交通运输部公路工程标准规范制修订项目《采空区公路设计指南》（送审稿）汇报材料

'《采空区公路设计指南》（送审稿）汇报材料主编单位：山西省交通规划勘察设计院参编单位：中交二院、中国地大(北京）、中交通力公司2010年6月交通运输部公路工程标准规范制修订项目 1.编写依据及编写过程2.指导思想及编写原则3.国外调研情况4.国内调研情况5.科研与成果应用情况6.征求意见情况7.篇章结构及主要内容8.工程实例分析9.建议目录 山西省交通规划勘察设计院1编写依据及编写过程 山西省交通规划勘察设计院1、《关于2008年度公路工程标准制修订邀标项目承担单位的通知》（交公路字[2008]90）；2、交通运输部组织的“《采空区公路设计指南》编制大纲及工作大纲评审会议纪要”。3、《公路工程行业标准管理导则》（交公路发[2001]620）；4、《关于加强公路工程标准规范工作的若干意见》（交公路发[2008]6）；5、《交通标准制定、修订程序和要求》JT/T18---2008；1.1编制依据 山西省交通规划勘察设计院山西省交通规划勘察设计院，负责该项目“编制大纲”和“工作大纲”的编写、《指南》第三章“采空区勘察”、第六章“采空区处治设计”、第八章“采空区处治过程监测及处治效果检测”的编写及《指南》的统稿和修改工作，同时负责整个编写组的协调与管理工作。1.2编写工作情况介绍1.2.1主、参编单位工作分工主编单位 山西省交通规划勘察设计院中交二院负责第一章“总则”、第二章“术语、符号”及第五章“采空区公路设计”的编写工作；中国地大负责第四章“采空区稳定性分析与评价”、中交通力公司负责第七章“采空区注浆处治施工”的编写工作。1.2编写工作情况介绍1.2.1主、参编单位工作分工参编单位 2009年10月至11月上旬，主编单位将《指南》的征求意见稿向全国30家具有甲级资质的公路勘察设计及施工单位发出了征求意见函，截至11月20日共收到来自全国8家单位的“征求意见反馈表”。其他单位经电话联系确认无异议。主编单位将收到的反馈意见做了分类和整理，并于2009年11月26日至28日在并召开了第四次编写组工作会议，会议针对反馈意见进行逐条讨论，并对《指南》内容的完整性、措辞和语句进行了推敲，对其中表述不够准确、有分歧的技术观点及错、漏、碰、差，进行了讨论和修改。1.2编写工作情况介绍山西省交通规划勘察设计院1.2.2主要工作过程第一次编写组工作会议采空区全国调研第二次编写组工作会议第三次编写组工作会议咨询审查第四次编写组工作会议送审稿《大纲》专家评审2008年4月29日，交通运输部组织对《采空区公路设计指南编制大纲》及《工作大纲》进行了专家评审，并形成会议纪要。2008年10月21日至24日在并召开，，会议就《指南》合成稿的总体构架、主要内容和篇章结构进行了梳理分析，并逐章、逐节、逐条进行了讨论、修改，或形成修改意见。2009年12月，由主编单位对《指南》再次进行统稿修改后，形成送审稿。嗣后，在太原（并）召开第一次编写组工作会议，进行了工作总体安排和分工，全面启动了项目的调研和初稿的编写工作。2009年6月，邀请国内10名专家进行了咨询审查。专家咨询意见归纳为以下三个方面：一是篇章结构、总体内容的把握和调整；二是正文和条文说明的关系问题；三是逻辑关系、内容结构和表述等方面的问题。编写组结合咨询意见和建议对《指南》进行了认真地讨论、分析和修改。并于2009年9月形成了《指南》的征求意见稿。在展开初稿编写的同时，编写组在主编单位的统一安排下，分四个组于2008年6月至8月对我国分布有采空区公路的河南、辽宁、贵州、云南、广西、新疆、甘肃、宁夏、山西等九省（区），进行了采空区公路勘察、设计、施工及检测等方面的调研,并形成调研报告。通过调研开阔了视野，丰富了《指南》的编写内容，对《指南》的编写起到了很好的促进作用。2009年3月3日至5日在并召开，会议就《指南》初稿做了进一步修改，包括正文、附录和条文说明的具体内容、条款设置等。 2指导思想及编写原则山西省交通规划勘察设计院 本着实用性、成熟性、先进性、指导性的思想进行《指南》的编写，以期达到采空区公路建设、运营安全之目的。山西省交通规划勘察设计院2.1指导思想平定至阳曲高速公路贾村煤矿采空区民房裂缝平定至阳曲高速公路旋坪煤矿采空区地表规则平行裂缝群 符合国家法律、法规的有关规定；符合《公路工程行业标准管理导则》编写规定；与国家现行标准相协调。在广泛收集资料的基础上，总结提炼已有成熟的技术，采取调研总结与编写相结合、科研课题与依托工程相结合的原则进行编写。山西省交通规划勘察设计院2.2编写原则 3国外查询情况（美国、加拿大、日本、英国）山西省交通规划勘察设计院 美国国家公路与运输协会（AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials）是美国研究交通与运输问题的机构，也是公路建设规范与标准的制定和颁布机构；美国交通部联邦公路局FHWA（FederalHighwayAdministration）也发布相关公路建设技术手册及指南。