 遇到 在 采 空 区 

物理 力学 性能 实验 ,分析 注 浆 前后 岩 样 的 物理 力 学 
性质 变化 情况 。最 后 对检 测 孑 进 行二 次 注 浆 ,分 析  L

上修 建 的问题 ,地 表 沉 降具 有 非均 匀 、非连 续 与大  位移 的特 点 ,这是 一个 高度 复 杂 的非 线 性 问 题 。采  空 区 问题 作 为 道路 建设 的不 良地 质 问题 已越来 越 突 

注浆 量来 间接地 判 断 注 浆 的充 填 率 。这 种 方法 是 最 
直观 也是 最常用 的一种 。   2 2 波 速测 试  .

出,在采空区上修建铁路时 ,就必须对地下采空 区  进行加固处理。一般情况下 ,采用的工程措施是注  浆充 填处 理 方 法 。但 注 浆 施 工 属 于 地 下 不 可 见 工 
程 ,注浆 工 程 的 质 量 检 测 工 作 显 得 尤 为 重 要 。 目   前 ,国 内外 在采 空 区治 理 效果 检 测 方 面方 法 手 段 甚  多 ,但 尚没 有成 熟 可靠 的技术 方 法 ,国 内外 对 其 处  治 技术 尚未形 成 系统 ,也未 建 立 相 应 的技 术 规 程 或  行 业 标 准 ¨ 。 目前 主 要 的 检 测 手 段 有 :钻 孔 检 查  J
法 、声 波测 试法 、钻 孑 抽 ( )水 检 查 法 、 电测 深  L 压

在钻孑 旁放木 板 , L 并保 持两者 之间接触 良好 ,   木板 与地 面产 生剪 切 力 ,使 地 层 产生 剪 切 波 ,孑 内  L
利用三 分 量检波 仪 接 收地 震 波 直 达 信号 ,再 利 用 地  震 仪 主机记 录信 号 。该 方 法 简 便 、快 速 、应 用 也很 
广泛。  

方 法 :钻探 终孑 后 ,将 三 分 量 检波 器 探 头 放入  L 孑 内指定 位 置 ,并 充 气 使 三 分 量 检 波 器 紧 贴 孑 壁 , L L   在地 面 距 孑 口 0 5 处 放 置 一 长 2 5 L .m .m,宽 0 3   . m,
厚 0 0 m左 右 的木 板 ,木 板用 重物 压住 ,然后 用 l  .6 8

法 、高 密度 电 法 、 电磁 波 C T法 、地 质 雷 达 、旋 转  触探 法 ( P ) S R T 、P T法 等 ,每种 方法 有其 各 自的 优  缺 点 。本 文选 择 了主 要 的几 种 方 法进 行 介 绍 。将 详  细介 绍 以上 各 种 方 法 及 使 用 条 件 ,提 出 了一 个 钻  探 、电法 、 电磁波 C 、变形 监测综 合 的检 测方 法 。 T  

磅 大锤水 平 敲击 木 板两 端 ,使 其 产 生波 形 相 反 的剪  切波 ,由三分 量检 波 器 接 收剪 切 波信 号 并 传 人放 大 

器放大 ,最后 进入计 算 机将 实 测波形 曲线记 录下  来 。测试 示意 图如 图 1  。
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二~  

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2 当前 主 要 检 测 方 法 
2 1 钻 孔检 测  .

:  1 :. 一 一 [ .  .    

该 方法 主要 是在 采 空 区 注浆 加 固、施 工 结 束 一 

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定时间后 ,根据现场 的地质勘察 的结果 ,在注浆 区   进行钻探 ,检测注浆段 的充填、加固效果 。在钻探  过 程 中可 以根 据 注 浆 段 钻 孑 冲洗 液 损 失 ( L 流量 法 )  
分析灌 浆后 采空 区加 固效 果 ;通 过 钻探 提 取 注 浆 段  岩芯 ,对灌 浆前 后 的 岩芯 进 行对 比分 析 ,统 计 岩 芯  中水 泥结 石 的形 状 、展 布 特 点 、厚 薄 、 胶 结 质 量 ,  

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上  1

图 1 波速 测试示意图 

2 3 物探 测试  .

