高速采空区专项勘察汇报材料课件

1、河南省交通规划勘察设计院有限责任公司河南省交通规划勘察设计院有限责任公司采空区概况介绍o add Title1采空区专项勘察2场地稳定性评价3采空区方案比选4采空区专项设计5问题与建议6科研与获奖71 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍 武陟至云台山高速公路武陟至云台山高速公路项目位于焦作市的修武县、武陟县境内，是河南省高速公路项目位于焦作市的修武县、武陟县境内，是河南省高速公路“十二五十二五”规划的重点工程规划的重点工程，河南省公路网的重要组成部分。项目顺接郑云高速公路桃花峪黄河大桥北接线，向北经修武东，终点接云台山景，河南省公路网的重要组成部分。项目顺接郑云高速公路桃花峪黄河大桥北接线，向

2、北经修武东，终点接云台山景区停车场，路线全长区停车场，路线全长36.93km。双向四车道高速公路，设计速度。双向四车道高速公路，设计速度100km/h，路基宽度，路基宽度26m。设研院设研院1 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍 工可和初设阶段基于对采空区场地准确评价，选取K线(工可线)、TK线、PK线进行同深度比较，布设SK线进行备选比较，最终推荐K+TK+K线方案，显著优化了路网线形指标，缩短了路线里程；充分利用采空区塌陷的低价值土地，减少了良田侵占，缩减了民房拆迁。采空区方面勘察与研究工作支撑选线设计充分实现了“因地制宜、保护环境、节约资源、安全可靠，技术经济指标合理，工程造价适中，社会

3、经济效益显著”路线设计理念。设研院设研院1 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍南水北调桥南水北调桥古汉山矿古汉山矿李固村李固村小凤凹老村小凤凹老村吴村矿吴村矿采空区段落采空区段落设研院设研院K30+950K31+700K32+950南水北调桥南水北调桥吴村矿吴村矿古汉山矿古汉山矿K31+5451 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍线路在K29+340-K32+950段存在古汉山与吴村煤矿的储煤区和采空区，其长度约3.610km。其中K29+340-K31+700段为焦作煤业集团有限责任公司古汉山矿，K31+700-K32+950为辉县市龙田煤业有限责任公司吴村矿井。其中K30+950-K31+

4、545，K31+700-K32+950段为采空区段，K31+545-K31+700为矿界保安煤柱。设研院设研院1 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍序序 号号起止里程起止里程段长段长所属矿所属矿区区类型类型煤层（采煤层（采空区）厚空区）厚度度煤层煤层（采空（采空区）顶区）顶部埋深部埋深开采方式开采方式地表变地表变形形目前生目前生产情况产情况1 1K29+340K29+340K30+950K30+95016101610古汉山古汉山矿矿储煤区储煤区5.05.05.65.6556556884884 无无未开采未开采2 2K30+950K30+950K31+150K31+150200200古汉山古汉山

5、矿矿采空区采空区5.05.05.15.1500500556556长壁全陷长壁全陷法法沉陷盆沉陷盆明显明显201020103 3K31+150K31+150K31+K31+545545395395古汉山古汉山矿矿采空区采空区5.05.05.15.1417417500500长壁全陷长壁全陷法法沉陷盆沉陷盆明显明显200820084 4K31+K31+545545K3K31 1+ +700700155155古汉山古汉山矿矿防水煤防水煤柱柱5.05.05.15.1417417420420 凸起明凸起明显显拟开采拟开采5 5K31+700K31+700K32+950K32+95012501250吴村矿吴

6、村矿采空区采空区2.02.05.85.8158158417417长壁全陷长壁全陷法法沉陷盆沉陷盆明显明显20082008 路区采空区分布一览表 K30+950 K30+950K32+950K32+950采空区长度总计约采空区长度总计约1.8451.845公里，该项目于公里，该项目于20132013年年6 6月月2929日完成初步设计批复日完成初步设计批复，初步设计批复处治费用预备金额，初步设计批复处治费用预备金额1 1亿元整。亿元整。设研院设研院1 1、采空区概况介绍、采空区概况介绍在采空区段落内主要构筑物有下穿赵固铁路通道，其余均为路基和小型涵洞通道。K33+065.5南水北调特大桥桥位在二