从已收集到的美国交通部联邦公路局制定的《联邦高速公路项目道路与桥梁建设标准》（StandardSpecificationsforConstructionofRoadsandBridgesonFederalHighwayProjects）看，未见专门针对采空区公路设计与施工的内容和规定。3.1美国山西省交通规划勘察设计院 3.2加拿大山西省交通规划勘察设计院加拿大地广人稀，矿产资源丰富，共有71种矿产，其中以金属矿产居多，政府大力发展采矿业，煤矿露天开采占据较大份额。加拿大国土面积位居世界第二，但人口只有3361万，且主要集中于南部和东西沿海地带。高速公路总里程约为8030公里。因国内土地资源极为丰富，极少发生公路建设必须穿越废弃采空区的情况，即使可能通过矿区也采用避让的方式。经查询，加拿大哥伦比亚省和阿尔贝塔省交通与基础设施部颁布的《高速公路标准规范》（《STANDARDSPECIFICATIONSFORHIGHWAYCONSTRUCTION》)，上述两部标准均未涉及相关采空区公路建设的说明及规定。 3.3日本山西省交通规划勘察设计院日本人多地少，资源贫乏，国内的煤层埋藏深度大，地形复杂，煤炭开采成本高，煤炭90％以上依赖进口，但日本国内也有一定的产煤量。在日本煤炭开采的历史高峰年份，全国境内曾有大概600个煤矿，最大年产量高达5500万吨，但是随着其后的能源革命使得日本国内煤炭开采量急剧下降，目前仅有钏路煤田还在开采。日本国内煤炭主要产自北海道，即著名北海道钏路煤矿。日本有多年的煤炭开采历史，形成了成熟的开采、挖掘、安全技术，采煤机械化设备始终处于世界先进水平。日本高速公路总里程9507公里，日本国内高速公路设计主要执行《日本高等级公路设计规范》，规范中并未针对采空区公路建设问题做专门的规定。查询中未发现日本交通运输省颁布针对采空区公路建设的相关技术指南、标准及规范。 3.4英国山西省交通规划勘察设计院英国煤炭开采历史悠久，产量曾居世界第一位，为英国工业革命提供强有力的能源基础。第一次世界大战后，英国煤炭工业逐渐衰退，产量下降。1947年煤炭工业国有化后，煤炭产量有所回升，但随后发生的伦敦烟雾事件(1956年)，以及北海油田的开发(1980年)，能源消费结构发生变化，英国煤炭竞争力越来越弱，廉价进口煤大量涌入，煤炭工业每况愈下，英国煤炭主要用于发电。英国煤矿开采机械化水平高，采煤技术及安全水平一直处于世界前列。英国高速公路总里程达2200多英里（3500公里）。公路建设主要规范标准有《道路与桥梁设计手册》（《TheDesignManualforRoadsandBridges(DMRB)》），该手册对诸如岩土工程风险管理、边坡加固、土工构筑物设计与施工、原位勘察等问题进行了具体规定，但尚未发现针对采空区公路建设问题的特殊规定。 4国内调研情况山西省交通规划勘察设计院 山西省交通规划勘察设计院了解和掌握我国公路采空区的分布情况、采空区的处治方法、经济指标及采空区处治后公路运营情况，总结国内公路采空区勘察、设计、施工及检测等方面的工程经验。4.1调研目的高平至新乡高速公路七一煤矿采空区地表裂缝临汾至吉县高速公路卧龙沟煤矿地表裂缝 山西省交通规划勘察设计院（1）调研方式调研采取了函调与实地考察调研相结合的方式进行。2008年5月，主编单位向全国32个公路甲级勘察设计单位以便函的形式进行了一次公路采空区分布及处治情况的专项调查，收到回函22个，其余单位经电话进行了确认。其中有13个省（区）的公路存在采空区。通过对函调成果分析整理，编写组分为四个组，分别对我国9个省区的公路采空区进行实地考察调研。4.2调研方式及成果 山西省交通规划勘察设计院（2）调研成果国内部分公路采空区调研情况（不包括山西省）4.2调研方式及成果项目统计数据备注公路采空区项目总数12个省（区），共54个。本表依据函调和实地考察调研成果综合分析编制。采矿品种煤矿占76%、其它矿种占24%。采空区埋深分布≤100m占85%、100～200m占6.5%、≥200m占8.5%。建设阶段已通车的项目26个、占48%；在建的项目10个、占19%，处于勘察设计中的项目18个、占33%；采空区上覆工程类型绝大部分为路基工程，只有2处桥梁位于浅层采空区（埋深小于30m），桩基穿越了采空区；采空区处治方案埋深≤10m,采用强夯置换或挖除换填埋深﹥10m的采空区采用全充填压力注浆处治。 