高速公路下伏采空區安全深度的數值模擬研究

郭慶彪，郭廣禮，呂 鑫，張義穎

(1.安徽理工大學 空間信息與測繪工程學院，安徽 淮南 232001;2.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

煤炭作為我國能源基石，對國民經濟和社會發展做出了巨大貢獻[1]。我國煤炭以井工開采為主，煤炭開采后，井下遺留大量采空區，其在內、外荷載的擾動下可能“活化”，致使采空區地表產生殘余變形，制約其開發再利用。以往，新建高速公路時常采用避讓采空區的方式以保障車輛的運行安全，近年來，隨著我國高速公路網的加密(截至2020年底，我國高速公路總里程已突破16×104km)，其建設將不可避免地穿越煤礦采空區，如京福高速、梅汕高速、太舊高速等。但煤礦采空區垮落帶與斷裂帶內的破斷巖體已形成采動次生平衡結構，當采空區埋深較淺時，車輛外荷載可能波及至下伏采空區，導致覆巖結構失穩、活化，誘使地表建設場地產生較劇烈的變形破壞，威脅車輛的行駛安全；而當采空區埋藏較深時，由于荷載傳遞的衰減效果，車輛外荷載無法波及至上述結構時，可保持采空區的穩定狀態。由此可見，高速公路下伏采空區深度存在一個安全閾值，當采空區埋深大于安全閾值時新建高速公路是安全可行的；反之，則安全隱患較大。因此，如何確定高速公路下伏采空區安全深度，是進行采空區上方建設高速公路時需解決的科學問題，這與車輛荷載特性密切相關。

當前，常將車輛荷載等效為集中靜荷載，再評估該集中荷載對周邊附屬設施穩定狀態的擾動影響[2-4]。……