北方某高速公路路基下伏采空区稳定性评价及处治方案研究.pdf

文章编号:():./.北方某高速公路路基下伏采空区稳定性评价及处治方案研究贾 涛(中铁投资集团有限公司 北京市)摘 要:通过对某高速公路 段路基煤矿采空区进行地质勘察查明采空区的规模、空间分布特征及顶板厚度进行采空区剩余变形量预测计算等稳定性评价并结合地质资料及高速公路路基参数确定采空区处治方案 研究认为在公路路基采空区处治设计过程中应结合地质资料、实际规模形态等因素综合开展稳定性评价评价若为“不稳定”或“欠稳定”时应对采空区进行处治从而确保高速公路安全 关键词:高速公路路基采空区稳定性评价处治方案中图分类号:.文献标识码:近年来公路建设持续推进 部分公路不可避免地穿越采空区因此在采空区内建设公路存在诸多难点需要针对采空区的规模、空间分布、路基参数等特征选取适宜的处治方案 工程概况 区段为辽宁省新修高速道路的填土段路堤高度介于 地处本溪市本溪满族自治县的碱厂镇王家崴子村域内 此路段部分路堤横跨煤矿采空区区域内交通便捷 勘察方法该空洞区域勘测主要利用工程地质绘图调查、坑道勘察和现场测试等技术应用华测 系统对钻探点的地理坐标进行精准控制 同时从各个地质层面获取典型土石样本用以进行室内分析试验 基于既往勘察和物理勘探数据进一步部署密集的物理探测作业在该区域运用弹性波频率共振技术和高密度电阻率法等方法进行测线探测设置了 条垂直探测剖面和 条横向剖面线间距为点间距通常为 对于异常区段则缩短至 此过程中弹性波频率共振法累计完成 个测点总长 高密度电阻率法完成 个测点总长 具体见图 从探测结果可知采空区分布在 段落范围内在线路区下部 处图 物探布置示意图发现异常 经双管单动钻具对物探异常区进行钻探验证该处异常为节理裂隙发育和局部夹煤层导致的岩体破碎具体见图 根据物探结果结合钻孔验证发现采空区为 条煤矿巷道平均埋深约 采空区高 公路釆空区稳定性评价.剩余变形量预测计算根据钻探揭露采空顶板情况来看该段采空区目前并未完全垮落而是形成了悬顶 依据采空区公路设计与施工技术细则以及矿山开采沉陷学等相关规程上述空洞区域地面移动变形的极限值可通过式 式 得出:北方交通 年 第 期图 采用双管单动钻具钻出的完整岩芯()地表最大下沉量()()式 中:表示挖掘的煤炭厚度单位为 为下沉系数需通过查询数据表确定 指煤矿层的倾角单位为()()地表最大倾斜值(/)/(/)()式 中:代表地面在采空区边界受影响的主要范围的半径单位为 为采空区底板的深度为主要的开采影响角需通过查阅数据表确定数值()地表曲率最大值(/)./()()最大水平变形值(/)./()()地表最大水平移动()()式 和式 中:为水平移动系数通过查表取值未垮落完成采空区处的地表移动变形最大值详见表 表 未垮落完成采空区处地表移动变形表变形指标最大下沉量/最大倾斜值/(/)最大水平变形值/(/)最大曲率值/(/).空洞区域的剩余空隙率可以借助孔中空洞和裂缝分布情况的勘查统计数据确定:即将孔内空洞与裂缝的平均发展高度与采矿层开掘厚度的比值视为空隙率 通过剩余空隙率计算地表移动变形剩余值具体见表:表 剩余空隙率计算地表移动变形剩余值表变形指标剩余空隙率/剩余下沉量/剩余倾斜值/(/)剩余水平变形值/(/)剩余曲率值/(/)地表最大水平移动/.公路釆空区稳定性评价及危害程度评价采用不同方式进行场地稳定评估时需兼顾多种因素包括开采技术、作业周期以及采空区的类别、尺寸、覆盖层厚度、采深采厚比和岩层性质等对于长壁全陷法开采煤矿可采用停采时间、地表剩余下沉量、采深采厚比作为评价依据而针对单巷道作业方式地面残余形变值则是可供参考的评估标准.