武云高速公路采空区稳定性评价

武云高速公路采空区稳定性评价
邢小伟;万战胜;黄勇博
【摘要】高速公路穿越采空区的场地稳定性评价问题涉及建设项目采空区处治段落长短划分,处治强度的合理设计及投资规模的控制.文章以武云高速公路采空区为例,综合应用现行行业规范的多种评价方法,对该采空区场地的稳定性进行评价,并对现行行业规范推荐的各评价方法的适用性进行了实践检验,取得的技术经验可供相似项目参考.
【期刊名称】《西部交通科技》
【年(卷),期】2014(000)008
【总页数】4页(P24-27)
【关键词】高速公路;采空区;稳定性;综合评价
【作者】邢小伟;万战胜;黄勇博
【作者单位】河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州450052;河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州450052;河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州450052
【正文语种】中文
【中图分类】U415.6
0 引言
近年来，随着国家基础设施建设快速发展，高速公路的投资与建设也得到了迅猛推
进，许多公路线路不可避免地穿越采空区，因此，公路走廊内采空区地表变形和破坏规律预计、稳定性评价以及治理这一技术难题越来越受到国内外工程界的重视。

河南省2014年在建的武陟至云台山高速公路K29～K33涉及到2km采空区处治问题，因处治方案的选择牵动着初步设计划拨的1亿预算资金的合理投放，因而
引起项目各方和主管厅局的高度重视。

通过2014年3月16和4月4日两次方案专家组会议评审，肯定了采空区段特殊路基的推荐方案，方案调整节省预算资金90%以上。

项目论证过程获得专家组和主管领导高度肯定，本文将对采空区处治
方案论证工作核心环节稳定性评价技术要点予以论述，以供类似项目参考借鉴。

1 项目概况
武陟至云台山高速公路位于河南省焦作市修武、武陟县境内，项目所处地貌单元为黄河冲洪积平原和山前倾斜平原，地势平缓，起伏较小。

线路在K29＋340～K32＋950段存在古汉山与吴村煤矿的储煤区和采空区，采空区段落见表1。

线路采空区段落浅部地层主要为第四系中更新统冲积地层，层厚较大，以冲积为主，厚度在80～300m之间。

段落内浅层岩性主要为黄褐色、褐黄色粉质黏土、粉土
和卵石层。

粉质黏土和粉土呈透镜体状夹杂在卵石层间，受岩土成因影响，浅部地层中岩土混杂，尤其上部地层的粉土和粉质黏土层，混合于卵石层中，形成以卵石为主的岩层夹粉质黏土、粉砂薄夹层的地质特征。

表1 路区采空区分布一览表序号起止里程段长（m）所属矿区类型煤层（采空区）厚度（m）产情况1K29＋340～K30＋950 1610 古汉山矿储煤区 5.0～5.6 556～884 —无煤层（采空区）顶部埋深（m）开采方式地表变形目前生未开采2K30＋950～K31＋545 595 古汉山矿采空区 5.0～5.1 417～556 长壁全陷法沉陷盆明显 2010年线路段停采3K31＋545～K31＋700 155 古汉山矿防水煤柱
5.0～5.1 417～420 —凸起明显拟2015年开采4K31＋700～K32＋950 1250
吴村矿采空区 2.0～5.8 158～417 长壁全陷法沉陷盆明显 2008年闭矿
采空区地表呈缓坡状，无地表径流，地层地下水补给来源主要为大气降水和人工灌溉渗水。

地下水类型属于松散岩类孔隙水，受人工开采煤层的影响，在开采后形成的冒落区、裂隙区易形成储水空间，在处治设计时如考虑采用注浆处理措施，需考虑地下水富集和流动对浆液加固的影响。

2 采空区稳定性评价
采空区变形是一个长期的过程。

采空区剩余变形量受开采条件和规模、开采时间等多种因素影响，本文参照相似采矿条件下采空区岩层移动和变形规律，结合工程实践经验，依据经验公式对采空区剩余变形进行计算。

根据采空区细则［1］中表4.2.2（采空区地基容许变形值表），在古汉山矿段采
空区（K30＋950～K31＋545）段依据规范推荐经验公式计算，倾斜值（＜4mm ／m）、曲率值（＜0.3mm／m2）和水平变形值（＜3.0mm／m）满足高等级路面要求。

吴村矿段采空区（K31＋800～K32＋950）段倾斜值（＜4mm／m）、曲率值（＜0.3mm／m2）和水平变形值（＜3.0mm／m）满足高等级路面要求。

依据K30＋950～K31＋700古汉山段落井上井下对照图，K30＋950～K31＋150段落采空区形成年代为2010年，已停采3年，采深在550～500m之间，平均采厚3m，上覆岩层属于坚硬类别，依据细则［1］中表4.2.1－1建筑场地属于稳定类型。

K31＋150～K31＋545段落采空区闭矿时间在2005～2008年之间，停采
5年以上，依据细则［1］中表4.2.1－1建筑场地属于稳定类型。

K31＋545～
K31＋700为古汉山矿矿界保安煤柱，暂未开采。

K31＋700～K32＋950吴村矿2008年闭矿，停采时间5年以上，依据细则［1］中表4.2.1－1确定采空区段建筑场地属于稳定类型。

参考细则［1］表4.2.1－4，通过采深采厚比进行评价。

结合表1计算，古汉山矿K30＋950～K31＋545深厚比在83～111之间，根据地质钻孔和剖面图确认上覆岩层以砂岩与泥岩互层为主，巨厚的上覆岩层属于中硬类别，古汉山矿采空区属于
基本稳定类别。