7、1煤露头线以外，桥下没有二1煤采空区赋存，桥下200米左右地层中有一2煤，整个矿层没有开采，现场地调未发现小窑开采的乱掘现象。序号序号里程里程结构物结构物采空区概况采空区概况1 1K29+408.000K29+408.0001-2.51-2.52.0m2.0m古汉山储煤区古汉山储煤区2 2K29+571.5K29+571.51 18.8m8.8m古汉山储煤区古汉山储煤区3 3K29+K29+665665.000.0001-1-m m钢筋砼圆管涵洞钢筋砼圆管涵洞古汉山储煤区古汉山储煤区4 4K K3030+ +101101.000.0001-6.01-6.04 4m m钢筋砼箱型通道钢筋砼箱型通

8、道古汉山储煤区古汉山储煤区5 5K30+K30+287287.000.0004.04.03.5m3.5m暗盖板涵洞暗盖板涵洞古汉山储煤区古汉山储煤区6 6K30+229.000K30+229.0001-2.51-2.52.0m2.0m钢筋砼箱型涵洞钢筋砼箱型涵洞古汉山储煤区古汉山储煤区7 7K30+418.000K30+418.0001-1-1.5m1.5mm m圆管涵洞圆管涵洞古汉山储煤区古汉山储煤区8 8K30+787.000K30+787.0001-6.01-6.03.5m3.5m钢筋砼箱型通道钢筋砼箱型通道古汉山储煤区古汉山储煤区9 9K31+26K31+261 1.000.0002-

9、13.352-13.357.47.4m m钢筋砼箱型框架钢筋砼箱型框架- -赵固铁路分交赵固铁路分交古汉山古汉山1010年二年二1 1煤采空区煤采空区1010K31+7K31+75151.000.0001-4.01-4.02 2.5m.5m箱型箱型通道通道古汉山古汉山1010年二年二1 1煤采空区煤采空区1111K31+K31+936.343936.3431-1-1.5m1.5mm m圆管涵洞圆管涵洞吴村矿吴村矿0808年二年二1 1煤采空区煤采空区1212K32+153.K32+153.9069061-4.01-4.03.5m3.5m箱型箱型通道通道吴村矿吴村矿0808年二年二1 1煤采空区

10、煤采空区1313K32+6K32+68282.0.023231-6.01-6.03.5m3.5m箱型箱型通道通道吴村矿吴村矿0808年二年二1 1煤采空区煤采空区设研院设研院2 2采空区专项勘察采空区专项勘察 2.1、勘察方法 采空区专项勘察工作合理有效地利用矿井地质资料，进行现场工程地质调绘、钻探、物探和地表变形监测等多种手段，进行综合勘察，着重将变形边界区作为勘察重点，准确查明煤矿采空区不良地质路段平面分布范围和垂相变化特点。矿井专项调查钻探物探变形监测设研院设研院 矿井专项调查地质深孔： CKZK1；CKZK2；CKZK3；CKZK4；CKZK5；CKZK6 ；勘探线：26；27；29；

11、一2煤底板等高线储量计算图；河南省修武县辉县焦作煤田古汉山井田精查地质勘探报告；南水北调工程压覆古汉山矿煤层底板等高线及资源储量估算图（图2）矿区井上井下对照图设研院设研院（a）K32+600吴村矿村民调查（b）K32+500吴村矿地表采空沉陷（c）K31+800小凤洼老村有裂缝老房 （d）K31+280古汉山采空区上运营的赵固铁路 钻探、物探 在收集资料、调查访问的基础上，布置了工程物探，物探工作主要布置于地面变形严重区，对物探异常点处布置钻孔对工程物探工作进行验证，钻机采用泥浆护壁，回转钻进工艺。钻孔定位测量采用GPS、水准仪等测量仪器测定。设研院设研院 变形监测 根据监测技术要求及现场情

