高速公路大橋下伏采空區(qū)形變監(jiān)測分析★

王 冠 儒

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

·橋梁·隧道·

高速公路大橋下伏采空區(qū)形變監(jiān)測分析★

王 冠 儒

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

通過在采空區(qū)上部區(qū)域布設變形監(jiān)測網(wǎng)，以監(jiān)測高速公路建設到運行期間采空區(qū)及大橋基礎的活動，分析注漿減沉后采空區(qū)殘余移動變形的實測數(shù)據(jù)及注漿減沉效果，研究采空區(qū)殘余移動變形對地表及大橋的安全穩(wěn)定性影響。

高速公路，采空區(qū)，殘余移動，變形監(jiān)測，注漿減沉

0 引言

隨著我國高速公路的快速發(fā)展,越來越多的工程不可避免的要經(jīng)過煤礦采空區(qū)，特別是山西這樣的煤炭大省。一般來說，通常在開采過程中采空區(qū)上覆巖層產(chǎn)生不均勻的沉降變形,會造成高速公路橋梁路面錯落起伏、開裂，橋梁墩臺產(chǎn)生大變形等破壞現(xiàn)象;工作面停止開采1年～2年的穩(wěn)定期后，采動地表還有殘余移動變形。近年來采空區(qū)地表建筑實踐表明，如果采空區(qū)和其上方建筑物基礎和結(jié)構(gòu)不采取特殊處置和加固措施，一定條件下的殘余變形對建筑物可能造成損害。特別是高速公路大橋，采空區(qū)殘余移動變形會對其正常的運營、養(yǎng)護和維修構(gòu)成嚴重的安全隱患和潛在危害。因此在青銀高速公路主干線山西段某大橋下采空區(qū)采用全充填壓力注漿法，將水泥粉煤灰漿液通過壓漿泵、注漿管注入采空區(qū)及其上覆巖體裂隙中，漿液經(jīng)過固化，膠結(jié)巖層裂隙帶，同時在該段采空區(qū)上方區(qū)域布設變形監(jiān)測網(wǎng)，以監(jiān)測高速公路通過注漿減沉處治后，地表殘余移動變形對高速公路建設到運行期間地基穩(wěn)定及路基安全的影響。

1 移動變形監(jiān)測點的布設方案

為了解采空區(qū)殘余移動變形對地表及大橋的影響，在大橋受影響范圍的一礦12406采空區(qū)和二礦1349采空區(qū)上方共布設11個觀測點,其中4個觀測點布置在采空區(qū)上方，兩采空區(qū)的中間布設3個監(jiān)測點，在高速公路大橋的2號、3號和4號橋墩上各布一個監(jiān)測點，其中4號橋墩在12406工作面上方，2號、3號橋墩在12406采空區(qū)和1349采空區(qū)中間。為了反映注漿減沉的效果，所以部分監(jiān)測點布置在采空區(qū)注漿區(qū)域內(nèi)，另一部分測點布置在采空區(qū)沒有注漿的區(qū)域內(nèi)。各監(jiān)測點的布點位置情況見圖1。

2 移動變形觀測

考慮到山區(qū)地形的具體觀測方法和精度，地表移動變形觀測采用Leica TC402兩秒級全站儀進行，觀測方法和精度按《工程測量規(guī)程》《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》及有關(guān)技術(shù)設計要求。

初始觀測于2006年2月27日進行。2007年4月19日進行了第二次觀測，2009年3月14日進行了第三次觀測，2009年3月28日進行了第四次觀測。

3 觀測結(jié)果對比分析

在開采沉陷中主要是分析下沉和水平移動值，其他三個變形值都是這兩個移動量的一階、二階導數(shù)，為此采空區(qū)地表殘余移動變形也主要分析殘余下沉和殘余水平移動這兩個移動量。

對各監(jiān)測點的三維觀測成果進行整理、計算，經(jīng)檢驗無誤后，計算出各觀測點的下沉值和水平移動值。

3.1監(jiān)測點沉陷狀況分析

一二期高程觀測結(jié)果對比分析：高程變化最大的為監(jiān)測點4，兩次差值為+19 mm，最小的為Z1點，其差值為-1 mm，平均為+8 mm。高速公路大橋的2號、3號和4號橋墩監(jiān)測點高程差值分別為：+7 mm，+8 mm，+3 mm。

一三期高程觀測結(jié)果對比分析:監(jiān)測點6高程變化最大，其差值為+25 mm，最小為Z1點，其差值為+1 mm，平均為+12 mm。大橋的2號,3號和4號橋墩監(jiān)測點高程差值分別為：+10 mm，+12 mm，+8 mm。

