1.概述
1.1工程概况
乌鲁木齐绕城高速公路（东线）起自甘泉堡工业园区，接吐乌大高速公路（甘泉堡互通），经乌鲁木齐东，止于吐乌大高速公路乌拉泊互通，路线全长约62.5km，全线采用双向六车道高速公路标准，设计速度100km/h，路基宽度33.5m。
根据乌鲁木齐绕城高速公路（东线）前期研究成果，结合路线总体走向，第一合同段不可避免的需穿越铁厂沟煤田采空区。
1.2煤田采空区分布
根据本次勘察成果，在拟选路线K19+630～K22+900自北向南分布有17#-46#煤层，煤层属侏罗系西山窑组（J透平式压缩机2x），以及侏罗系下统八道湾组（J1b）。煤层走向65～70°，走向近东西，倾角45～86°，煤层露头均与上覆第四系地层，呈角度不整合接触。
线路自北向南依次分布有：沙沟幸福煤矿（K19+630- K19+960）、众兴二矿（K21+220- K21+880）、曙光六矿（K22+280-K22+600）、志强煤矿（原八一煤矿）（K22+600-K22+900）、小窑乱采区（K23+985- K24+070）。路线利用煤矿企业工业广场预留煤柱布线。 线路经过露天煤矿二处，第一处：位于K21+220-K21+320（路右）众兴二矿北侧，开采深度约30-50m。第二处：位于K22+680-K22+880（路线穿越，八一煤矿原预留煤柱被露天开采，两侧存在采空区）。
除正规开采煤矿外，多有小窑开采，形成小规模采空，工作区共发现小窑开采二处。第一处：位于K23+985-K24+005（横穿）；第二处：位于K24+050-K24+070（横穿）。以上两处均属80年代初期无序开采的小窑，深度50m左右，目前在地表形成较多塌陷坑、洞。
采空区分布路段 表1-1
类别 | 里程桩号 | 长度 （m） | 开采深度 | 煤矿名称 |
煤矿采空区 | 1、K19+630- K19+960 | 330 | 310m | 幸福沙沟煤矿 |
2、K21+220- K21+880 | 660 | 200-250m | 众兴二矿 |
3、K21+880- K22+280 | 400 | 100m | 两矿之间采矿变形区 |
4、K22+280- K22+600蚝排 | 320 | 170m | 曙光六矿 |
5、K22+600- K22+900 | 300 | 200-250m | 志强煤矿 |
煤矿采空区合计 | 2010 | | |
小窑采空区 | 1、K23+985-K24+005 | 20 | 20-30m | 小窑 |
2、K24+050-K24+070 | 20 | 40-50m | 小窑 |
小窑采空区合计 | 40 | | |
露天开采煤矿 | 1、K21+220-K21+320 | 100 | 30m | 众兴二矿北侧露天矿 |
2、K22+680-K22+880 | 200 | 30m | 八一煤矿预留煤柱被露天开采矿 |
露天煤矿合计 | 300 | | |
路线途经采空区路段里程合计 | 2150 | | |
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1.3煤矿开采方式
煤矿开采方式：一般在广场安全煤柱设置主井及地面采煤设施，主井一般设置在煤层的底板。沿煤层倾向设置石门，沿煤层走向设置水平运输巷道。路线经过区域煤矿采煤方法为房柱式采煤法，房柱式采煤法为每隔一定距离先采煤房直至边界,再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。
1.4设计基本思路
采空区处理方案的确定主要依据地质资料和路线设计高度与采空区的关系而定。最终目的是达到：处治后路基的承载力与变形稳定性，能满足高速公路工程安全使用的要求。
目前，在地下采空区的处治技术方面，国内外尚没有相对完善的技术规程与规范，但在处治构筑物下伏空洞的方面，已有一些成功的实例。如开挖回填法、跨越法、注浆充填加固法等，其中注浆法应用较广。高速公路下伏采空区加固方案的选择，不但要考虑采空区的埋深、规模、成因、水文地质工程地质条件、矿的开采方式、开采时间等诸多因素，而且与经济条件、地基条件、道路条件、施工技术等密切相关。所以各采空区处理方法不具通用性和可比性。要根据采空区的具体特点，通过现场试验来确定。 对于采空区的处治，必须坚持的一个重要原则是坚持动态设计原则，根据现场施工时的实际情况，需要我们对采空区处治措施不断进行优化修正，最终达到采空区处治效果。
1.5采空区处治标段划分
类别 | 里程桩号 | 长度（m） | 开采深度(m) | 煤矿名称 | 卡头处治方案 | 标段划分 |
采空区 | K19+630-K19+960 | 330 | 310-330 | 幸福沙沟煤矿 | 注浆治理 | 第一施工标段 |
采空区 | K21+220-K21+880 | 660 | 毛纺织品 200-250 | 众兴二矿 | 注浆治理 | 第二施工标段 |
采空区 | K21+880-K22+280 | 400 | 100 | 两矿间的变形区及乱掘区 | 注浆治理 | 第三施工标段 | 通用机关零件
采空区 | K22+280-K22+600 | 320 | 170 | 曙光六矿 | 注浆治理 | 第四施工标段 |
