公路工程采空區(qū)地質(zhì)勘察手冊

公路工程采空區(qū)地質(zhì)勘察手冊1《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》詳勘階段工程地質(zhì)勘察報告主要內(nèi)容1.1論證場地的工程地質(zhì)條件、采空區(qū)的基本特征、變形特點和變形發(fā)育階段，評價采空區(qū)不同地段的穩(wěn)定條件、變形規(guī)律及其對公路工程的危害程度。1.2論證由于采空區(qū)地表塌陷引起的斜坡失穩(wěn)、山體崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象對公路路基、橋梁、隧道及其它人工構(gòu)造物的危害，并提出防治措施。1.3確定公路壓礦數(shù)量，提出將來開采礦體應(yīng)采取的工程保護措施，或?qū)σ延薪ㄖ飸?yīng)采取的保護措施。2《巖土工程勘察規(guī)范》2.1對采空區(qū)和未來采空區(qū)，應(yīng)通過計算預(yù)測地表移動和變形的特征值，計算方法可按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（煤管字（2000）81號）執(zhí)行。2.2下列地段作為建筑場地時，應(yīng)評價其適宜性：①采空區(qū)采深采厚比小于30的地段；②采深小，上覆巖層極堅硬，并采用非正規(guī)開采方法的地段；③地表傾斜為3～10mm/m，地表曲率為0.2～0.6mm/m2或地表水平變形為2～6mm/m的地段。3《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》有關(guān)規(guī)定3.1礦區(qū)建（構(gòu)）筑物保護煤柱等級劃分Ⅰ級高速公路、國家一級鐵路、一等火車站、機場跑道、高層住宅樓······Ⅱ級一級公路、國家二級鐵路、二等火車站、立交橋······Ⅲ級國家三級鐵路、三、四等火車站······Ⅳ級農(nóng)村木結(jié)構(gòu)承重房屋、簡易倉庫等，工礦企業(yè)專用鐵路（一、二、三級）3.2建（構(gòu)）筑物各保護等級煤柱的圍護帶寬度保護煤柱等級ⅠⅡⅢⅣ圍護帶寬度（m）20151053.3確定建筑物保護煤柱的允許地表變形值采用下列數(shù)值傾斜i＝±3mm/m曲率k＝±0.2×10－3m水平變形ε＝±2mm/m3.4“第四章鐵路保護煤柱留設(shè)與壓煤開采”中的有關(guān)規(guī)定3.4.1必須在礦井、水平、采區(qū)設(shè)計時確定保護煤柱的鐵路線路和與其配套的建（構(gòu)）筑物為：①國家一、二、三級鐵路：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比小于60；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于80。薄煤層煤層厚≤1.3米中厚煤層煤層厚1.3～3.0/3.5米厚煤層煤層厚＞3.0/3.5米②工礦企業(yè)專用鐵路：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比小于40；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于60。③鐵路隧道。④全長大于20米的鐵路橋。⑤一、二級鐵路線上的一、二等鐵路車站。⑥目前條件下采用改道或不留設(shè)煤柱方法處理在技術(shù)上不可能或經(jīng)濟上不合理的鐵路線路或其他建（構(gòu)）筑物。⑦有嚴(yán)重滑坡危險而又難以處理的鐵路線路。3.4.2上述各類鐵路保護煤柱，在其條件符合下列規(guī)定時，允許進行開采或試采①允許采用全部跨落法進行開采，如表3-1。如表3-1類別薄及中厚煤層的采深與單層采厚比厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比國家三級鐵路≥60≥80工礦企業(yè)專用鐵路≥40≥60②允許采用全部跨落法進行試采，如表3-2。