一四期觀測高程對比分析:高程變化最大的為監(jiān)測點5，其差值為+26 mm，最小為Z1點，其差值為+6 mm，平均為+15 mm。大橋的2號、3號和4號橋墩監(jiān)測點高程差值分別為：+13 mm，+10 mm，+7 mm。

各監(jiān)測點位每次觀測時高程變化有大有小，基本上都是正值(Z1點，其差值為-1 mm)，不過都在誤差允許的范圍之內(nèi)。

綜合所有監(jiān)測點的高程觀測數(shù)據(jù)的變化，雖然都不同程度地表現(xiàn)為整體下沉的現(xiàn)象，但這并不能表示都是殘余地表的下沉值。其一可能為測量觀測誤差所致，二是高速公路大橋運載荷車輛不斷作用等。即使有剩余的殘余沉降也是微量的，不會對高速公路大橋的穩(wěn)定性造成威脅。

3.2監(jiān)測點水平移動分析

一二期監(jiān)測點水平移動分析：前兩期觀測各監(jiān)測點的坐標對比情況可以看出，各監(jiān)測點X坐標差值最大為+23 mm(非注漿監(jiān)測點7)，最小為0 mm(監(jiān)測點6和橋墩4)；Y坐標差值最大為+27 mm(監(jiān)測點5)，最小為-1 mm(監(jiān)測點7)。

一三期監(jiān)測點水平移動分析：從第一三期兩次觀測各監(jiān)測點的坐標之差來看，各監(jiān)測點X坐標差值最大為-28 mm(監(jiān)測點2)，最小為-5 mm(監(jiān)測點1)；Y坐標差值最大為-27 mm(監(jiān)測點6)，最小為-10 mm(監(jiān)測點4)。

一四期監(jiān)測點水平移動分析：兩次觀測各監(jiān)測點的坐標對比情況如下，各監(jiān)測點X坐標差值最大為-28 mm(監(jiān)測點4)，最小為+7 mm(監(jiān)測點1)；Y坐標差值最大為29 mm(非注漿監(jiān)測點3)，最小為-4 mm(Z1)。

從數(shù)值大小和符號上看，都在建筑物移動變形的容許值范圍。

每次觀測監(jiān)測點的平面坐標差值，符號上有正有負，數(shù)值也大小不一，符合誤差的基本特性，從而基本可以認為，所出現(xiàn)的差值為測量誤差項，不是地表水平移動的實際數(shù)值。

4 結(jié)語

從觀測數(shù)據(jù)整體上分析，后三期觀測結(jié)果與首次觀測結(jié)果的差值都在測量誤差范圍之內(nèi)，因而可以認為首次觀測到第二次觀測期間，以及至第三次觀測和第四次觀測期間地表均沒有發(fā)生移動變形，或者說下沉和水平移動很小，都在容許范圍之內(nèi)，不會影響高速公路大橋的安全正常運行;通過實測數(shù)據(jù)分析可知，采空區(qū)經(jīng)過注漿減沉處理后，可將地表殘余移動變形控制在容許范圍之內(nèi)，大大減少了地表移動變形對高速公路大橋的不良影響，為大橋的維護提供了資料依據(jù),對以后同類工程具有一定的參考意義。

[1] 喬志春，夏軍武，郭廣禮,等.老采空區(qū)上方大型工業(yè)建筑抗變形措施研究[J].中國礦業(yè)大學學報，1999,28(6)：593-596.

[2] 黃贛萍.高速公路路基采空區(qū)優(yōu)化處治設計及施工方法[J].公路工程，2012,37(5)：16-19.

[3] 國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程[Z].

[4] 白志輝，李 亮，陳冉麗,等.老采空區(qū)上方地基穩(wěn)定性及殘余變形規(guī)律研究[J].煤礦開采，2009,14(2)：39-41.

[5] 王 鵬，魏義強.離軍高速公路橋遂下伏采空區(qū)處置效果超聲波檢測研究[J].科學之友2010,1(2)：6-9.

Analysisondeformationmonitoringofthegoafunderthehighwaybridge★

WangGuanru

(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The activities of the goaf and the foundation of the bridge during the periods of construction to operation of the highway was predicted by the deformation monitoring network that layout above the goaf. From this, the paper analysis the grouting reduce effect and the measured data of the remained movement deformation in goaf after grouting, and research the security stability impact of the remaind movement deformation to the earth surface and the bridge.

highway, goaf, remained movement, deformation monitoring, grouting reduce

1009-6825(2017)32-0137-02

2017-09-02 ★：山西省應用基礎研究項目(201701D221025)

王冠儒(1966- )，女，碩士，高級實驗師

TD173

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