K22+600-K22+900 | 300 | 200-250 | 志强煤矿（八一） | 露天开挖部分采用逐层回填分批注浆方案 |
露天开采 | K22+680-K22+880 | 200 | 30 | 志强煤矿，原八一矿 |
小窑采空区 | K23+985-K24+005 | 20 | 20-30 | 小窑 | 注浆治理 |
K24+050-K24+070 | 20 | 40-50 | 小窑 | 变速箱取力器注浆治理 |
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采空区治理第二施工标段桩号为K21+220-K21+880，主要为众兴二矿采空区治理设计。
1.6采空区处治方案选择
1.6.1煤矿采空区
本项目所经煤矿采空区基本为急倾斜煤层（倾角大于55º）采空区，根据采空区勘察及分析可知，拟建线路从煤矿预留安全煤柱上通过，拟建线路大部分处于移动区和变形区，必须经过处理才能满足拟建道路工程要求。
路基抗变形处理方案是采用一定的处理措施处治预留安全煤柱上的浅层窑采空区和固结浅层岩体裂缝和裂隙，使其不发生突然的坍塌、冒落。同时对该路段的路基路面采用特殊措施处理，增加路基的整体性，减小局部变形对路基的影响，同时增加拟建道路路面结构刚度，避免路面发生突然变形。
通过比选，推荐对于煤矿采空区采用注浆充填+网格地梁格栅处治方案。为进一步加强路基抗变形、路面抗裂缝能力，在路床底设置一层土工格栅。
1.6.2井洞处理方案
根据勘察成果，在拟建道路穿越众兴二矿矿区内，分布有3个井洞，必须进行处理。对该风井进行回填处理，采用不含有机质的各类废土回填，回填后进行注浆处理。
2.区域地质概况
2.1地形地貌
拟建场地位于米东区铁厂沟，属低山丘陵区，总体地势南高北低，海拨高程在 778～893m之间，现区域内存在四带西南至东北向煤田采空塌陷区，局部已回填，可见较多塌陷坑。
2.2 地层构成
矿区（含井田及周边地区）出露的地层主要有侏罗系下统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、侏罗系下统西山窑组（J2x）、第四系（Q3、Q4）。由老而新分述如下。
⑴、侏罗系下统八道湾组（J1b）
八道湾组岩性一般由灰和深灰泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩、炭质页岩夹煤层及菱铁矿透镜体组成。地层平均厚度766m。 ⑵、侏罗系下统三工河组（J1s）
三工河组为灰、灰绿泥岩、砂岩不均匀互层，夹粗砂岩、粉砂岩，含植物化石。并夹薄煤层。地层平均厚度475m。
⑶、侏罗系中统西山窑组（J2x）
西山窑组为一套以湖沼相～泥炭沼泽相沉积，伴有少量河流相沉积的含煤碎屑岩建造。岩性一般由灰和深灰泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩等组成。夹不太稳定的中砂岩及粗砂岩。本组为该区域主要含煤地层，煤层层数多，厚度大。地层平均厚度765m。根据含煤情况，岩相、旋徊特征及煤层赋存特点等可划分为二个含煤段。
①西山窑组下段（J2x1）
岩性一般由灰、深灰泥岩、细砂岩互层出现。下部为灰白中砂岩夹细砂岩及粉砂岩，中部夹炭质泥岩及煤线。底部为厚层灰白中砂岩，全区稳定与下伏地层三工河组（J1s）呈整合接触。本段地层厚度40m。
②西山窑组上段（J2x2）
岩性由灰、深灰、灰黑炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩组成。中部夹有薄层中砂岩及菱铁矿层，较为稳定。下部夹薄层炭质泥岩及不稳定中粒及粗粒砂岩。底部为一套厚层状灰粉砂岩、细砂岩互层及薄层炭质泥岩。本段地层厚度525m。
⑵第四系（Q3 、Q4）
广泛覆盖于较老地层之上。可划分为两段。
①上更新统下段（Q31）：为半胶结及未胶结的砾石层夹透镜状粉砂质粘土层。一般厚度71～81m。
②上更新统上段（Q32）：为土黄的粉砂质粘土及粘土质砂。厚度5～20m。
③全新统（Q4）：为杂的采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5～100m。
根据探井、钻孔揭露，拟建场地地层主要由①杂填土、②黄土状粉土、③卵石土、④全风化基岩、⑤强风化基岩、⑥煤、⑦微-中风化基岩构成。现分别描述如下：
①杂填土：黄褐、灰、黑、灰黑，在拟建整个场地均有分布，厚度变化较大，厚度0.5-6.0m，局部地区大于10.0m，组成物质杂乱。主要回填物以建筑垃圾为主。采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5～100m。
松散 稍湿
②黄土状粉土（低液限粉土）：黄褐、灰褐，在场地内大部分区域有分布，埋深0.5-6.0m，厚0-20m，干强度高，韧性低。土体中含有较多白钙质结核及小砾石，可见大孔隙。摇振反应中等，无光泽反应。
稍密 稍湿
③卵石土：青灰，在场地内大部分区域有分布，埋深0.5-20m，厚0-50m，亚圆状，一般颗粒2-5cm，最大0.5-1.0m，级配一般，骨架颗粒占60-70%，充填物为中粗砂。母岩主要
为变质岩碎屑，主要成份为石英、长石。
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