表3-2類別薄及中厚煤層的采深與單層采厚比厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比一級鐵路≥150≥200二級鐵路≥100≥150三級鐵路≥40、<60≥60、<80工礦企業(yè)專用鐵路≥20、<40≥40、<60③鐵路下采煤時，即使采深采厚比符合①、②條規(guī)定，其最小深度中的基巖厚度必須大于跨落帶厚度。4《高速公路采空區(qū)（空洞）勘察設(shè)計與施工治理手冊》有關(guān)規(guī)定4.1采空區(qū)類型4.1.1按采煤深厚比分類①淺層采空區(qū)開采深厚比（h/m）小于40的采空區(qū)。②中深層采空區(qū)開采深厚比大于40、小于200的采空區(qū)。③深層采空區(qū)開采深厚比等于或大于200的采空區(qū)4.1.2按煤礦采空區(qū)形成和停采的時間分類①新采空區(qū)現(xiàn)采區(qū)的采空區(qū)（采煤后未放頂或剛房頂?shù)牟煽諈^(qū)）。地表移動、變形尚未發(fā)生或正在發(fā)生過程中；或位于正在采煤的采區(qū)、采煤工作面近旁的采空區(qū)，已放頂，地表移動、變形和移動盆地正在發(fā)生、發(fā)展中。②老采空區(qū)已停采閉礦的礦區(qū)或已停采的采空區(qū)（或指新采空區(qū)以前的采空區(qū)）。地表移動、變形和移動盆地等已形成并趨于穩(wěn)定的采空區(qū)。4.2地表移動變形①地表移動;②地表移動盆地;③移動盆地主剖面。地表移動變形指標(biāo)：地表下沉地表移動的垂直分量地表水平移動地表移動的水平分量地表傾斜地表兩相鄰點下沉值之差與其水平距離的比值地表水平變形地表兩相鄰點的水平移動值之差與其水平距離的比值4.3覆巖采動破壞的垂直分帶自上而下(地表松散層沉陷變形帶)彎曲帶斷裂帶（裂隙帶）跨落帶（冒落帶）跨落帶（冒落帶）、斷裂帶（裂隙帶）、彎曲帶簡稱“三帶”。4.4公路采空區(qū)（空洞）勘察技術(shù)①工程地質(zhì)調(diào)繪②工程物探③工程鉆探④原位測試及室內(nèi)試驗⑤高精度變形觀測⑥資料整理及報告編制采空區(qū)工程地質(zhì)條件分析；采空區(qū)范圍及“三帶”劃分；采空區(qū)穩(wěn)定性分析評價；采空區(qū)治理方案建議。4.5公路采空區(qū)（空洞）地表的穩(wěn)定性評價4.5.1評價標(biāo)準(zhǔn)公路采空區(qū)地表穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)開采方法確定。①對于壁式陷落法開采的采區(qū)中部和超充分采動區(qū)以及其他便于進行地表移動預(yù)計的采空區(qū)，地表的穩(wěn)定性應(yīng)按擬建公路及其附屬建（構(gòu)）筑物的允許變形值確定：a.如果預(yù)計公路路基建成時的地表移動變形值小于公路的允許移動變形值，則地表屬穩(wěn)定型，采空區(qū)不經(jīng)治理即可進行公路建設(shè)；b.如果預(yù)計公路路基建成時的地表移動變形值大于公路的允許移動變形值，則地表屬不穩(wěn)定型，采空區(qū)必須經(jīng)過適當(dāng)治理之后方可進行公路建設(shè)；c.山地采空區(qū)的穩(wěn)定型除按地表預(yù)計的移動變形值判定外，還應(yīng)按預(yù)測采動坡體的穩(wěn)定性進行判定：如預(yù)測采動坡體不會發(fā)生滑坡或坍塌，則坡體不需治理；如采動坡體可能發(fā)生滑坡或坍塌，則不僅要治理采空區(qū)，還要治理采動坡體，否則不能進行公路建設(shè)。②如果工程期限允許，對于壁式陷落法開采或經(jīng)特殊設(shè)計開采的采空區(qū)中部和充分采動區(qū)，也可通過一年以上高精度沉降觀測確定其地表的穩(wěn)定性：a.如果采空區(qū)地表沉降量小于24mm（年平均沉降速度小于0.066mm/d），則地表屬于穩(wěn)定型，采空區(qū)不經(jīng)治理即可進行公路建設(shè)；b.