12、况，变形观测点沿路线设计线布置，沿路线方向共布设5条监测线，分别在路线中心及两侧路肩、坡脚或堑顶， K30+800K31+550古汉山采空区段落按照150米间距布设监测点，K31+600K32+850段落按照50米间距布设监测点，同时在路线采空区段落两端边界外200米左右各布设3个控制点。结合现场地形及对后期施工的影响，共布设沉降变形监测点112个。监测项目监测项目监测量监测量备注备注监测控制点监测控制点7 7个个监测周期监测周期6 6个月，截止个月，截止5 5月月1 1日已经完成日已经完成7 7次监测次监测任务任务监测点监测点105105个个裂缝观测裂缝观测9 9条条设研院设研院1 1现场地

13、表变形水准观测及观测桩埋设示意图K30+920右80m 李固养猪场民房裂缝观测标示埋设及观测示意图 采空区地段工程地质剖面图2.2、地层岩性设研院设研院2.3、水文地质、构造、地震 采空区处地表呈缓坡状，地表未分布径流，地层地下水补给来源主要为大气降水和人工灌溉渗水。在地层中上部第四系和第三系地层以粉质黏土和卵石层为主，地下水类型属于松散岩类孔隙水。 采空区段落内地质结构体基本构造轮廓为向南东倾斜的单斜构造。地层产状走向北东向，倾向125133，平均倾向130，倾角1217，平均15，构造形式以断裂为主，局部出现小的绕曲。 项目区地震动峰值加速度为0.15g，主要场地类别为II类场地，地震动反

14、应谱特征周期为0.35s。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)，本地区抗震设防烈度为7，重要结构物提高一级设防。 。设研院设研院依据经验公式进行评价依据地形地质条件进行评价通过闭矿时间进行评价通过采深采厚比进行评价通过地表沉降监测进行评价场地稳定性综合评价3 3采空区场地稳定性评价设研院设研院3.1 依据经验公式进行评价序序号号里程里程上山剩上山剩余曲率余曲率（mm/mmm/m2 2）下山剩下山剩余曲率余曲率（mm/mmm/m2 2）上山剩上山剩余倾斜余倾斜（mm/mmm/m）下山剩下山剩余倾斜余倾斜（mm/mmm/m）上山剩上山剩余水平余水平变形值变形值(mm/m)(mm/m)下

15、山剩下山剩余水平余水平变形值变形值(mm/m)(mm/m)所有项目所有项目满足高级满足高级路面要求路面要求1 1K30+950K30+950K31+545K31+5450.01 0.01 0.01 0.01 1.10 1.10 1.51 1.51 0.50 0.50 0.69 0.69 是是2 2K31+700K31+700K32+950K32+9500.01 0.01 0.07 0.07 1.17 1.17 3.46 3.46 0.53 0.53 1.58 1.58 是是剩余道路变形值满足路面等级情况表设研院设研院3.2依据地形地质条件进行评价采空区地表沉陷地面线对比值（单位：m） 古汉山矿

16、采矿前后地面线对比示意图K31+000K31+200K31+400K31+600K31+800K32+000K32+200K32+400K32+600K32+800煤厚煤厚3.35.55.35.16.15.95.86.16.20.5开采厚开采厚度度2.974.954.7705.495.315.225.495.580沉陷量沉陷量-2.3-4.4-2.8-1.9-2.3-3.7-4.5-2.9-1.50设研院设研院3.3通过闭矿时间进行评价 K30+950K31+150段落依据井上下对照图，采空区形成年代为2010年，已停采3年，采深550500米之间，平均采厚3米，按照坚硬覆岩考虑，依据采空区公