对 于 同一 采空 区采用 几 种 不 同的物 探 方 法 对 注  浆 加 固效果 进 行 检 测 ,利 用 不 同方 法 的不 同特 点 ,   进 行综 合 评 价 。其 中 包 括 电测 深 法 、 高 密度 电法 、  

以及岩体裂缝被水泥结石充填的情况 ,并取样进行 

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四川测绘第 3 O卷第 5期 20 0 7年 l O月 

钻孔 电磁 波 C T法 、瑞 雷 波 法 等 等 。但 是 在 物 探 测 

G S技 术在变形 监 测领 域 具 有 广 阔 的应 用前 景 。 为  P
此 在这 里利用 G S技术 对采 空 区进行 变形监 测 。 P  
2 4 2 变 形监 测法 的效 果  ..

试的开始需要 了解工作 区域是否存在使用物探的地  球 物理前 提 ,同时需 要 获 得 当前 工作 区域 的岩 土 层  的基本 物性 参数 。  
2 3 1 电测 深法  ..

采用 变形 监测对 检 验 采 空 区 的加 固效 果 非 常有 

意 义 ,注浆加 固前 的 变形 监 测 可 以很好 地 了解 采空 

采空区通过 注浆加 固处理 ,可极大 地改善注浆加 

区的具体范围及影响范围、地面沉降与塌陷发展趋 
势 。施工期 间 的监测 可 以动 态地 掌 握 当前 的加 固效 

固区的电性 ,因此可采用电法勘探来分析地基注浆加  固的效果 。注浆前后 分别进行 电法勘探 ,对 比注 浆前  后的物探结果 , 其视电阻率等值线图的变化,可确定  注浆后采空 区的充填程 度和加 固效果 。该 检测 方 法测  试 方便 、快捷 ,但 是受的干扰 的因素较 多。  
232 钻 孔 电磁波 C .. T法  电磁 波 C T法 是 在 两个 钻孔 或 坑 道 中分 别 发 射 

果 ,能够及时为施工单位提供第一手资料 ,及 时发  现并 解决 问题 。注浆 加 固后 监测 可 以更 好 地观 察 地  面的沉降的发展趋势 ,能够很明显揭示加固的效果  能否 确保今 后采 空 区上 工 程 的稳 定 性 。该 方 法 的优  点是精度高 、可操作性强。缺点是时间跨度长 ,受 
施 工 的影 响大 ,观测 点必 须要保 护 。  

和接收无线电波 ( 工作频率 05~ 2 H ) . 3 M z ,根据不  同位置上 接 收的场 强 的 大小 ,来 确定 地 下 不 同介 质 
分 布 的一 种地 下地 球 物理 勘 查方 法 。地 下介 质 的不 