如果采空區(qū)地表沉降量大于24mm（年平均沉降速度大于0.066mm/d），則地表屬于不穩(wěn)定型，采空區(qū)必須經(jīng)過適當(dāng)治理之后方可進行公路建設(shè)。③對于古窯采空區(qū)、不規(guī)則的柱式采空區(qū)以及長壁陷落法采空區(qū)的邊緣區(qū)和其他難以進行地表移動預(yù)計的采空區(qū)或地下空洞去，其地表的穩(wěn)定性應(yīng)按采空區(qū)的開采條件、停采時間（地下空洞的形成時間）和開采深厚比（地下空洞的深高比）等因素確定：a.停采5年以上，周圍無新的開采擾動，開采深厚比大于200；或開采厚度小于1m的薄礦層開采深度大于200m的采空區(qū)，其地表應(yīng)屬于穩(wěn)定型，采空區(qū)不治理即可進行公路建設(shè)；b.停采3～5年，開采深厚比40～200，或薄礦層開采深度100～200m的采空區(qū)，其地表為過度穩(wěn)定型，采空區(qū)應(yīng)在勘察、評價的基礎(chǔ)上重點治理后方可進行公路建設(shè)；c.停采時間少于3年，或停采3年以上又有新的開采攏動，開采深厚比小于40，或薄礦層開采深度小于100m的采空區(qū)，其地表屬不穩(wěn)定型，采空區(qū)必須經(jīng)過適當(dāng)治理之后方可進行公路建設(shè)。4.5.2公路采空區(qū)允許地表移動變形值①水平長度允許變形值，簡稱水平變形（ε）ε≤±2.0（mm/m）②垂直剖面允許變形值，包括傾斜（ｉ）和曲率（ｋ）ｉ≤±3.0（mm/m）ｋ≤±0.2（10-3/m）4.6采空區(qū)評價和治理類級4.6.1采空區(qū)評價類型①簡易評價類型：條帶法或填充法等特殊開采的采空區(qū)。此類采空區(qū)只需搜集有關(guān)開采設(shè)計、開采實施、地表移動觀測和采動損害狀況等資料進行簡易評價，說明地表穩(wěn)定狀況。②一般性評價類型：長壁陷落法一般平地采空區(qū)。地形、地質(zhì)和采礦資料較為齊全，精度較高，評價的理論、方法和在數(shù)也較完善，在而評價難度不大，但評價工作量較大，評價精度相對較高。③難度較大評價類型：短邊陷落法一般平地采空區(qū)。地形、地質(zhì)和采礦資料的完備性和精度較差，評價的理論、方法和參數(shù)也不夠完善，評價的難度和工作量略大于二類，評價精度也略低。④難度很大的評價類型：柱式采空區(qū)及山地和特殊地質(zhì)條件采空區(qū)。地形、地質(zhì)和采礦資料不全，精度不高；或評價的理論、方法和參數(shù)可靠性較差，評價精度相對較低。4.6.2采空區(qū)治理等級一級：地表穩(wěn)定性可靠的采空區(qū)。地不空洞率極小，或地下空洞對地表穩(wěn)定性不構(gòu)成危害，一般不需采取專門治理措施。二級：地表穩(wěn)定性不很可靠的采空區(qū)。地下空洞率雖然較小，都對地表穩(wěn)定性有一定影響，需要采取專門治理措施，但治理難度和工作量相對較小。三級：地表穩(wěn)定性較差的采空區(qū)。地下空洞率較大，對地表的穩(wěn)定性會構(gòu)成一定危害，需要采取專門的治理措施，治理的難度和工程量均較大。四級：地表穩(wěn)定性很差的采空區(qū)。地下空洞率很大，或覆巖采動破壞嚴(yán)重，地表穩(wěn)定性很差，需要采取專門治理措施，且治理的難度和工程量都很大。4.7采空區(qū)地表穩(wěn)定性判別4.7.1按礦層開采深厚比(h/m)或開采深度①采空區(qū)覆巖下部冒裂垂高水平～傾斜煤層Hli=急傾斜煤層Hli=水平煤層——煤層傾角≤15°傾斜煤層——煤層傾角＞15°≤45°急傾斜煤層—煤層傾角＞45°M——單層開采的采厚或多層開采的累計采厚（m）h—階段垂高（m）a、b、c——系數(shù)，均與覆巖物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，可按表41取值。