山區(qū)公路下伏淺層小窯采空區(qū)綜合勘察技術研究

左虹俊 查俊 林武翀

摘要：文章在山區(qū)公路下伏淺層小窯采空區(qū)勘察中引入無人機三維空間勘察技術，提出“上觀下校，由體到面、由面到點，由地面到地下，先大局后細節(jié)”的多層次立體式綜合勘察理念，制定出該方法的邏輯框架表和技術流程圖，并在某公路采空區(qū)專項勘察中應用該綜合勘察方法，查明其屬性、工程地質條件、變形和物探特征等，進行穩(wěn)定性分析，可為類似項目提供參考。

關鍵詞：采空區(qū);多層次立體式綜合勘察;邏輯框架;工程地質條件;穩(wěn)定性評價

中圖分類號：U412.2 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.015

文章編號：1673-4874（2019）10-0051-04

0引言

隨著國民經濟的高速發(fā)展，公路建設突飛猛進，越來越多的公路工程遇到下伏淺層小窯采空區(qū)問題。這些采空區(qū)多分布不規(guī)則，開采年代久遠，開采方式簡單，頂板管理不善，無資料可查，勘察難度很大。另外，公路跨越采空區(qū)易出現不均勻沉降、開裂、塌陷、滑塌等地質災害，其治理費用巨大，對路基運營安全也有重大影響。制定有效的采空區(qū)勘察方法、提高勘察精度已成了迫在眉睫需要解決的難題。

1基于邏輯框架法的采空區(qū)多層次立體式綜合勘察技術

邏輯框架法是一種用于設計、計劃和評估的思維方法，它用一張框架圖來清晰地分析一個復雜項目的內涵和各種邏輯關系，廣泛用于項目分析、規(guī)劃、過程管理等領域。

目前國內采空區(qū)主要采用工程地質調繪、工程物探、鉆探、原位測試、變形觀測相結合的勘察方法。如何結合及其工作流程、邏輯關系，相關規(guī)范并沒有明確說明，因此造成了現階段各種方法組合上的混亂，相互協調解決問題能力不強，勘察結果出現錯漏和偏差，影響設計成果。找出各方法的內在邏輯關系，制定相匹配的勘察流程至關重要。本文在現有綜合勘察方法的基礎上，引進無人機三維空間勘察技術，提出“上觀下校，由體到面、由面到點，由地面到地下，先大局后細節(jié)”的多層次立體勘察理念，結合工程實際制定出采空區(qū)綜合勘察技術的邏輯框架表（見下頁表1）和技術流程圖（見下頁圖1），闡述了各種勘察方法的內在邏輯關系，為同一個目標，將各種勘察手段有機統(tǒng)一起來，相互印證，環(huán)環(huán)相扣，從點面、空間形態(tài)各層次入手，最終形成了一個更完善、更符合認識規(guī)律的綜合勘察技術方法。采用這種綜合立體勘察方法能很好地解決采空區(qū)這一勘察難題，具有很好的推廣前景。

2 采空區(qū)綜合勘察實例

2.1擬建項目概況

某公路工程長約14km，寬40m。K4+600-K6+280段穿越采空區(qū)。

2.2 采空區(qū)屬性特征

采空區(qū)平面如圖2所示，長約1700m，寬約100-500m，總面積約41萬m，中間地形較平坦區(qū)約21萬m。采空區(qū)開采起于20世紀70年代終于90年代，以明挖為主，巷道為輔，分布無規(guī)律，開采面積較大。煤層呈多層分布，采深采厚比一般為2-8;巖層產狀200°∠15°-25°;頂板一般簡單支護，任其自由跨塌，屬淺層小窯采空區(qū)。

2.3 采空區(qū)工程地質條件特征

2.3.1 地形地貌

采空區(qū)屬壟崗微丘地貌單元，原始地貌呈波狀起伏的壟崗及崗間洼地。K4+660-K4+750、K5+000-K5+400、K5+460-K5+800、K5+890-K5+280段位于盆地中間區(qū)，地形較平坦，其四周為內、外邊緣區(qū)，現狀多為陡坎。

