山區公路下伏淺層小窯采空區綜合勘察技術研究

左虹俊 查俊 林武翀

摘要：文章在山區公路下伏淺層小窯采空區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”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，進行穩定性分析，可為類似項目提供參考。

關鍵詞：采空區;多層次立體式綜合勘察;邏輯框架;工程地質條件;穩定性評價

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問題。這些采空區多分布不規則，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、規劃、過程管理等領域。

目前國內采空區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”的多層次立體勘察理念，結合工程實際制定出采空區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一起來，相互印證，環環相扣，從點面、空間形態各層次入手，最終形成了一個更完善、更符合認識規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這一勘察難題，具有很好的推廣前景。

2 采空區綜合勘察實例

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。

2.2 采空區屬性特征

采空區平面如圖2所示，長約1700m，寬約100-500m，總面積約41萬m，中間地形較平坦區約21萬m。采空區開采起于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。

2.3 采空區工程地質條件特征

2.3.1 地形地貌

采空區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，地形較平坦，其四周為內、外邊緣區，現狀多為陡坎。

2.3.2 地層巖性及地質構造

采空區分布有填土、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，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.

采空區位于區域性深大斷裂南側，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，采空區無統一地下水位，局部存在上層滯水。

2.4采空區變形特征

采空區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采空區物探特征

在古窯及近代小型采空區勘察中，采用地震映像法可取得很好的探測效果。本采空區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，大致埋深約7-17m。

3 采空區穩定性評價

公路路基下伏采空區的穩定性評價是一個比較新的課題，沒有系統的研究成果，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路段路基的不穩定性。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，故地基不穩定，需要進行工程處理。

4 結語

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

（2）小煤窯古采空區多分布不規則，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”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的各類地質情況，進行了穩定性分析，為治理設計提供了依據，取得了很好的勘察效果。