相关评价标准()按照开采条件判别法确定釆空区稳定性的规定采用长壁全陷法开采的采空区域地面位移和形变与停止开采的时长紧密相关 通常情况下未进行开采时间越长地面的位移和形变越趋向平衡评价标准见表 表 按采空区停采时间确定稳定性评价标准表稳定等级场地影响范围内工作面停采时间/年软弱覆岩中硬覆岩坚硬覆岩稳定.基本稳定.欠稳定.不稳定.()根据地表移动变形值确定采空区稳定性的规定地表移动延续期可分为初始期、活跃期和衰退期三个阶段 伴随着采矿作业停止开采时间递延地表剩余移动变形值逐渐减小采空区逐渐趋于 年 第 期 贾 涛:北方某高速公路路基下伏采空区稳定性评价及处治方案研究稳定因此以地表剩余移动变形值来评估采空区稳定性的方法较为直观根据地表位移及变形数据表 列出了长壁式采空区稳定性级别的评价标准表 按地表移动变形值确定长壁式釆空区稳定性等级评价标准表稳定等级地表移动变形值下沉值/倾斜值/(/)水平变形值/(/)曲率值/(/)稳定.基本稳定.欠稳定.不稳定.釆空区场地稳定性评价()根据开釆条件判别法进行场地稳定性评价按照停采时间、开采方式、采深采厚比、覆岩性质等评价指标根据采掘平面图确定煤矿采空区稳定性等级开釆条件判别法稳定性评价见表 表 开釆条件判别法稳定性评价表工作面(煤矿)停采时间/年开采方式采深采厚比上覆岩层性质稳定等级.长壁式中硬覆岩不稳定 ()根据地表变形预测法进行场地稳定性评价根据采空区处地表移动变形剩余值评价场地稳定性具体见表 表 采空区处地表移动变形剩余值评价场地稳定性表变形指标剩余空隙率/剩余下沉量/剩余倾斜值/(/)剩余水平变形值/(/)剩余曲率值/(/)稳定等级.不稳定.釆空区路基工程危害程度评价该工程涉及的快速通道为甲级道路遵照现行公路路基设计规范()中第.条针对该段道路在设计使用年限内出现的剩余沉降(即施工完成后的沉降)提出如下标准限值:靠近桥梁部分的基础沉降要求控制在.内对于涵洞或箱式通道区域沉降限度为.而道路区域的沉降则通常限制在.内 同样在采空区公路设计与施工技术细则(/)表.中对已开采区域内的甲级道路地基所允许的变形指标也做出明确限定其中倾斜度 宜./水平位移 宜 ./曲率 宜./根据以上标准及采空区剩余变形值计算结果对采空区路基的稳定性评价见表 表 采空区路基稳定性评价表变形指标剩余下沉量/剩余倾斜值/(/)剩余水平变形值/(/)剩余曲率值/(/)工程类型是否满足工后沉降是否满足容许变形值危害危害程度.一般路基否否严重 釆空区处治方案.防治等级与标准.防治工程等级根据采空区公路设计与施工技术细则(/)规定须对高速公路路基采取二级保护措施 同时按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范要求应将高速公路列入一级保护区域 综合分析确定该项目保护等级为一级.采空区治理工程设计选取标准公路路基设计规范()和采空区公路设计与施工技术细则(/)对采空区公路地表容许变形值的规定如表 所示表 公路采空区地表变形容许值表规范地表倾斜/(/)水平变形/(/)地表曲率/(/)公路路基设计规范采空区公路设计与施工技术细则路基简支结构桥梁非简支结构桥梁.根据上述规定选取路基采空区治理设计标准如下:倾斜值 ./水平变形 /竖曲率 ./.采空区处治设计.处治方案 段煤矿采空区治理采用水泥粉煤灰浆液充填方案方案设计详见图 图.主要设计参数()注浆材料:应用于注浆工序的材料包括水泥、粉煤灰及各类添加剂等()水泥及粉煤灰混合液配比方案:水固比为北方交通 年 第 期图 采空区治理设计平面图 .依据实际注浆工况可调节混合液的稀稠度水泥占固相的 粉煤灰占固相的()注浆压力:需根据工地注浆实验确定并以地面不得隆起作为控制标准 注浆时施加的压力应控制在有效止浆段上部岩体自重的 倍范围内终孔压力不宜超过.