山西省交通规划勘察设计院4.2调研方式及成果（2）调研成果项目名称采空区分布累积长度（m）埋深（m）回采率（%）太旧高速160080-27050-802100/1313祁临高速2800100-13025-353500/1250太祁高速32028-5530370/1156长晋高速1565100-18020-406396/4087晋焦高速100030-8030-501600太长高速6160160-42030-9030500/4951汾离高速124060-140302400/1900离军高速339550-13030--857044/2075阳候一期2170160-20030-508540/3935阳候二期939050-20030-7533000/3514大同香炉寺隧道92060-15030-501200/1333太旧二通道816160-23030-9035100/4301忻保高速19900-17660-906319/3175晋城西北环高速676030-22620-951195/1768晋城一级路1095072-23835-9038960/3558合计3056096650/3163山西省公路采空区调研情况总造价（万元）每公里造价（万元） 5科研成果应用情况山西省交通规划勘察设计院 山西省交通规划勘察设计院《指南》编制依托的科研课题是《离军高速公路桥隧下伏采空区处治关键技术研究》，课题的主要研究成果已应用于山西省高速公路桥隧下伏采空区的勘察、设计、施工及检测，并编入本《指南》的相关部分。课题以青岛至银川国道主干线山西省离石～军渡高速公路四隧两桥(大雨亮隧道、师婆沟隧道、阎家条隧道、庙梁隧道、康家沟大桥、矾水沟大桥）下伏采空区的处治为研究对象，采用采空区专项勘察、室内模拟试验、数值模拟与理论分析相结合的研究方法，通过对采空区上覆岩体受单层和双层复合采动影响分析、不同工况的采空区覆岩损伤演化规律及地表变形特征研究、注浆参数设计与施工工艺控制及桥隧结构变形监测分析，成功地解决了桥隧下伏采空区处治关键技术难题。该课题的主要研究成果如下：（1）通过课题研究，建立了一套较为完整的桥隧下伏采空区勘察、设计、施工及检测的技术体系。5科研成果应用情况 山西省交通规划勘察设计院矾水沟大桥康家沟大桥闫家条隧道师婆沟隧道大雨亮隧道庙梁隧道山西省离军高速公路“四隧两桥”景观图 山西省交通规划勘察设计院（2）依据采空区上覆公路工程的类型及其重要程度，分为桥隧工程和路基工程，两类工程下伏采空区的处治设计采取了不同的标准。详见下表。5科研成果应用情况桥隧及路基工程处治设计标准工程类型水固比注浆材料配合比结石率（%）充填率（%）注浆压力（Mpa）抗压强度（MPa）维护带宽度（m）水泥粉煤灰28天路基1:11.58.57885～901.0～1.50.6～0.8101:1.21.58.5850.8～1.0桥隧1:1377590～952.0～3.01.7～2.0201:1.23780〉2.0 山西省交通规划勘察设计院5科研成果应用情况采空区处治效果检测项目及适用条件序号检测项目检测方法检测频次1结石体无侧限抗压强度Rc（MPa）钻探隧道采空区每50～100m，桥梁采空区墩台下，路基采空区注浆孔总数的2%。2横波波速Vs（m/s）孔内波速测井每米一个检测点3充填率η（%）岩心描述、孔内电视、开挖每一个检测孔、开挖视情况而定4注浆量及流量的控制指标注浆隧道和桥梁采空区检测孔内5年下沉量（mm/a）变形观测注浆处治结束4～6个月后倾斜值i（mm/m）水平变形ε（mm/m）备注：1～3项为路基工程检测项目，1～5项为桥隧工程检测项目（3）建立了桥隧下伏采空区处治过程监测和检测系统，包括基准点和监测点的布置原则、监测周期及采空区处治效果评价标准。 山西省交通规划勘察设计院5科研成果应用情况（4）在桥梁结构上采用了抗变形较好的简支结构；隧道设计每30m预留了注浆孔，作为预加固措施。矾水沟大桥闫家条隧道 6征求意见情况山西省交通规划勘察设计院 山西省交通规划勘察设计院6征求意见情况征求意见意见反馈第四次编写组工作会议2009年10月，主编单位按照《交通标准制定、修订程序和要求》，将《指南》的征求意见稿向全国具有甲级资质的30家公路勘察设计及施工单位发出了征求意见函。截至2009年11月20日共收到来自全国8家单位的“征求意见反馈表”，经进一步电话确认，其余单位对征求意见稿无异议。于2009年11月26日至28日在并召开，会议针对85条反馈意见进行逐条讨论，采用了其中的69条意见或建议。 山西省交通规划勘察设计院6征求意见情况序号标准章条编号意见内容提出单位处理意见备注11总则1、1.0.1去掉编制目的。1.0.1为规范……减灾防灾法规，帮助、指导采空区公路工程建设，确保采空区…….特制定本指南。2、1.0.2去掉适用范围。1.0.2本指南…….其他新建等级公路、改、扩建公路和已建公路…….改建和维修的公路可根据实际情况参照使用。3、1.0.3、1.0.4去掉安全合理和节约资源，其他不变。4、1.0.5去掉保护环境。1.0..5根据采空区……，地质环境和生态环境，达到公路景观与自然环境融合、协调。5、1.0.6去掉新技术应用并加上：1.0.6在满足工程质量标准的前提下，采空区的公路工程建设，……不断提高。6、1.0.7去掉与相关法规、标准的关系。1.0.7采空区的……规范与标准。交集团公路一局采用，已改。采用，已改。采用，已改。采用，已改。采用，已改。采用，已改。征求意见汇总处理表中交集团公路一局 7篇章结构及主要内容山西省交通规划勘察设计院 山西省交通规划勘察设计院7.1《指南》的构成分为三个部分，即正文、附录和条文说明；正文分为8章，分别为：1.总则2.