萬(wàn)戰(zhàn)勝 楊 鋒 黃勇博

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

1 項(xiàng)目概況

武陟至云臺(tái)山高速公路（以下簡(jiǎn)稱武云高速）位于焦作市的修武、武陟縣境內(nèi)，項(xiàng)目所處地貌單元為黃河沖洪積平原和山前傾斜平原，地勢(shì)平緩，起伏較小。線路K30+950～K32+950總計(jì)約2公里為采空區(qū)，2014年3月前后正在開(kāi)展施工圖階段采空區(qū)方案技術(shù)論證工作。該采空區(qū)段落四標(biāo)施工單位已進(jìn)場(chǎng)，段落內(nèi)的通道構(gòu)筑物已陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)，部分構(gòu)筑物已完成基礎(chǔ)施工，路基段暫未開(kāi)工，目前已完成大部分清表工作。

2 留設(shè)保安煤柱的必要性

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30－2004)第7.15.1條規(guī)定：在尚未開(kāi)采的煤層分布區(qū)，高速公路應(yīng)留設(shè)保護(hù)煤柱?！恫煽諈^(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03-2011）第5.6條規(guī)定：當(dāng)公路下伏或臨近礦產(chǎn)資源將被開(kāi)采時(shí)，應(yīng)按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》的要求留設(shè)公路保護(hù)煤柱?！督ㄖ铩⑺w、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》第15條規(guī)定：在礦井、水平、采區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)劃定保護(hù)煤柱的建（構(gòu)）筑物有高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道等?！恫煽諈^(qū)公路設(shè)計(jì)指南》（送審稿）（主編單位：山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院；參編單位：中交二院、中國(guó)地大(北京）、中交通力公司）指出：當(dāng)公路建設(shè)不可避免的要壓覆礦產(chǎn)資源時(shí)，應(yīng)預(yù)留保護(hù)礦柱。

圖1 K31+545～K31+700礦界保護(hù)煤柱壓覆范圍

路線K31+545～K31+700段落路區(qū)155m長(zhǎng)，保護(hù)煤柱平均埋深420m，煤層平均厚度5m，東西向壓覆500m，南北向110m，資源壓覆估算參數(shù)回采率取90%，煤1.4噸每立方米，煤凈利潤(rùn)300元每噸，路線壓覆煤量346 500噸，約10 395萬(wàn)元。古漢山礦對(duì)K31+545～K31+700礦界保護(hù)煤柱有開(kāi)采計(jì)劃（圖1），古漢山礦正在走報(bào)批開(kāi)采手續(xù)，預(yù)計(jì)2015年開(kāi)采。從公路安全角度考慮，開(kāi)采將進(jìn)行地下水大范圍抽排，煤層回采對(duì)趨穩(wěn)地層二次采動(dòng)，引起地表變形指標(biāo)超限，建議項(xiàng)目業(yè)主予以重視，從協(xié)調(diào)層面杜絕高速公路建設(shè)期與建成后線下保護(hù)煤柱范圍內(nèi)任何采礦活動(dòng)。

K29+340～K30+950為古漢山礦儲(chǔ)煤區(qū)，煤厚5.0～5.6米，埋深556～884米，路線在古漢山礦工業(yè)廣場(chǎng)和李固村保護(hù)煤柱上通過(guò)，依據(jù)規(guī)范原則上不允許公路建成后出現(xiàn)影響線路安全的采掘活動(dòng)。

K29+340～K32+950段落二1煤采空區(qū)和儲(chǔ)煤區(qū)下伏100米左右有2米厚一2煤賦存，目前不具有開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，古漢山礦總工也明確這一點(diǎn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范在高速公路建成后原則上不允許公路建成后出現(xiàn)影響線路安全的礦層采掘活動(dòng)。

3 回采對(duì)線路的危害性評(píng)價(jià)

3.1 影響路基承載力，破壞路面。路線K31+545～K31+700段落路區(qū)155m長(zhǎng)，礦界防水煤柱平均埋深420m，煤層平均厚度5m，開(kāi)采后建設(shè)場(chǎng)地將有非常顯著（1～3米）的地表沉降，在公路建成后也沒(méi)有可靠的工程措施能絕對(duì)預(yù)防這種巨量地表變形。煤柱的開(kāi)采將造成擬建公路路基大范圍下沉，在豎直方向上產(chǎn)生拉伸變形，將引起路基本身松馳，還有可能在不同土質(zhì)界面上產(chǎn)生脫層，影響路基的承載力，加大地表的傾斜和拉伸變形，對(duì)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，同時(shí)反映到路面上將出現(xiàn)路面開(kāi)裂等病害[1]。

3.2 影響公路線形及路面坡度，降低公路技術(shù)指標(biāo)，易引發(fā)交通事故。采空區(qū)冒落塌陷的不連續(xù)與沉降，引起路基隨之產(chǎn)生下沉，使得路面的原有坡度出現(xiàn)變化。路基在下沉的同時(shí)，必然伴有水平方向的位移。垂直于路線方向的橫向移動(dòng)將改變路基原有的方向，沿路基縱向的水平變形，會(huì)使路基受到拉伸和壓縮，上述兩種移動(dòng)的不均勻性，會(huì)使高速公路坡度發(fā)生變化及豎曲線形態(tài)的變化和線路方向的改變等，嚴(yán)重時(shí)造成行車事故[2-4]。