2.3.2 地層巖性及地質構造

采空區(qū)分布有填土、黏土、那讀組泥巖夾粉細砂巖、煤層。從新至老描述如下：

第四系人工填土層①（Q）：雜色，稍濕，稍一中密狀，以黏性土為主，含少量泥巖、粉砂巖塊及煤塊，均勻性差，未經輾壓，層厚6-25m。實測標貫擊數3-19擊，平均8.9苗，主要分布于盆地中間區(qū)，具有中等膨脹性。

第四系殘坡積黏土層③（Q）：黃褐色，硬塑狀，層厚1.4-4.5m，具中壓縮性，主要分布于盆地邊緣的壟崗上，具強膨脹性。

古近系漸一始新統(tǒng)那讀組泥巖夾泥質粉砂巖（En）：灰黃色、灰綠，泥質結構，薄一中厚層狀，易崩解開裂，具強膨脹性，巖質極軟。

煤層⑦：黑色，質地疏松，有輕微染手現象，厚0.50-6.30m.

采空區(qū)位于區(qū)域性深大斷裂南側，最近距離約2.0km。

2.3.3 水文地質特征

采空區(qū)在K4+960右側、K5+020-K5+060右側、K5+540左側等處有采坑積水塘。根據鉆孔揭露，采空區(qū)無統(tǒng)一地下水位，局部存在上層滯水。

2.4采空區(qū)變形特征

采空區(qū)地表變形特征主要表現在地表陷坑、裂縫，臺階、地表移動盆地及邊坡變形、滑塌以及采空區(qū)內的豬場及工棚出現縱橫向裂縫、位錯、隆起破壞。K5+100-K5+240左側、K5+460-K5+520段、K5+700-K5+900段出現坑壁裂縫、變形垮塌。

2.5采空區(qū)物探特征

在古窯及近代小型采空區(qū)勘察中，采用地震映像法可取得很好的探測效果。本采空區(qū)采用了高密度電法和地震映像工作相結合的物探方法，效果明顯，其成果顯示：K5+044-K5+070（如圖3-4所示）、K5+585-K5+607、K5+690-K5+720三段曲線頻率變低，結合其鉆探成果，推斷這些地段下伏老巷道，且已坍塌充填，形成采空擾動區(qū)，大致埋深約7-17m。

3 采空區(qū)穩(wěn)定性評價

公路路基下伏采空區(qū)的穩(wěn)定性評價是一個比較新的課題，沒有系統(tǒng)的研究成果，目前主要從變形特征、頂板巖性和松散層厚度及地表下沉指標評價判斷采空區(qū)路段路基的不穩(wěn)定性。由于路線位于影響范圍以內，頂板巖層的臨界深度由以下公式計算：

其中：B——巷道寬度（m），根據調查取巷道寬度2.5m;

P——路基基底單位壓力（kN/m），包括路基路面自重及動荷載換算壓力;

r——巖層重度（kN/m），巖土層取平均值20kN/m;

ψ——松散層移動角（°），取巖層內摩擦角20°。

根據工程地質縱剖面（見圖5），計算出K5+044-K5+070段下伏采空區(qū)頂板巖層臨界深度H=14.5m，而此處的巷道折算后埋深小于臨界深度，故地基不穩(wěn)定，需要進行工程處理。

4 結語

（1）在公路建設時，采空區(qū)已成為設計、施工中重要的影響因素，需要準確查明采空區(qū)的屬性、工程地質條件、變形和物探等地質特征。

（2）小煤窯古采空區(qū)多分布不規(guī)則，開采年代久遠，開采方式簡單、頂板管理不善、無資料可查，按以往以點帶面的勘察方法難以查清。

（3）在勘察中引入無人機三維空間勘察技術，提出“上觀下校，由體到面、由面到點，由地面到地下，先大局后細節(jié)”的多層次立體式勘察理念，制定出一套綜合勘察技術的邏輯框架表和技術流程圖。

（4）在某公路采空區(qū)勘察中應用多層次立體式綜合勘察技術，有效地查清了采空區(qū)的各類地質情況，進行了穩(wěn)定性分析，為治理設計提供了依據，取得了很好的勘察效果。