术语、符号3.采空区勘察4.采空区稳定性分析与评价5.采空区公路设计6.采空区处治设计7.采空区注浆处治施工8.采空区处治过程监测及处治效果检测篇章设置的总体思路及主要内容勘察稳定性评价采空区公路设计应把握的原则、设计内容、要求等采空区处治设计处治施工检测与监测贯穿采空区公路建设全过程 山西省交通规划勘察设计院为规范采空区公路工程建设，统一采空区公路工程勘察、设计、施工、监测及检测等技术标准，更好地贯彻国家有关减灾防灾法规，指导和服务于采空区公路工程建设全过程，确保采空区公路工程建设质量、经济合理及运营安全，特制定本指南。7.2.1总则编写目的临县至离石高速公路东风煤矿采空区地表塌陷坑晋城西北环高速公路华怿联煤业采空区地表波状沉陷 山西省交通规划勘察设计院本指南适用于新建高速公路和一级公路。其它新建等级公路和改、扩建公路，可以根据实际情况参照执行。已建公路因受采空区影响发生病害，需要整治、改造和维修时，其勘察、处治设计、施工与检测亦可参照使用。7.2.1总则适用范围设计原则新技术应用与相关规范关系 山西省交通规划勘察设计院术语按基本术语、采空区类型、开采方式、地表移动与变形、采空区处治、采空区监测和检测有关术语分门别类进行了表述；符号包括与采空区勘察、设计、施工、监测和检测有关参数的符号，与国际标准、国家标准、行业标准相一致，并有英文注释。7.2.2术语、符号朔州环城高速公路井西煤矿采空区地表塌陷坑晋城西北环高速公路三八煤矿采空区地表平直裂缝 山西省交通规划勘察设计院7.2.3采空区勘察本章主要内容一般规定勘察方法勘察阶段采空区勘察报告编写对采空区勘察工作的阶段、方法、内容、深度提出了一般性要求。包括资料收集、调查与测绘（采空区专项调查、地表测绘和井下测量）、地表变形观测、工程物探、钻探等及各种方法的适用条件、程序和要点。分为可研阶段、初勘阶段、详勘阶段三个阶段，本节对各个阶段的工作方法、内容、深度及应达到目的提出了要求。 山西省交通规划勘察设计院7.2.4采空区稳定性分析与评价一般规定本章主要内容采空区稳定性评价标准采空区稳定性评价方法各勘察阶段采空区稳定性评价要求 山西省交通规划勘察设计院1.一般规定采空区稳定性分析与评价应根据采空区勘察成果，采用定性与定量评价相结合的方法，对路线下伏采空区稳定性及其对公路工程的影响程度进行分析评价。采空区稳定性分析与评价应综合考虑开采方式、开采时限及采空区的类型、规模、埋深、开采深厚比和覆岩特征等因素，有针对性地选用评价标准和评价方法。以路基、桥梁、隧道及其它附属工程能够容许的地表变形值为标准，结合采空区场地的剩余变形值，划分采空区场地的稳定等级。通过采空区的稳定性评价，确定采空区是否需要处治或处治的程度。对于公路下伏多层采空区，以及桥梁基础、隧道等重要工程压覆或穿越采空区等特殊情况，应开展专题研究。7.2.4采空区稳定性分析与评价 山西省交通规划勘察设计院2.采空区稳定性评价标准公路采空区建设场地稳定性评价标准，应根据采空区剩余地表移动变形值对公路工程可能造成的危害程度综合确定，包括采空区公路工程允许的地表（或地基）变形值和采空区公路建设场地稳定性评价等级。7.2.4采空区稳定性分析与评价忻州至保德高速公路保德煤矿采空区地表裂缝 山西省交通规划勘察设计院7.2.4公路采空区稳定性分析与评价表4.2.2-1高速公路及一级公路采空区地表变形容许值表地表变形指标公路工程类型年下沉量W(mm/a)倾斜i(mm/m)水平变形ε(mm/m)地表曲率K(mm/m2)路基水泥混凝土路面603.02.00.15沥青路面804.03.00.2桥梁普通简支梁桥252.01.00.15复杂结构桥梁201.50.750.10隧道强支护体系隧道302.02.00.15弱支护体系隧道251.51.50.15砖混结构建筑物603.02.00.2注：（1）年下沉量主要用于有地表变形观测的评价情况；（2）对变形有严格要求的复杂结构桥隧不宜通过采空区，故上表中桥隧工程不包括连续刚构桥及连拱隧道。 山西省交通规划勘察设计院7.2.4公路采空区稳定性分析与评价表4.2.4公路采空区场地稳定性等级评价表（1）稳定性等级地表移动变形值停采时间（a）年下沉量W(mm/a)倾斜i(mm/m)水平变形ε(mm/m)地表曲率K(mm/m2)软弱覆岩中硬覆岩坚硬覆岩稳定≤60≤3.0≤2.0≤0.2＞2.0＞3.0＞4.0基本稳定60～1003.0～6.02.0～4.00.2～0.31.5～2.02.5～3.03.5～4.0欠稳定100～3006.0～10.04.0～6.00.3～0.61.0～1.52.0～2.53.0～3.5不稳定＞300＞10.0＞6.0＞0.6＜1.0＜2.0＜3.0 山西省交通规划勘察设计院3.采空区稳定性评价方法7.2.4公路采空区稳定性分析与评价本节对各种评价方法及其适用条件做了介绍和说明。开采条件判别法地表移动变形预计法地表变形观测法极限平衡分析法数值模拟法定量评价方法定性评价方法 山西省交通规划勘察设计院4.