17、路设计与施工技术细则（JTG/T D31-03-2011）中表4.2.1-1建筑场地属于稳定类型。K31+150K30+950段落采空区闭矿时间在20052008之间，停采5年以上，依据采空区公路设计与施工技术细则（JTG/T D31-03-2011）中表4.2.1-1建筑场地属于稳定类型。设研院设研院 采空区地表移动延续时间煤炭行业规程推荐公式：T=2.5H0（T为总移动延续时间H0为平均采深）吴村矿埋深158417米，T:1.102.89年古汉山矿埋深417556米，T:3.862.89年3.3通过闭矿时间进行评价设研院设研院3.4通过采深采厚比进行评价参考采空区公路设计与施工技术细则（J

18、TG/T D31-03-2011）中表4.2.1-4（上表），通过采深采厚比进行评价。古汉山矿K30+950K31+545深厚比83111，根据地质钻孔和剖面图确认上覆岩层以砂岩与泥岩互层为主，巨厚的上覆岩层属于中硬类别，古汉山矿采空区属于基本稳定类别。吴村矿K31+700K32+950深厚比3083，上覆岩层属于软弱类别，吴村矿采空区属于不稳定类别。不规则柱式采空区场地稳定性等级评价标准设研院设研院按地表沉降观测确定长壁式采空区场地稳定性等级评价标准3.5通过地表沉降监测进行评价表表4.2.1-34.2.1-3 按地表沉降观测确定长壁式采空区场地稳定性等级评价标准按地表沉降观测确定长壁式采空

19、区场地稳定性等级评价标准设研院设研院3.5通过地表沉降监测进行评价K30+800K31+500古汉山煤矿段落；埋深400500m，采厚36m，地表沉陷特征明显，该段落监测点月最大平均沉陷量-3.18mm，最大沉降变形监测点为J114号（K31267Z22），为11.15mm，小于规范3个月小于15mm稳定性判据标准；该采空区段落闭矿3年以上，残余沉降量规律性强，地表变形监测数据具有连续变化特征，由此推断半年沉降量19.08mm左右，仍然小于规范6个月小于30mm稳定性判据标准，可以判定为稳定建筑场地。设研院设研院3.5通过地表沉降监测进行评价该段落监测点月最大平均沉陷量-0.814mm，最大沉

20、陷点位于K31562Y138的J82监测点沉陷量-4.07mm，小于规范3个月小于15mm稳定性判据标准； 该段落为闭矿5年以上，残余沉降量规律性强，数据具有连续变化特征，由此推断6个月残余沉陷量4.884mm左右，远小于规范6个月小于30mm稳定性判据标准，K31+500K32+200可以判定为稳定建筑场地。设研院设研院3.5通过地表沉降监测进行评价该段落监测点月最大平均沉陷量-0.54mm，最大沉陷点K32415Y40的J41监测点沉陷量-2.24mm；该段落为闭矿5年以上吴村煤矿，残余沉降量规律性强，数据具有连续变化特征，由此推断6个月残余沉陷量3.24mm左右，小于规范6个月小于30m

21、m稳定性判据标准，K32+200K33+000可以判定为稳定建筑场地。设研院设研院3.5通过地表沉降监测进行评价裂缝监测情况一览表 监测期内裂缝发展最大宽度仅为0.03cm，且L3、L4、L5三处监测点各个断面裂缝发展宽度基本一致，由此估测该处裂缝发展已基本稳定，未发现明显发展趋势 。 监测结论监测结论 在路线保安煤柱范围内没有进一步采煤活动的前提下，初步的地表变形监测成果揭示：根据采空区公路设计与施工技术细则（JTG/T D31-03-2011）表4.2.1-3，武云高速采空区K30+950K32+950段落属于稳定等级。设研院设研院3.5场地稳定性综合评价采空区建设场地稳定性综合评价表设研

22、院设研院国内公路下伏采空区治理情况一览表国内公路下伏采空区治理情况一览表4 4、采空区方案比选、采空区方案比选设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选路区采空区路区采空区处治方案一览表处治方案一览表设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选方案方案：特殊路基：特殊路基+ +注浆充填注浆充填 K 3 0 + 8 00K32+200段采取路基土工格栅加筋的处理措施 采 空 区K32+200K32+950段进行深孔注浆充填处理整个项目建 设 前 后及 运 营 期需 配 套 做好 相 应 的地 表 变 形监测工作设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选方案方案：特殊路基：特

