采煤塌陷區公路選線和施工淺析

摘要：通過在煤炭塌陷區公路設計和施工，探索煤炭采空區的處置、施工工藝和加固處理方法，選定合理的施工方式，以達到節約公路建設資金，保證公路運營安全的目的。在京福高速徐州繞城高速、淮北公路建設中，采用了不同的處治方案，主要有用橋跨或板跨法通過、全注漿加固法、固體廢物充填法和繞避方法或修筑臨時路段等。

關鍵詞：塌陷區 公路 選線 施工

在煤炭塌陷區公路設計選線和施工時，經過煤炭礦區、規劃區范圍大，影響路線布設，通過條件差。受到地質情況的影響，提高了公路橋梁的施工造價和增大施工方案的選擇的難度，如何節約資金和提高公路質量，保證在塌陷區順利完成，煤炭塌陷區公路建設中，常常遇到這樣的問題，現探討淺析如下。

1 塌陷區前期調查和路基變形規律

采空塌陷地質災害的預防問題根據項目地質災害危險性評估報告及批復，道路沿線部分路段采空塌陷地質災害危險性評級為大級，應與采礦權人協商，預留礦柱，禁止開挖，以免項目建設、運營過程中遭受不利影響.

如不可避免穿越煤礦塌陷區，需進行公路在附加靜荷載和交通動荷載的影響下，公路路基路面變形破壞規律的判斷。確定塌陷區或下采空區穩定性評價準確性，以進行破壞規律合理的處置辦法。公路路基結構破壞規律主要有：

1.1 路基結構在橫、縱向發生斷裂類型基本一致，屬突然性受拉破壞，在設計中應提高路基抗拉強度，可明顯提高抗變形和抗破壞能力。

1.2 在橫、縱向受拉破壞產生的部位有所不同，橫向屬于彎曲引起下部受拉，而縱向為懸臂上部受拉，在增強拉設計時應針對不同部位進行強化設計。

2 沉陷區取土和塌陷地治理

沉陷區土源較緊張，取土方案是項目工程勘察設計的重要內容，也是道路設計與社會環境緊密結合，充分節約社會資源的主要內容，能夠充分發揮工程建設在占地、環保、可持續發展方向的綜合效益。為保證沉陷區取土方案的可行性，在勘察設計過程中詳細征求各主管部門和相關單位的意見，現場考察工程施工條件、深入開展鉆探試驗工作，確保沉陷區土源能為公路路基填筑所用。

采煤沉陷區一般以濕地狀態存在，不能作為耕地使用，但區內土質與一般耕地區域相近，具有作為取土場的條件，沉陷區取土符合淮北市和其他煤炭城市治理采煤沉陷區的相關政策，與地方人民群眾的根本利益相符。

針對土地塌陷的不同情況，平原地區采礦塌陷地治理的主要采取原地復墾法、超前復墾和二次復墾法、換填法。原地復墾法是采礦塌陷地治理的常用方法之一，對塌陷區進行規劃后建設涵洞和小橋、選定合適位置挖溝排水，保證汛期沒有積水，使塌陷區海拔標高基本一致。對高低不平地面進行挖補平整；同時對塌陷區內不規則地形以及小坑塘、小壕溝進行統一規整，重新規劃改造。將土壤在得到徹底的混和翻曬后，覆蓋原塌陷地帶，便于農田耕種和恢復其地貌。其中超前復墾是指對一定范圍內有一層或兩層煤尚未開采，或采動影響區尚未穩定的土地進行復墾；二次復墾，就是對同一地塊在不同時間受兩次采動影響后，先后進行兩次復墾。換填法必須有充足的土壤和填充原料，此法可降低了復墾成本，保護了生態環境。了解塌陷區治理規劃，利于保障路基土方的來源，避免缺土影響公路施工。

3 塌陷區公路設計和處治方案

3.1 針對塌陷區路基結構，按照柔性原則，剛性原則或綜合措施提高路堤抗變形能力，保證路基的整體穩定性、足夠的強度和水穩定。在非穩沉塌陷區，公路可采用簡易路面結構（如：二灰碎石+瀝青路面），避免采用剛性結構等。