K31+545～K31+700段落煤層采深采厚比大于40，地表出現(xiàn)不連續(xù)沉陷可能性不大，但是局部沉陷盆邊容易出現(xiàn)拉張裂縫，引起路面損害，從而降低道路行車技術(shù)指標(biāo)，路基路面面臨隨開(kāi)采活動(dòng)影響下反復(fù)整修的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)壓力。

圖2 采空區(qū)地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間

3.3 開(kāi)采對(duì)通道構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)造成危害。根據(jù)路線設(shè)計(jì)明確：K31+734.000(4X3.5m)鋼筋混凝土蓋板通道，地下520米深5米以上厚度的礦界煤柱開(kāi)采，依據(jù)《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03-2011）圖 D.0.3(圖 2)推斷在開(kāi)采后 6～7個(gè)月內(nèi)會(huì)引起地表1～3米的整體下沉，并伴有長(zhǎng)期的殘余變形發(fā)生，過(guò)程將持續(xù)3～5年。地表下沉將顯著降低涵洞構(gòu)筑物高程，沉降過(guò)程中結(jié)構(gòu)物次生應(yīng)力的不斷轉(zhuǎn)化調(diào)整，容易引起結(jié)構(gòu)物開(kāi)裂破壞，情況嚴(yán)重可能引起公路斷通，造成不良社會(huì)影響。

3.4 K31+545～K31+700段落路區(qū)155長(zhǎng)，保護(hù)煤柱平均埋深420m，煤層平均厚度5m，其開(kāi)采過(guò)程首先需要防治水，一般會(huì)抽排大量的老空水，吳村煤礦本已是沉降穩(wěn)定的采空區(qū)，可能因大范圍地下水的抽排，活化地層結(jié)構(gòu)，引起大范圍吳村老采空區(qū)地表不穩(wěn)定變形與地層固結(jié)沉降，擴(kuò)大采動(dòng)影響范圍，造成大段落不合格路基出現(xiàn)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)難以控制。

4 回采后路線方案對(duì)策研究

4.1 2014年1月22日電話調(diào)查古漢山礦區(qū)主管領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)焦煤集團(tuán)正在研究保護(hù)煤柱的開(kāi)采技術(shù)方案，并已上報(bào)國(guó)土資源廳待審批中，預(yù)期2015年開(kāi)始回采礦界煤柱，建議項(xiàng)目業(yè)主盡快介入此事，確保跟礦區(qū)協(xié)調(diào)落實(shí)K31+545～K31+700段落礦界煤柱禁采事宜，保證高速公路項(xiàng)目建設(shè)安全。

4.2 在協(xié)調(diào)過(guò)程中，建議與礦企建立長(zhǎng)效技術(shù)合作機(jī)制，協(xié)助項(xiàng)目設(shè)計(jì)與建設(shè)單位能夠獲得礦企詳細(xì)有關(guān)保護(hù)煤柱的地質(zhì)與采礦資料，以便開(kāi)展保護(hù)煤柱開(kāi)采相關(guān)課題的研究工作。

4.3 K31+545～K31+700段落礦界煤柱的開(kāi)采，對(duì)大采深采空區(qū)也難有可靠技術(shù)措施完全杜絕對(duì)線路的不良影響，能開(kāi)展的工作是執(zhí)行嚴(yán)密的地表變形監(jiān)測(cè)方案，結(jié)合礦區(qū)地下開(kāi)采進(jìn)程及采動(dòng)程度，對(duì)線路采取定期維護(hù)對(duì)策。在新修高速公路的定期維護(hù)過(guò)程中，需提前從政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等多方面做好對(duì)策預(yù)案，以免新建高速剛通車因地下回采引起路基沉降等病害在社會(huì)上產(chǎn)生不良影響。

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路穿越儲(chǔ)煤區(qū)的建設(shè)問(wèn)題，涉及到采煤、采空沉陷、路基路面、橋涵加固、結(jié)構(gòu)糾偏、變形監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多學(xué)科知識(shí)體系，綜合性強(qiáng)，技術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，決策困難。目前的國(guó)內(nèi)規(guī)范規(guī)程都用簡(jiǎn)單的保護(hù)煤柱留設(shè)應(yīng)對(duì)，但是該方法又大范圍壓覆煤炭資源，切割煤田開(kāi)采工作面，嚴(yán)重影響煤田正常生產(chǎn)與企業(yè)效益。該問(wèn)題可行的技術(shù)研究方向是對(duì)采礦與公路建設(shè)開(kāi)展聯(lián)合設(shè)計(jì)工作，目前國(guó)內(nèi)在這方面還沒(méi)有開(kāi)展相應(yīng)的工作，設(shè)計(jì)規(guī)范的限制與行業(yè)利益的交織及行業(yè)體制原因制約了該技術(shù)方向的發(fā)展，這也是目前該領(lǐng)域最有價(jià)值的發(fā)展方向，建議行業(yè)同仁積累經(jīng)驗(yàn)，共同推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步，最大化地提高國(guó)土資源利用效益。

[1]孫忠弟.高等級(jí)公路下伏空洞勘探、危害程度評(píng)價(jià)及處治研究報(bào)告集[R].北京：科學(xué)出版社，2000.

[2]杜廣印，童立元，劉松玉.高速公路下伏多層煤礦采空區(qū)處治方法研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，31（3）：115～118.

[3]朱金寶，郝志東，張引良等.采空區(qū)探測(cè)及其處理[J].露天采煤技術(shù)，2002(3)：39-40.

[4]計(jì)中彥.隧道采空區(qū)處理技術(shù)探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013(15)：62-64.