23、殊路基+ +注浆充填注浆充填设研院设研院根据目前进行的采空区场地监测成果，采空区路段路基采取高程补偿和路基加宽技术措施。K30+800K31+150段和K31+350K31+500段，一年期沉降2cm左右，设计年限内总沉降为30cm；K31+150K31+350段，一年期沉降3cm左右，设计年限内总沉降为45cm； K31+500K32+950段，一年期沉降1cm左右，设计年限内总沉降为15cm。在试验段开工和进一步场地监测成果基础上，将对沉降补偿设计成果进一步完善修正。方案方案：特殊路基：特殊路基4 4、采空区方案比选、采空区方案比选设研院设研院 路堑段主要位于古汉山采空区范围内的下穿赵固铁

24、路段，平均挖方在4米左右。设计采用铺设钢塑土工格栅土工格栅的方案。方案方案：特殊路基：特殊路基4 4、采空区方案比选、采空区方案比选采空区特殊路基示意图钢塑格栅钢塑格栅设研院设研院方案方案：特殊路基：特殊路基采空区特殊路基示意图4 4、采空区方案比选、采空区方案比选路堤段主要位于吴村采空区范围，平均填高在4.5米左右。设计采用铺设钢塑土工格栅土工格栅+ +基底冲击碾压基底冲击碾压的方案。钢塑格栅钢塑格栅设研院设研院4cm细粒式改性沥青砼细粒式改性沥青砼AC-13C 6cm中粒式（改性）沥青砼中粒式（改性）沥青砼AC-20C 8cm粗粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土AC-25C 34cm 水泥稳定

25、碎石水泥稳定碎石 基层基层 18cm 水泥稳定碎石水泥稳定碎石 底基层底基层70cm原施工原施工路面结构路面结构改性沥青改性沥青+同步碎石下封层同步碎石下封层推荐方案设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选半半刚刚性性基基层层路路面面结结构构优点缺点 由于采用传统的半刚性基层路面结构形式，路面面层受基层反射裂缝的影响较明显。 路面结构整体强度较高，能满足重载交通的需求；底基层采用级配碎石，与路床部分的碎石填料共同形成柔性过渡层，造价较原施工图变化不大。设研院设研院改性沥青改性沥青+同步碎石下封层同步碎石下封层40cm 级配碎石级配碎石 基层基层4cm细粒式改性沥青砼细粒式改性沥青砼A

26、C-13C 6cm中粒式（改性）沥青砼中粒式（改性）沥青砼AC-20C 12cm密级配沥青碎石密级配沥青碎石ATB-25 20cm 级配碎石级配碎石 底基层底基层82cm柔性路面柔性路面结构结构4 4、采空区方案比选、采空区方案比选设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选柔柔性性路路面面结结构构优点缺点 由于采用柔性路面结构，计算模式改变，克服了半刚性基层由于表面裂缝引起路面反射裂缝的缺点。 与原施工图相比造价较高，施工工艺不成熟，国内应用尚处于发展阶段，可做试验段研究。设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选方案方案：后处治：后处治在保持原有沉降监测点的基础上，根据现场情

27、况适当加密布设监测点，并且在路线K30+787-K33+000的路基、通道、桥梁周围选取16个断面进行布设沉降板、沉降管、测斜管及边桩设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选方案方案：后处治：后处治断面布设原则断面布设原则一般路段按照100m设置一个观测断面，每个观测断面的沉降板设置在路中心及路肩两侧处桥头路段30m范围内设置3个观测断面，并在桥墩处布设测斜管及沉降观测点边桩应埋设在路堤两侧趾部和边沟外缘及离外缘10m处通道前后10m范围内布设一个观测断面，并在路基底部布设沉降管设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选26000/226000/220002000200060