各勘察阶段采空区稳定性评价要求本节对各个阶段采用什么样的评价方法、评价到什么程度及评价目的做了具体要求。1）可研阶段：采用开采条件判别法，对采空区场地的稳定性做出初步定性评价，为路线走廊带及方案的比选提供依据。2）初勘阶段：采用地表变形预计法、地表变形观测法等方法，计算采空区地表剩余变形量，对采空区的稳定性进行定量评价，为路线方案比选、采空区处治方案选择及处治设计提供依据。3）详勘阶段：为采空区处治设计提供准确依据。7.2.4公路采空区稳定性分析与评价 山西省交通规划勘察设计院7.2.5采空区公路设计一般规定本章主要内容路线设计路基、路面设计隧道设计交叉工程与附属工程设计公路保护矿柱留设桥梁设计 山西省交通规划勘察设计院1.一般规定1）采空区公路应进行综合设计。如采空区分布范围广、规模大，且难以治理时，路线应尽可能避让；确实难以避让时，应尽可能考虑以路基方式通过。2）如避让方案存在明显不利因素，且工程造价与线型指标无明显优势时，应在采空区勘察、稳定性评价、处治设计和概算分析基础上，对公路通过和绕避采空区方案作同等深度的比较，经过综合分析论证后，再决定路线通过方案。3）当桥梁或隧道下方有采空区时，应尽可能考虑以高填涵路基或以深路堑方式通过。如必须采用桥梁或隧道通过时，应适当提高采空区的勘察精度和处治标准，以满足桥梁和隧道的稳定性和安全性要求。7.2.5采空区公路设计 山西省交通规划勘察设计院2.路线设计根据路网规划和路线的基本走向，结合路线范围内矿区的开采现状及开采规划，协调好与矿区道路、管线及相关设施的关系；处理好与矿区其它已建、在建和拟建工程之间的相互协调与衔接关系。路线方案应根据地形、地质、地物条件，结合资源压覆、保护矿柱以及采空区的分布，确定合理的线位和通过采空区的方式。当公路建设不可避免的要压覆矿产资源时，应预留保护矿柱。7.2.5采空区公路设计 山西省交通规划勘察设计院3.路基、路面设计对于大回采率（≥60﹪）采空区，如确认其主变形已基本完成；或当回采率≤35﹪，经稳定性评价确认为基本稳定时，可不进行采空区的注浆处治。路基设计时可以考虑加铺土工材料，提高路基的整体稳定性，以满足采空区残余沉降的要求。路面基层设计可采用柔性材料。7.2.5采空区公路设计忻州至保德高速公路保德煤矿采空区地表裂缝 山西省交通规划勘察设计院4.桥梁设计1）必须采用桥梁通过采空区时，应选择适宜的桥型和桥跨。对于范围较小又不易处理的采空区，可以考虑桥梁直接跨越通过。2）在多层采空区，桥梁基础一般应选择摩檫桩基。3）当采空区埋深较浅（小于40米），桥梁基础原则上应采用桩基础穿过采空区达到稳定地层。7.2.5采空区公路设计 山西省交通规划勘察设计院5.隧道设计隧道顶板以上出现采空区：1）尽可能将隧道布设在采空区下方3倍隧道洞径以下的范围，一般按正常隧道设计。2）隧道位于采空区下方2～3倍隧道洞径范围内，应进行稳定性评价。对于不稳定地段，应进行相应的加固和处治。3）隧道位于采空区下方小于1倍隧道洞径范围内，应进行稳定性评价，并加强隧道的支护设计。7.2.5采空区公路设计大雨亮隧道 山西省交通规划勘察设计院5.隧道设计隧道底板以下出现采空区：1）隧道位于采空区弯曲带，应对隧道底板以下的采空区进行处治。原则上对处治后的围岩可按正常围岩级别支护。2）隧道位于采空区断裂带，应对采空区进行处治，围岩应按Ⅴ级考虑支护设计。3）隧道位于采空区垮落带，必须对采空区及隧道围岩进行加固处治，隧道围岩应按最低强度考虑支护设计。4）当隧道的埋深小于40米，应进行路堑方案比选。5）当隧道与采空区相交并且底板标高相近时，可设置人造隧道的顶板与侧墙。7.2.5采空区公路设计 山西省交通规划勘察设计院7.2.6采空区处治设计本章主要内容一般规定采空区处治设计原则方法注浆法干（浆）砌支撑法开挖回填法巷道加固法强夯法跨越法（宜接跨越、多孔径跨越、盖板） 山西省交通规划勘察设计院1.一般规定采空区的处治设计内容，除公路主体工程（如桥梁、隧道、路基）压覆的采空区外，还应包括公路附属工程（如收费站、服务区、运输管理站等）所压覆的采空区，与采空区相伴生的巷道、废弃的矿井也应包括在采空区处治设计范围之内。7.2.6采空区处治设计 山西省交通规划勘察设计院7.2.6采空区处治设计工程类别稳定性等级稳定基本稳定欠稳定不稳定路基高速、一级公路－－＋＋＋＋二级及以下公路－－＋＋＋桥梁、隧道－＋＋＋＋＋＋砖混结构建筑物－－＋＋＋＋注：－不处治；＋经论证后确定是否处治；＋＋处治2.采空区处治设计原则 山西省交通规划勘察设计院主要用于处治公路路基部位的采空塌陷区。对于桥梁、隧道等构造物，应尽可能避开采空区；如无法完全避让，则应提高采空区注浆设计标准。7.2.6采空区处治设计离石至军渡高速公路青龙煤矿采空区地表塌陷坑3.注浆法适用条件适用于矿层开采后发生了较严重的垮落、冒落或经稳定性评价处于欠稳定和不稳定的采空区地段。 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法处治范围的确定公路采空区注浆处治的范围包括治理的长度、宽度和深度。