高速公路路基采空区稳定性分析与治理措施

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1、高速公路路基采空区稳定性分析与治理措施　　摘要：随着我国交通事业的发展，寻求精度高、系统性强、经济实用的煤矿采空区勘察与处置方法，直接关系到我国高等级公路的建设发展。如何对高速公路下伏的采空区进行稳定性分析和治理,是高速公路建设面临的重要课题。　　关键词：采空区；稳定性；评价；治理　　中图分类号：U416文献标识码：A　　引言　　在高速公路施工过程中，经常会遇到设计路基下方存在各种类型的空洞,如煤矿采空区等。这种地质病害常使路基失稳，造成路基、路面、桥梁涵洞等构造物的损坏，对公路工程危害极大。本文以国道109线（内蒙古）大饭

2、铺到东胜高速公路西段路基下煤矿采空区的稳定性分析和治理为基础，结合国内外不同行业采空区治理经验，对高速公路下的煤矿采空区稳定性分析与治理方法进行探讨，并提出经济实用合理的技术手段。　　一、采空区资料收集及稳定性评价　　收集、分析地质资料，掌握采空区形成的地质背景，重点了解各路线所通过采空区的基本地质特征、煤层赋存、开采情况和不同煤层的覆岩岩性特征。通过采矿历史调查，掌握线路走廊带影响范围内开采煤层的数量、厚度、埋深、产状、开采时间、采煤方式、顶板管理方法和覆岩性质。　　1.工程地质概况与采空区分布及特点7　　大（饭铺）东（胜

3、）高速公路通过的地区为内蒙古西部的丘陵地带，位于中生带鄂尔多斯盆地东部边缘，属于下、中侏罗统。下、中侏罗统的地区均有煤层分布，只是煤层层数、厚度和埋深不同而已。　　本区主要开采的煤层是早侏罗系中统东胜组第二岩段及下统延安组上部的一煤层，该煤层常分布在沟谷底部或河床部位，层厚2.5～4m。其顶板多为浅灰色细砂岩或砂质泥岩，厚20～50m。高速公路共有五段路基存在采空区，采空高度为3～4m，顶板厚度为20～30m，一层煤均已采空，并对部分矿柱进行回采。这些采空区的存在，无疑是路基稳定和将来高速公路运营的安全隐患。为了确保高速公路

4、工程质量和运营安全，对路基采空区的稳定性进行评估，并提出合理的处理措施。　　2.采空区稳定性评价　　由于高速公路涉及范围大，服务年限长，对路基的稳定性和变形有较高的要求。稳定性包括采空区岩体的力学特性等，与各种地质因素有关。当新建高速公路在采空区的影响范围内时，应根据采空区的埋深、范围和上覆岩层的性质等对采空区顶板和路基进行稳定性分析、评价，最终决定是否采取处理措施。　　3.理论分析　　该方法认为采空区开采前岩体内部应力是平衡的，而且存在垂直应力和水平压应力，矿层采空后采空区周围岩体失去支撑，围岩压力发生变化，采空区顶板某一

5、范围内的岩体在重力作用下具有向下移动的趋势。根据力的平衡原理，当达到平衡时采空区上覆岩层受采动影响的高度与采空区跨度之间存在如下关系式：7　　H。=α/[tan2(45-ø/2)tanø]（1）式　　式中，H。——采空区上覆岩层临界厚度（m）；　　α——采空区跨度（m）；　　ø——岩体内摩擦角（º）。　　比较采空区顶板埋藏深度H与临界深度H。，即可粗略地评价出顶板的稳定性。　　当：H1.5H。时，顶板稳定。　

6、　勘探结果表明，几何采空区埋藏情况与围岩（炭质砂岩、泥岩）力学参数见表下：　　　　　　　　由式（1）可得：　　采空区H。=α/[tan2(45-ø/2)tanø]=20/tan2(45-40/2)tan40=109.6m　　显然H

7、法或深桩基局部支撑覆岩、开挖回填法、片石回填法等，其中以注浆法为主。　　高速公路工程有其自身特点与要求，如公路工程为线形条带状工程；路堤属于柔性基础承受路身荷载；不均匀沉降量容易造成路基、路面结构开裂等。考虑高速公路工程的特点与要求，选择原则和技术规范有区别。　　1.高速公路路基采空区处理可以分四类解决方法　　第一类是针对路堤采取措施，按照柔性原则、刚性原则或综合措施提高路堤抗变形能力；第二类是桥跨或板跨法通过采空区，此法造价较高，较少采用；第三类是释放采空区沉降潜力，可以采用爆破法，堆载预压法，或高能级强夯法，水诱导沉降法

8、等，主要是针对浅部采空区；第四类是针对采空区进行加固处理，可细分为全充填注浆加固法，或注浆加固采空区围岩结构或局部支撑加固法，因其安全性较高，工程造价相对较低，故国内外常采用此法来处理采空区。　　1.1采空区加固机理的分类　　1.1.1支撑式加固法。与煤柱支撑式开采的原理相同，包括注浆柱、