28、0800H边桩地面沉降板边桩200060020002000800边桩地面沉降板中心线边坡护坡道边 沟观测断面仪标平面布设观测断面仪标立面布设监测断面监测仪器设置示意图设研院设研院中心线基准点、测点布置示意图边桩基准点地面沉降板基准点的具体布置须根据现场确定。注：路堤4 4、采空区处治方案、采空区处治方案监测项目监测项目观测断面观测断面数量数量每个断面每个断面测点数量测点数量测点测点总量总量备注备注地表位移地表位移1616个个8 8根根128128个个主要考虑了通过边桩进行测量，主要考虑了通过边桩进行测量，未计入周边沉降监测点。未计入周边沉降监测点。土体深层土体深层水平位移水平位移1616个个2

29、 2根根3232根根每根测斜管每根测斜管30m30m长，设长，设6060个观测点。个观测点。垂直位移垂直位移( (沉降沉降) )1616个个3 3根沉降板根沉降板4848根根通过沉降板和沉降管进行测量，通过沉降板和沉降管进行测量，未计入周边沉降监测点。未计入周边沉降监测点。裂缝观测裂缝观测1010个个2 2点点2020点点具体数量依据现场裂缝情况。具体数量依据现场裂缝情况。设研院设研院-整个施工期及运营后12年-施工期：每填筑一层观测一次，若两次填筑间隔较长 ，每三天一次。 堆积预压期：每半月一次，直至预压期结束或路面施工开始，之后一月一次。-运营期：在施工期监测工作基础上继续开展监测工作12

30、年，每月观测一次。监测时长及频率可适当根据前期监测成果进行调整，以满足工程进度与安全。 -监测总费用：199万元方案方案：后处治：后处治4 4、采空区方案比选、采空区方案比选设研院设研院技术方案比选一览表技术方案比选一览表设研院设研院4 4、采空区方案比选、采空区方案比选 技术方案造价比选一览表（单位：万元） 方案：处治吴村浅埋段里程750米，深埋里程1250米路基采取土工格栅加筋方式通过。方案：2000米长采空区段落路基采取土工格栅加筋方式通过。方案：不做处治，采取后期维护方案。 为保证公路建设的经济合理，确保工程质量，建议采用方案，方案建安费较方案节省造价5888.06万元，比方案多631

31、.94万元。 钻孔注浆钻孔注浆费用费用土工格栅费用土工格栅费用监测费用监测费用建筑安装工程费建筑安装工程费（含特殊路基处（含特殊路基处理）理）备注备注方案方案6443.69286.46199.828516.58K30+800K32+950方案方案631.94199.822628.52方案方案199.821996.58设研院设研院5 5、采空区专项设计、采空区专项设计维持施工图设计中的路线平面、纵断面及横断面设计。施工图设计中，采空区段落内共有：下穿赵固铁路分离一处，箱通三道，圆管涵一道。原设计已经考虑采空区沉陷对构造物的影响，因此，本次方案设计维持原设计。设研院设研院5 5、采空区专项设计、采

32、空区专项设计采空区路基设计依据监测沉降值进行高程补偿与加宽设计。 路堑段平均挖方在4米左右，设计采用铺设钢塑土工格栅的方案；路堤段平均填高在4.5米左右。设计采用铺设钢塑土工格栅+基底冲击碾压的方案。路基防护设计将施工图设计中填高大于4.5米的拱形骨架+草灌防护，调整为土工格室+植草的柔性防护方案。设研院设研院5 5、采空区专项设计、采空区专项设计采空区路面结构维持原路面设计方案。在采空区与一般路段设置2040米长的过渡段，便于路基加宽和路面结构形式的衔接过渡。排水设计维持原施工图设计方案。采空区路段建成后，结合评审专家意见，参考国内相似项目采空区道路通行做法，建成后设计必要的警示警告标牌，必要时可根据需要补设限速标志，以确保行车安全。设研院设研院 路线K31+545K31+700段落路区155m长，保护煤柱平均埋深420m，煤层厚度56.3m，东西向留设保护煤柱500m，南北向110m。K31+545K31+7006 6、问题与建议、问题与建议设研院设研院6 6、问题与建议、问题与建议 路线