3 工 程 实 例   
某采 空区为磁 铁 矿开 采 而形 成 ,范 围约 60 × 0m  

同物性分布对 电磁波的作用主要表现在对 电磁波能  量的吸收,这种吸收作 用与地下介质 的裂隙分布、   含水 程度 、矿 物质 的含 量 ,以及不 同 的岩性 分 布等  因素有关 ,通 过 两 个 钻 孔 之 间 电磁 波 扫 描 性 观 测 ,   利用层析成像反演算法,将不 同岩性导致的电磁波  能量 上 的差异分 布 转 变成 二维 介 质 分布 图 像 ,进 而  推断 地下 的结 构情 况 。该 方法 不受 深 度 限 制 ,适 用  范围比较广泛 , 但是费用比较昂贵。   233 瑞 雷 波法  .. 瑞雷波速度反映地层介质的密度和强度等力学  性质 ,其速度高则密度大 ,强度高 ,完整性好 。采  空 区加 固后 ,空 洞被 充 填胶 结后 其 密 度 和强 度 均 大  大提高 ,波 速 值 也 增 大 。注 浆前 由 于 空 洞 的存 在 ,   原 始波形 存 在 “ 射 弧 ” 出现 ,加 固处 理 后 ,空 洞  绕 被 充填 ,介质 的密度 相 对均 匀 , “ 射 弧 ” 将 不 复  绕
存 在 。该 方法 的不 足 之处 是 能 量有 限 ,测 试 深 度受  限制 ,一 般 仅 几 十 米 。对 于很 多 埋 深 10 以 上 采  0m 空 区 ,该 方法 就无 法达 到预期 的效 果 了。   24 变形 监测 法  . 24 1 利 用 G S测 量技术 进行 变形监 测  .. P

10m,分布较为复杂。地表为第 四系中上更新统冲  20 洪积黄土 ,沉积厚 度一般 为 1 4m,下伏地 层为 奥  0~ 0 陶系中统灰岩 , 其下为闪长岩 , 磁铁矿即赋存于灰岩  与闪长岩的接触带及接触带顶底板灰岩薄弱带中。铁  路专用线经过采空区,线路全长约 2m,鉴于采空区  k
勘察 和加 固处理 的复杂性 ,采空 区加 固处理 后能否满 

足路基沉降要求 , 需要对注浆的效果进行检测。为了   检测 采空区 的加 固效果 ,根据 工程 的实 际情况 ,采用  了钻孔检测、电测深法、电磁波 C T法联合对加固效  果进 行检测 ,同时进行 变形 监测。  
本 文 以里 程 K 50~K 0+ 6 0+70检 测结果 为例 : 6   ( ) 钻孔 检 测 发 现 填 充 效 果 理 想 ,岩 芯 完 整 , 1  

取样发现完整的大量水泥粉煤灰岩芯。采芯率 8 % 5  以上 。二 次注 浆量 未见 异 常增 加 。结 果显 示 注 浆 加  固效 果 明显 。  
( ) 电测深 法 ( 图 2,3 。在 里 程 K 2 如 ) 0+50 6 


K 70区段 2 m深 度 以下 处 理 后地 层视 电阻 率  0+ 6 0

普遍增加 ,但增加幅度不大,视 电阻率平均增值约  1Q · 0 m左 右 ,表 明采 空 区充 填 有 一定 的效 果 ,这  与该 段黄 土层 较厚 有 一定 的关 系 ,黄 土 由于 自身 因  素造成地下 空洞不 连续 ,只有 当灌 浆孔 揭露空 洞 
时 ,空洞 的充 填效果 才 明显 。  

与传统的测量技术相比,G S P 测量具有全球 范  围、全天候、全时域 、连续快速 、高精度 、能同时  测定点的三维位移 以及易于实现全系统的 自动化等 
优点 。研究 表 明 ,G S高 程测 量 内符 合精 度 一般 可  P 达到 1×1 一 ~ 0 2×1 0一,经 计 算转 化 为 我 国所用 的 

正常高与水准测量结果 的不符值 ,平原地 区一般在 
3— 0rl,山 区约 为 1 5 ' ,在 平 原低 丘 区足  2 ' ll l l 0~ 0rl ll l l

以代替 3 、4等水准测量 ;在 陡峻 山区精度 也高 于 
常规 的三角 高 程钡 量 结果。上述 研 究 成果 表 明, I  

图 2 加固前视 电阻率等值线 图  

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四川 测 绘 第 3 0卷第 5期 20 0 7年 l   0月

23 2 

检测 方 法 ,评 价 了各 种 测 试 方 法 的 基本 技 术 思 路 、  

二霎 ≤ 

优缺 点及适 用 范 围。  

( )研 究 了不 同方法 的 t 2 9身特 点 ,提 出结 合 工 




 