其中，处治宽度对工程造价影响较大。处治宽度主要由三个方面因素决定：即采空区埋深、上覆岩层的坚硬程度和回采率。对某一路段的采空区而言，其埋深和上覆岩性是确定的，回采率可能是不同的。而采空区移动角（）的大小因回采率的差异有所不同（在采空区处治宽度计算中，移动角的贡献是很大的），因此，本《指南》将回采率做了三种分割，尽量将采空区的处治范围收窄。7.2.6采空区处治设计 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法采空区处治宽度的确定对于水平矿层，其计算公式如下式中：B──采空区处治宽度（m）；D──路基或桥隧的宽度（m）；d──公路围护带的宽度（m）；h──地表松散层厚度（m）；H──采空区上覆岩层厚度（m）；──地表松散层移动角；──走向方向采空区上覆岩层移动影响角。7.2.6采空区处治设计 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计表6.3.2-4公路采空区影响宽度基岩移动影响角（、）参照值采空区类型新（准）采空区老采空区采区回采率<40%40%～60%>60%<40%40%～60%>60%坚硬覆岩Rc＞60MPa78～83°76～82°75～80°85～88°82～86°80～85°中硬覆岩Rc=30MPa～60MPa73～78°72～76°70～75°80～85°77～82°75～80°软弱覆岩Rc＜30MPa64～73°62～72°60～70°75～80°72～77°70～75° 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计6.3.2-5公路采空区影响宽度松散层移动角（）参照值松散层厚度h（m）干燥、不含水含水较强含流砂层＜4050°45°30°40～6055°50°35°＞6060°55°40° 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计注浆孔布设序号判别条件排距（m）孔间距（m）路基范围内路基范围外1有坚硬顶板，回采率大于等于60%，采空区冒裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较好25±1020±525±52无坚硬顶板，回采率大于等于60%，采空区冒裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较差20±1015±520±53有坚硬顶板，回采率小于60%，采空区冒裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较好20±1015±520±54无坚硬顶板，回采率小于60%，采空区冒裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较差15±1010±515±5帷幕孔布设：孔间距一般取10±5m。 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计注浆材料与配比1)注浆材料的选择2)注浆材料配比3)注浆材料用量计算 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计注浆参数1）注浆压力路基应控制在1.0～1.5MPa，桥隧应控制在2～3MPa。2）结束吸浆量小于70L/min，并持续20min。3）浆液结石体强度路基：0.6-1.0Mpa；桥隧：2.0-3.0MPa。4）充填率路基：80～85%；桥隧：90～95%。 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计注浆量计算1、注浆总量计算2、单孔注浆量计算3、采空区剩余空隙率的确定 山西省交通规划勘察设计院3.注浆法7.2.6采空区处治设计注浆施工工艺设计1）施工顺序注浆施工时，先帷幕孔，后注浆孔。钻孔应分序次间隔进行，一般分二～三个序次成孔，一序次可起到补勘作用，根据地层结构及采空区情况对后序孔的孔位、孔距、孔数可进行适当调整，以弥补均匀布孔设计的不足。注浆也应分序次间隔进行，一序次孔浆液扩散范围较大，二、三序次注浆将使前序次未充填的空洞得到再次充填，从而提高充填率。2）施工工艺a.当采空区为单层采空区时，宜采用一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。b.当采空区为多层采空区时，如果矿层间隔较小，各矿层冒落裂隙带互相贯通，宜采用上行法注浆施工工艺，一次成孔、自下到上，一次全灌注施工。c.当采空区为多层采空区时，如果矿层间隔较大，各矿层冒落裂隙带没有互相贯通，宜采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔、分段注浆。 山西省交通规划勘察设计院4.