3.2 對于塌陷地帶下伏采空區，可采用橋跨或板跨法通過。此法對塌陷下伏采空區有一定的要求。釋放沉陷采空區沉降潛力，采取井下復采或爆破、高能級強夯法或水誘導沉降法等，以進一步使地基穩定。此法主要適合淺部采空區，但對富水、開采年代較久的采空區不適應。

3.3 針對塌陷區情況進行加固處理，可細分為全注漿加固法，注漿加固采空區圍巖結構法和局部支撐加固法。在非穩沉塌陷區內，預防和控制地表殘余沉降的發生，采取全注漿充填法、注漿柱、井下砌墩柱和大直徑鉆孔灌注樁或直接采用樁基礎、堆載預壓法、高能級強夯法和水誘導沉降法等。京福高速徐州繞城東段通過煤炭塌陷區，地表發生變形和地面沉陷，公路建設影響較大，公路破壞力強。為保證高速公路地基穩定，地面穩定安全，其采用全注漿充填法，漿材采用普通水泥、粉煤灰、砂和粘土等就地取材原料，價格低廉、灌注工藝簡單。根據原采煤區采煤方式、冒落充填特點及裂隙溶洞的發育程度不同，通過現場灌注試驗確定注漿壓力、漿液凝結時間和單孔注漿量。施工時合理安排和確定治理范圍，安排注漿孔的布設，在注漿孔邊緣減少漿液流失設置邊緣帷幕孔。施工時加大對富水地區的排水和治理，參照水利水電工程注漿及地下水排水方法。在公路建成通車后，經地質物探檢測、鉆芯取樣和三年的沉降觀測，處治效果明顯，公路運營安全。

3.3.1 加固處理的范圍包括沿公路軸線方向上的治理長度、垂直軸線方向的治理寬度及地下治理深度和注漿段的高度、注漿范圍與空洞的分布、埋藏深度、上覆巖性及路基的類型（挖方、填方）因素有關。

3.3.2 交通部門根據交通公路規劃積極同礦區協調對接，了解采煤區塌陷情況，通報交通公路設施建設規劃。針對煤炭資源逐步枯竭，在建筑物下壓煤比例的增加，塌陷區搬遷越來遇難的現實情況，積極應用充填開采技術，煤炭礦區減少煤矸石占地，污染環境問題，并取得明顯經濟和社會效益。例如：山東能源新汶礦業集團探索實施原生煤矸石綜采充填、普采充填和煤矸石低壓風動力充填、泵送充填等工藝，實現了煤矸石不出區、不升井、不上山。以達到停用煤矸石山，減少煤矸石排放和占用土地的目的。保證了采空區的穩定性，有利于公路規劃建設。

3.4 固體廢物充填法，固體廢物充填法是將塌陷地內的表土層取走存放，再用煤矸石、灰渣或粉煤灰等廢棄物混合充填到一定高度，再把取走的地表土覆蓋在上面，滿足路基設計技術要求。煤炭集團公司產生的大量灰渣、煤矸石為路基提供了充足的充填原料，既降低了公路建設成本，又減少了廢渣堆放，保護了生態環境。施工前要對煤矸石、灰渣進行強度試驗和技術檢測。

3.5 繞避方法或修筑臨時路段，公路繞避選線設計應遵循里程短、走向順直、拆遷少、與煤炭勘探區不干擾的原則，考慮路線歷程、工程造價、路網結構、工程對城鎮規劃區的影響因素，合理選線。對于情況復雜的狀況，可修筑簡易或臨時路段，保證公路安全通暢并制定后期公路營運養護和維修方案。

4 小結

在設計施工前，加強資料的收集及沉陷區穩定性的評價、勘察、調查的準確性，沉陷區穩定性的評價決定施工處治所采取的方法，進行施工工藝的選擇。公路設計時進一步與煤炭企業溝通，同時進行必要的地質調查、物探、鉆探，全面調查塌陷區情況，盡量避讓或采取有針對性的處置措施，以避免在施工和運營期間有較大的病害發生，從而增加工程造價，影響行車安全。

參考文獻：

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