吴村矿K31＋700～K32＋950深厚比30～83，上覆岩层属于软
弱类别，吴村矿采空区属于不稳定类别。

通过地质、采矿情况调查和工程地质调绘等工作确定了采空区范围，为判断下伏采空区对高速公路的影响，布设了地表高精度垂直位移变形监测网，测定了地表变形速率和变形特征，并进行了民房裂缝监测工作，见图1。

通过对地表沉降监测，统计出垂直位移变形量，计算变形量随时间的变化速率，根据细则［1］表4.2.1－3，可定量评价下伏采空区段落建筑场地稳定性，为后期采空区段落施工方案设计提供技术依据。

K30＋800～K31＋500古汉山矿采空区段落，埋深400～500m，采厚3～6m，
地表沉陷特征明显，该段落监测点月平均沉陷量－2.68mm，最大沉降变形监测点J112（K31277Y14）下沉5.36mm。

采空区段落闭矿3年以上，主沉降基本完成，地表变形监测数据具有连续性特征，由此推断半年沉降量约16.08mm，小于6个月，不大于30mm稳定性判据标准。

古汉山矿初步的监测成果反映地表变形指标符合细则［1］表4.2.1.3稳定性评价指标限值。

K31＋500～K32＋950段落为吴村煤矿采空区，埋深80～400m，采厚4～6m，地表小凤洼老村10年前因采动影响搬迁，目前残留建筑物老裂缝无发展迹象。

该段落监测点月平均沉陷量－0.79mm，最大沉陷点K32513Z16的J43监测点沉陷量－1.58mm；闭矿5年以上的吴村煤矿，残余沉降量数据具有连续性特征，由此推断6个月平均残余沉陷量约4.74mm，小于规范30mm稳定性判据标准。

表2 采空区建设场地稳定性综合评价表序号起止里程段长（m）所属矿区类型
依据经验公式评价综合评价1K29＋340～K30＋950 1610 古汉山矿储煤区————————依据闭矿时间评价依据采深采厚比评价依据监测初步评价稳定场
地2K30＋950～K31＋545 595 古汉山矿采空区满足高等级路面要求稳定基本
稳定稳定稳定场地3K31＋545～K31＋700 155 古汉山矿防水煤柱——稳定
——稳定稳定场地4K31＋700～K32＋950 1250 吴村矿采空区满足高等级路
面要求稳定不稳定稳定稳定场地
通过经验公式计算对场地稳定性进行评价，计算参数回采率和剩余沉降量取值显著影响计算的地表变形值，经验公式理论基础概率积分法没有考察采空区场地岩土本构与工程地质和采矿要素，计算方法具有先天性理论缺陷，计算成果仅供参考。

通过深厚比进行场地稳定性评价需要结合其它要素综合考虑［2］。

项目工作中通过闭矿时间对场地稳定性的定性评价已对地调成果进行了考虑，并针对性地开展了地表变形监测工作，所以本项目场地稳定性综合评价将在充分利用地质与采矿技术资料基础上，以闭矿时间、地质调查、地面监测为主，酌情参考经验公式与采深采厚比确定场地稳定性等级。

拟建项目的采空区建筑场地稳定性综合评价如表2所示，采空区段落K30＋950～K32＋950具有不进行深层注浆处理选择特殊路基方案的技术条件［3－5］。

3 处治建议
（1）根据细则［1］第4.2.1条相关条款，通过经验公式计算、闭矿时间及监测成果分析等，认为公路采空区段落的主沉降已完成，K30＋950～K31＋545采空区
段落建筑场地属于稳定等级；K31＋700～K32＋950采空区段落建筑场地属于稳
定等级。

（2）根据细则［1］第5.3.6条之规定，采空区建设场地具有不进行深层注浆处理实施特殊路基方案的技术条件，可考虑加铺土工布、土工格栅等材料，提高路基的整体稳定性，同时路面宜采用柔性材料，以满足采空区的剩余变形要求。

（3）采空区路段不宜设桥，建议采用路基或通涵形式通过，采空区段落构筑物和路基应进行采空区变形跟踪监测，包括场地静态观测、施工动态观测及运营观测等。

4 结语
高速公路穿越采空区稳定性评价，有通过闭矿时间、地表移动变形值、沉降观测和
采深采厚比等多种评价方法。

通过武陟至云台山高速公路项目实践发现：在收集的地质和采矿资料基础上，结合地调与勘察成果，以闭矿时间和高精度地表沉降观测进行采空区稳定性综合评价是最为可行且专家认可的技术路线。

对于路线通过采空区建筑场地地段，项目论证前期尽早与矿企建立技术协作关系，收集齐全矿区井上井下对照图、采场布置图等技术资料，在此基础上论证路线走廊的可行性，并适时布置监测点对场地稳定性开展定量技术评价工作，对生产项目方案的选择和运作成败至关重要。

参考文献
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