干（浆）砌支撑法7.2.6采空区处治设计适用条件1）适用于采空区未完全塌落、空间较大、埋深浅、通风良好，并具备人工作业和材料运输条件的采空区治理。2）适用于隧道穿越采空区时，使用浆砌片石加固隧道侧墙。3）适用于正在使用的巷道进行止浆墙作业。 山西省交通规划勘察设计院5.开挖回填方法7.2.6采空区处治设计适用条件1）适用于挖方边坡内规模较小的采空区或巷道，可采用开挖回填处治法。2）开挖法一般适用于埋深小于6m的采空区，上覆岩体完整性差、强度低且易开挖。3）爆破法一般适用于埋深6～20m的采空区，周围无任何建筑物，可采用爆破采空区顶板，然后通过强夯或重锤夯实，待地基稳定后再开始公路主体工程施工。 山西省交通规划勘察设计院6.巷道加固法7.2.6采空区处治设计适用条件适用于正在使用的生产、通风和运输巷道；或因废弃巷道的结构不能保证上覆公路工程安全而需要进行加固处治。 山西省交通规划勘察设计院7.强夯法7.2.6采空区处治设计适用条件1）一般适用于采空区埋深小于10m，上覆岩体完整性差、强度低的地段。2）适用于爆破、开挖回填后或者变形基本完成的采空区地段，采用强夯对地基进行加固。 山西省交通规划勘察设计院8.跨越法（直接跨越、多孔径跨越、盖板）7.2.6采空区处治设计适用条件1）采用桩基工程穿过浅埋小煤窑采空区（埋深不超过30m）。2）采用桥梁跨越巷道和带状采空区（宽度不超过40m），或采用梁、板跨越巷道和带状采空区（宽度不超过5m），并且应明确采空区的范围。 山西省交通规划勘察设计院7.2.7采空区注浆处治施工本章主要内容1、一般规定3、注浆孔施工及浇铸孔口管4、注浆浆液6、施工质量、安全管理5、采空区注浆2、施工准备7、环境保护措施 山西省交通规划勘察设计院7.2.7采空区注浆处治施工1.一般规定注浆工程具有隐蔽性和复杂性。施工单位在正式施工前，应充分熟悉设计文件，做好施工前准备工作；积极与设计、监理等单位配合，在施工过程中，做好动态设计与优化设计工作。应针对设计文件中采空区覆岩厚度及其完整性，垮落带和裂隙带的发育程度，裂隙的连通性和透水性等特征，确定注浆孔和帷幕孔的成孔工艺和注浆工艺。在施工前，应对所选用的注浆原材料（水、水泥、粉煤灰、添加剂等）进行性能检测，浆液配比经过试验后确定。注浆处治的施工顺序一般为：①施工准备；②注浆孔施工；③浇铸孔口管；④注浆；⑤质量检测。 山西省交通规划勘察设计院7.2.7采空区注浆处治施工施工准备注浆处治施工注浆孔施工及浇铸孔口管注浆浆液采空区注浆施工质量、安全管理技术资料；施工机械设备；试验室及设备；注浆站；注浆材料；施工孔就位、定测一般技术要求；空隙、裂隙压水冲洗；浇铸孔口管环境保护措施一般技术要求；注浆浆液配制；浆液性能测定；浆液试块养护一般技术要求；注浆方法及特殊情况的处理；注浆结束标准；结束压水；封孔；观测与记录；整编竣工资料，申请验收1）质量管理体系，包括注浆材料管理、注浆浆液检测试验及配制管理、注浆施工管理2）安全管理 一般规定本章主要内容7.2.8采空区处治过程监测与处治效果检测采空区处治过程监测采空区处治效果检测 山西省交通规划勘察设计院7.2.8采空区处治过程监测与处治效果检测1.一般规定1）采空区公路监测是指采空区公路在勘察、处治设计、施工及运营全过程中的监控，也可以是其中某一个阶段的监控。检测是采空区处治后的质量检查，检测数据是采空区处治效果评价的重要依据。监测和检测是控制采空区公路工程质量的两个方面，同时也是做好预警工作的前提。2）采空区公路监测：路基等工程宜进行监测；桥隧工程应进行监控。 山西省交通规划勘察设计院7.2.8采空区处治过程监测与处治效果检测2.采空区处治过程监测1）桥梁监测纵向逐墩或隔墩布设，横向以墩台为中心向两侧布设，距中心点依次为0、15m、30m。桥梁施工中应充分利用勘察过程中的监测成果，同时在每个墩台外侧增设两个监测点，连续观测。2）隧道监测纵向沿轴向每50m在地表布设1个横断面，监测点以中轴线分左右依次为0、30m、50m在路线两侧布设。隧道施工期间按现行的《公路隧道施工技术规范》进行隧道监控量测，监测项目有地质观察描述、周边位移监控、拱顶下沉和地表下沉等。 山西省交通规划勘察设计院7.2.8采空区处治过程监测与处治效果检测3.采空区处治效果检测采空区检测的方法有钻探（岩心描述、拍照、取样、试验）、物探、孔内波速测井、孔内电视、注浆检测及变形观测等，其目的是通过采用不同的检测方法，取得各种检测数据，综合评价采空区的处治效果。平定至阳曲高速公路旋坪煤矿采空区地表平直裂缝 8工程实例山西省交通规划勘察设计院 山西省交通规划勘察设计院8.1离军高速公路下伏采空区处治1、工程概况离军高速公路全长38.542km。煤矿采空区处治长度累计达3.395km，为单层～双层采空区，该项目是我省第一个出现大规模桥隧采空区的公路项目，经认真勘察、精心设计、课题研究，四隧两桥下伏采空区得到有效处治。2007年12月通车以来，运营情况良好。