路基下伏采空区注浆压力宜控制在.()浆液充填率:充填率规范取值范围为 在规范允许范围内路基取值为()浆液结石率:浆液结石率规范取值为 在规范允许范围内路基取值为 图 采空区治理设计断面图.治理范围()治理长度根据采空区公路设计与施工技术细则 第.条规定采空区的管理长度必须涵盖公路铺设路径上方实际采空区部分的长度也应包括地面岩石层变形影响角所涉及的周边区域计算示意图见图图 采空区处治长度计算示意图 段的采空区上部第四系地层移动角为 为.为注浆治理区治理长度具体见表 表 注浆治理区治理长度表治理区编号桩号范围治理段落公路轴向治理长度/层数治理深度/冒落带高度/裂隙带高度/注浆治理区 .合计 ()治理宽度根据采空区公路设计与施工技术细则相关公式进行计算采空区的治理宽度通常取路基宽度 维护带宽度具体见图 对于 段的采空区围护带宽度设定为 基于地质勘探结果采空区上部第四系地层移动角为 为.为详 年 第 期 贾 涛:北方某高速公路路基下伏采空区稳定性评价及处治方案研究见表 图 采空区处治宽度计算示意图表 治理区治理宽度表治理区桩号范围层数平均深度/围护带宽度/横向治理宽度/治理面积/注浆治理区 .合计.帷幕孔、注浆孔及检查孔布设()帷幕孔布设帷幕孔是采空区处理区域最外侧排列的一排孔孔间隔设定为 ()注浆孔布设填注浆孔的分布沿道路中央及两旁呈梅花形式排列注浆孔排距为 孔距为 ()检查孔布设为检查施工质量在治理区域内按照范围大小设置不同数量的检查孔()孔深钻孔深度取地表至采空区底部 以下位置治理区钻孔统计见表.采空区注浆量计算根据采空区公路设计与施工技术细则(/)规定确定采空区灌浆总需求表 治理区钻孔统计表治理区帷幕孔孔数/个总计/注浆孔孔数/个总计/注浆治理区.合计.量按照式 计算:总 ()式 中:总为采空区总注浆量 表示采空区治理面积()为浆液损耗系数取.为矿层平均采出厚度()为回采率()为采空区剩余孔隙率()为充填率()在 范围内选取此次取 为浆液结石率()需通过试验得出若缺乏试验数据可取值介于 为岩层倾角()经计算 路基段采空区注浆总量为 结论综上在公路路基采空区处治设计过程中应结合地质资料、采空区实际规模形态等因素对采空区进行稳定性评价 评价若为“不稳定”或“欠稳定”时应对采空区进行处治以保证高速公路安全 处治时应根据地质资料及相关规范计算选取合适的注浆孔深度及间距并准确计算注浆量参考文献 杨加发陈海.某高速公路采空区稳定性分析及治理研究.交通科技():.冯兴亮曹小亮.某高速公路采空区稳定性综合评价及治理方案研究.公路():.韩余成.张双楼煤矿采空区路段公路场地稳定性分析.山东煤炭科技():.粟双全涂治军.高速公路采空区路段路基稳定分析.湖南交通科技():.(.)(下转第 页)北方交通 年 第 期泥掺量为.()厂拌乳化沥青冷再生混合料与热拌混合料的疲劳性能和抗裂性能基本相当可用于路面基层参考文献 王瑞远齐兴强刘鸿鹄等.基于性能试验的厂拌冷再生中长期使用性能研究.北方交通():.胡艳民.乳化沥青冷再生混合料配合比设计研究.北方交通():.郝林王文路吴建灵等.乳化沥青冷再生混合料成型方法优化研究.公路():.户桂灵韦金城韩文扬等.乳化沥青冷再生混合料动态模量预估模型构建.公路工程():.郭天星金芳杨鸿利.乳化沥青冷再生混合料早期强度影响分析.交通节能与环保():.秋阿恒.泡沫沥青冷再生混合料抗反射裂缝性能研究.路基工程():.王秋平.在役乳化沥青冷再生路面与冷再生混合料性能衰变规律.公路交通科技():.黎晓梁乃兴程志豪.三参数 分布估计沥青混凝土疲劳失效研究.重庆交通大学学报(自然科学版)():.(.).:.(上接第 页).年 第 期 崔鹏举:路面基层厂拌冷再生混合料配合比设计与性能研究