表4-1覆巖分類覆巖性質(zhì)水平傾斜煤層急傾斜煤層巖性單向抗壓強度(MPa)abcabc堅硬巖石英砂巖、石灰?guī)r、礫巖40～801.22.0±8.94.1133±8.4中硬巖砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖20～401.63.6±5.57.5293±7.3較弱巖砂質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖10～203.15.0±4.0極軟弱巖風(fēng)化泥巖、粘土、砂質(zhì)粘土<105.08.0±3.0---②地表裂縫垂深實際量測。通常、松散層裂縫帶垂深Hd為2～10米；大同礦區(qū)堅硬巖層切冒發(fā)生的地表大裂縫垂深可達20米。③采空區(qū)地表建筑物加載安全開采深度在已經(jīng)穩(wěn)定的采空區(qū)地表新建建載物加載之后，不致引起采空區(qū)覆巖和地表重新移動而導(dǎo)致地基失穩(wěn)，即為采空區(qū)建筑物安全加載，相應(yīng)的開采深度稱為采空區(qū)地表建筑物加載安全開采深度。a、長壁陷落采空區(qū)建筑物加載安全深度Ha可向下列公式計算：Ha≥Hli+Ｈd+Hj+Hy(m)式中：Hli—垮裂帶高度（m），一般小于開采厚度的20倍。Ｈd—地表裂縫帶深度（m）,一般不超過10米。Hj—建筑物基礎(chǔ)深度（m），一般不超過10米Hy—建筑物加戴對地基的擾動深度（m），一般不超過10米。通常認(rèn)為，長壁隔落法開采深度比等于或不大于40米時，公路建筑物在穩(wěn)定采空區(qū)地表加載是安全的，即不會導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖層和地表移動活化而失穩(wěn)；柱式或其他開采方式形成的跨裂高度和地表裂縫垂深小于長壁陷落采空區(qū)，因而取等于或大于40倍采深作為建筑物加載臨界深度也是安全的。b、巷柱式采空區(qū)地表建筑物加載的臨界安全深度Ha也可按采空區(qū)覆巖極限平衡狀態(tài)導(dǎo)出：設(shè)B—采空區(qū)寬度（m）γ—上覆巖層加權(quán)平均容重（t/m3）Ｃ—上覆巖層加權(quán)平均內(nèi)聚力（t/㎡）φ—上覆巖層加權(quán)平均內(nèi)摩擦角μ—上覆巖層加權(quán)平均泊松比Ｒ0—建筑物對地基的單位面積荷載（t/㎡）則，按平面問題導(dǎo)出的采空區(qū)地表建筑物加載臨界安全深度為：1）對于松散巖體Ha≥若不考慮內(nèi)聚力C，則為：Ha≥２）對于彈性巖體Ha≥若不考慮內(nèi)聚力C，則為：Ha≥c、殘余移動初期采空區(qū)地表建筑物安全開采深度△wj殘余移動期極限下沉量，約為采厚的20～30%取大值則：△wj≈ＭＭ—煤層厚度在水平～緩傾斜充分開采條件下，殘余傾斜（△ij）、曲率（△ｋj）和水平彎形（△εj）根限可仿照率最大變形值計算公式為：△ij≈△ｋj≈1.52△εj≈1.52b這些計算值若小于4.5.2規(guī)定，則認(rèn)為是安全的。一般情況下，中硬覆巖長壁陷落法開采移動延續(xù)期的最大下沉量（wfm）約為采原的70～80%4.7地表移動變形預(yù)估根據(jù)準(zhǔn)采區(qū)（開采前）和采空區(qū)（開采后）的種類型，對長壁式陷落法開采或輕正規(guī)設(shè)計的條帶或房柱式開采的地表穩(wěn)定性進行評價。預(yù)估計算內(nèi)容同4.2，方法見該書有關(guān)章節(jié)，此處從略。4.8采空區(qū)（空洞）治理方法①、注漿法②、非注漿法a、干砌法b、漿砌法c、開標(biāo)回填法d、橋跨法5《鐵路工程地質(zhì)手冊》5.1小型采空區(qū)的穩(wěn)定性評價①頂板穩(wěn)定性計算式中：H0—當(dāng)H（頂板厚度m）大到某一深度時，頂板上方巖層的自拱力恰好能保持自然平衡（Q＝0，Q為巷道單位長度頂板上所受的壓力(kN/m2/m)而不塌陷，這時的稱為臨界深度0）—巷道寬度（m）—巖層內(nèi)摩擦角（°）②也可參照巖溶區(qū)溶洞頂板安全厚度評價中的方法進行分析、計算確定頂板臨界安全厚度。③地基穩(wěn)定性計算－當(dāng)建筑物已修建于小型采空區(qū)影響范圍以內(nèi)時用：