程本 身 的工程 地质 条 件并 采 用 多 种检 测 方法 相 互验 
证 以提高 检测 的可靠 性 。从 技 术 上 、经 济 上选 择 不 

同的检测 手段 相互 组合 、优 化 。   ( ) 通过具 体 的工 程 实例 ,提 出 了钻 孑 、电测  3 L
深 、电磁 波 C T法 、变 形 监 测 四种 方 法 综 合 应 用 ,  

从不 同 的角 度 说 明 了该 采 空 区 的 加 固效 果 是 理 想  ( )钻 孔 电磁 波 C 3 T也 未 发 现异 常 出现 。该 剖  面长 为 3.6 0 9 m,j l c 6和 jk7两 孑 的孑 口高 程 分  k cl L L
别 为 5 5 4 m和 5 6 0 m。 电磁波 C 4 .9 4 .4 T图见 图 4 。图  中显示 在 本 剖 面 中有 一 个 异 常 ,该 异 常在 jk 6孑  cl L

的 ,这种 多手 段 组合 的检测 模式 是可行 的。  
—  考 文 献  黪 露墨 黪   曩  参 ■ 

童立元 ,刘 松玉 ,邱 钰 ,方磊.高 速公 路下 伏 采空  区问题 国内外研究 现状及 进展 [ ] 岩石力学与工程  J. 学报 ,20 ,( ) 18—10 . 0 4 7 :19 22   [ ] 张 志沛 ,等.煤 矿采 空 区注浆 工程质 量检 测 的试 验  2  研究 [ ] J .岩土工程学报 ,2 0 ,( ) 0 05 5 :6 4—66 0.   [ ] 季 秀 卿 , 原 文 学 . 深 层 采 空 区 注 浆 质 量 检 测 方 法  3  [] J .山西建筑 ,2 0 ,( ) 1 0 6 4 :13—15  1. [ ] 张 波 ,等 .高速公路下伏采空 区治理工程质量检测 方  4  法研究 [ ] 中国煤 田地 质,20 ,( ) 3— 7 J. 0 4 5 :5 5 .   [ ] 刘 国兴 .电法勘探原 理与 方法 [ .北京 :地质 出  5  M]
版 社 ,20 . 0 5 

侧较 薄 ( 5 6~ 2 m 高程 范 围内 ) cl L 在 2 59 ,jk 7孑 一 

侧要厚 很 多 ( 2 5 6~5 5 高 程 范 围 内 ) 3m ,异 常 呈 中 

间低两 头 高的形 状 ,推 断该 异 常 为 塌 陷扰 动 或 充 填  的水 泥粉煤 灰所 致 。但是 充填 效果 还是很 好 的 。  
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0   5   1  0 1  5 2  O 2  5

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[ ] 吴 以仁.钻孔 电磁 波法 [ .北 京 :地 质 出版社 , 6  M]  
】 8】. 9  

图 4 钻孔电磁波 C T成像图 

( )变 形 监 测 结果 显示 ,该 段 变 形 趋 于 稳 定 , 4  
至今 未 发现异 常 。   综合 以上 四种 检测 方 法 的结 果 ,不难 发 现 结 果 
[ 收稿 E期]20 0 — 2 l 0 7— 4 0  [ 作者 简介] 刘生 贵 ( 9 7一) 15 ,男 ,毕 业于 I l  ̄J 省水 利 学  l l

基本 一致 。该 段采 空 区的充填 达到 了预期 的 目的。  

校工程地质 专业 ,工程 师。长期 从 事水 利水 电工 程地 质勘 
察 、大型水利工程 ( 钟水 库 ) 渠系 配套 工 程地 质、工 程  升 建设监理工作 。  

4 结 论 
( ) 本文 总结 了 当前应 用 比较广 泛 的注浆 质 量  1


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