大禹亮隧道师婆沟隧道闫家条隧道庙梁隧道矾水沟大桥康家沟大桥 山西省交通规划勘察设计院矾水沟大桥康家沟大桥闫家条隧道师婆沟隧道大禹亮隧道庙梁隧道山西省离军高速公路“四隧两桥”景观图8.1离军高速公路下伏采空区处治 8.1离军高速公路下伏采空区处治山西省交通规划勘察设计院师婆沟隧道隧址区地表裂缝分布图 山西省交通规划勘察设计院8.1离军高速公路下伏采空区处治项目名称桥隧长度采空区埋深（m）开采方式采厚（m）回采率（%）开采时间地表变形特征勘察方法备注大雨亮隧道右线412m左线483m53～97m（10#煤层采空区）房柱式1.8402003～2006裂缝较发育矿井专项调查(资料可靠性差)、工程地质调绘、物探及钻探青龙煤矿师婆沟隧道右线440m左线373m96～118m（4#煤层采空区）125～130m（5#煤层采空区）4#煤层与5#煤层间距10～12m长壁式2.3+2.3802006裂缝十分发育形成盆地矿井专项调查(资料较可靠)、工程地质调绘、钻探及井下测量同德煤矿闫家条隧道右线416m左线760m144～174m（4#煤层采空区）长壁式2.3802006裂缝较发育矿井专项调查(资料较可靠)、工程地质调绘、钻探及井下测量同德煤矿庙梁隧道右线349m左线362m220～230m（4#煤层采空区）长壁式2.4802006裂缝较发育矿井专项调查(资料可靠性较差)、工程地质调绘、物探及钻探康家沟煤矿矾水沟大桥右线孔跨9-30m左线孔跨4-30m预应力砼箱梁68～103m（4#煤层采空区）房柱式2.3402004裂缝不发育矿井专项调查(资料可靠性差)、工程地质调绘、物探及钻探同德煤矿康家沟大桥右线孔跨13-40m左线孔跨12-40m预应力砼T梁156～183m（4#煤层采空区）长壁式2.4802004～2006裂缝较发育矿井专项调查(资料可靠性较差)、工程地质调绘、物探及钻探师婆沟煤矿及康家沟煤矿2、采空区要素特征 山西省交通规划勘察设计院8.1离军高速公路下伏采空区处治3、采空区处治设计采空区处治方法采用了地表全充填压力注浆和井下巷道砌筑。地表全充填压力注浆浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1:1.5～1:1.0。水泥占固相的15%～30%（路基取小值，桥、隧取大值），粉煤灰占固相的70～85%（路基取大值，桥、隧取小值）。路基采空区充填率为80～85%，浆液石体抗压强度大于1Mpa。桥梁和隧道采空区充填率为90～95%，浆液结石体抗压强度大于2MPa。帷幕孔孔距为20～25m，注浆孔孔距为25～40m。双层采空区采用一次成孔，全孔注浆。4、监测与检测情况良好，基本满足设计标准。 山西省交通规划勘察设计院8.1离军高速公路下伏采空区处治 山西省交通规划勘察设计院8.2太长高速公路下伏采空区处治1、工程概况太原～长治高速公路全长197.7km。煤矿采空区分为两个部分，第一部为已采区，累计长5.2km，这部分采空区按常规方法做了有效处治；第二部分为待采区，归属于潞安矿业集团常村煤矿，长670m，埋深380m、采厚约5.6～6.5m、回采率为90%。太长高速公路2003年12月开工，待采区于2004年2月正式开采，2004年6月进入路基范围内开采，至2004年8月底采完。2、常村煤矿采空区要素特征采空区名称里程桩号影响路线范围埋深(m)采煤厚度(m)回采率(%)采深采厚比H/M上覆硬质岩厚度(m)长(m)宽(m)常村煤矿K177+840～K178+5102324300～6003806.09058.46175 山西省交通规划勘察设计院8.2太长高速公路下伏采空区处治3、观测资料说明煤矿开采后，对开采区域进行了专门的沉降观测，情况如下：2004年7月路基原地表开始出现裂缝，并持续下沉，至2005年6月变形下沉趋于稳定，累计沉降量达到了3.2m，表明该段采空区主沉降已基本完成。 山西省交通规划勘察设计院8.2太长高速公路下伏采空区处治4、专题论证2005年5月30日，业主组织有关专家对常村煤矿采空区如何处治举行了专题论证会。通过对各种资料的分析和讨论，与会专家一致认为该采空区的主沉降已基本完成，可不进行专门治理，采用调整路面结构和加铺土工材料等方法来间接处理，以减缓采空区残余沉降带给路基路面的变形。 山西省交通规划勘察设计院8.2太长高速公路下伏采空区处治5、面结构调整情况原设计路面结构为：4cmAC-13I沥青混凝土+5cmAC-20I沥青混凝土+7cmAC-25I沥青混凝土+16cm水泥稳定碎石+17cm二灰稳定碎石+16cm二灰土。调整后路面结构为：4cmAC-16I沥青混凝土+5cmAC-20I沥青混凝土+10cm沥青碎石+15cm级配碎石+45cm二灰土。另外在石灰土和级配碎石之间以及级配碎石和沥青碎石之间各做一层土工格栅。6、太长高速公路2006年10月通车以来，运营情况良好。 山西省交通规划勘察设计院9建议1、希望与会专家能为编写组提供更多的咨询和指导意见。2、编写组将积极努力，同时希望部公路局能在年内正式出版。3、主编单位及编写组将继续延伸对采空区公路设计工作的研究，希望部公路局能支持《指南》作为行业标准连续升级。 汇报完毕，谢谢！'