科研项目
公路采空区处治成套技术研究
来源:    日期:2017/11/28 15:23:38    点击:

【项目简介】

我国矿产资源分布广、储量大,尤其煤炭资源储量和产量居于世界第三位和第一位,采掘而形成的采空区已具有相当规模,仅山西省采空区面积已达2万平方公里,约占全省国土面积的八分之一,对资源环境、地质环境、生态环境、基础建设环境及民生环境造成了不良影响,而且还在持续扩大。《公路采空区处治成套技术研究》主要依托多年公路建设采空区处治工程实践,在采空区勘察及处治设计、施工、监测、检测等方面进行了系统的理论技术研究和应用,属重大工程类项目。

主要技术内容有采空区沉陷变形机理及处治技术理论与试验、采空区稳定性分析与评价、采空区处治技术、采空区监测与检测等五个方面。

本项目获中国公路学会2011年度科学技术一等奖;山西省交通规划勘察设计院依据此项目研究成果,主编了交通运输部行标《采空区公路设计与施工技术细则》,填补了我国公路建设地质病害处治领域的一项空白,使我国采空区处治技术处于国际领先水平;获得国家发明专利1项,即《公路采空区处治效果检测方法 》。在“2010国际工程地质大会工程地质学报等会议、期刊发表论文17篇。

作为本项目研究子课题的《桥隧下伏采空区处治关键技术研究》,获得2010年度山西省科技进步二等奖。

技术经济指标包括:

1. 采空区场地及地基稳定性评价标准。依据采空区地表剩余移动变形值及其对公路工程可能造成的危害程度,采空区场地稳定性划分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四个等级,并制定了量化指标;根据不同公路等级及其工程类型(如路基、桥梁、隧道)地基变形容许值制定采空区地基稳定性评价标准。

2. 采空区处治判定标准。依据采空区上覆工程类型和采空区场地稳定性等级确定采空区是否需要处治。

3. 采空区注浆处治范围新方法。依据采空区类型、开采方式及上覆岩石坚硬程度,确定采空区注浆处的治范围。

4. 采空区注浆处治方法和体系。包括桥隧工程和路基工程处治标准的差异、注浆材料的配比以及注浆参数的确定等。

5. 采空区监测网的布设方法和适用条件。包括勘察设计阶段和施工、运营阶段桥梁、隧道和路基采空区的观测和监测。

6. 采空区注浆处治效果检测体系和采空区注浆处治质量验收标准。包括检测的项目、方法及质量评价标准。

7. 采空区非注浆处治的方法和体系。包括干、浆砌支撑法、开挖回填法、巷道加固法、强夯法、跨越法及其适用条件。

8. 工程处治费用与传统相比降低幅度20%

【技术创新】

一是基于采空区地表剩余移动变形值及其对公路工程可能造成的危害程度,建立了采空区场地稳定性评价标准,明确了量化指标;基于不同的公路等级及其工程类型(如路基、桥梁、隧道)地基变形容许值,建立了采空区公路工程地基稳定性评价标准;明确了采空区稳定性分析的方法及其适用条件。

二是根据采空区上覆工程类型和采空区场地稳定性等级提出了采空区处治设计原则,建立了注浆处治和非注浆处治的方法和体系。依据采空区的类型、开采方式、回采率及上覆岩石的坚硬程度的差异,确立了采空区影响宽度基岩移动影响角和注浆布置范围的新工艺。

三是提出了采空区监测网的布设方法、适用条件和采空区注浆处治效果检测体系、质量评定与验收标准。

四是通过多种工程数学模型和实验室试验,揭示了不同工况条件下地表变形规律、煤层回采后覆岩裂隙带的空间分布特征,实现了采空区工程处治的信息可视化。

    该项目研究成果具有很强的实用性、突出的创新性,经济效益和社会效益显著,推广应用前景广阔。研究成果总体达到国际领先水平。

【推广应用】

山西省交通规划勘察设计院利用本项目研究成果主编了交通运输部行标《采空区公路设计与施工技术细则》(JTG/T D31032011),已在全国颁布实施6年,在北京、山西、内蒙、新疆、河南、吉林、广西、陕西、甘肃、河北、山东、贵州、四川、云南、重庆、辽宁、湖北、湖南、天津、黑龙江等20个省(市、区),在公路、建筑、铁路、市政、工矿、煤炭等行业得到广泛运用,公路建设处治采空区长度累积达到300km以上,已通车运营的高速公路运行良好。除公路行业外,在铁路、建筑、工矿、煤炭、市政等行业领域广泛应用,在保障人身健康、生命财产及生态环境安全等方面发挥了重要作用。

该项目研究成果列入交通运输部科技司2012年度、2015年度《交通运输建设科技成果推广目录》,在全国交通行业推广应用。