高速公路大桥下伏采空区形变监测分析★

王 冠 儒

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

·桥梁·隧道·

高速公路大桥下伏采空区形变监测分析★

王 冠 儒

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

通过在采空区上部区域布设变形监测网，以监测高速公路建设到运行期间采空区及大桥基础的活动，分析注浆减沉后采空区残余移动变形的实测数据及注浆减沉效果，研究采空区残余移动变形对地表及大桥的安全稳定性影响。

高速公路，采空区，残余移动，变形监测，注浆减沉

0 引言

随着我国高速公路的快速发展,越来越多的工程不可避免的要经过煤矿采空区，特别是山西这样的煤炭大省。一般来说，通常在开采过程中采空区上覆岩层产生不均匀的沉降变形,会造成高速公路桥梁路面错落起伏、开裂，桥梁墩台产生大变形等破坏现象;工作面停止开采1年～2年的稳定期后，采动地表还有残余移动变形。近年来采空区地表建筑实践表明，如果采空区和其上方建筑物基础和结构不采取特殊处置和加固措施，一定条件下的残余变形对建筑物可能造成损害。特别是高速公路大桥，采空区残余移动变形会对其正常的运营、养护和维修构成严重的安全隐患和潜在危害。因此在青银高速公路主干线山西段某大桥下采空区采用全充填压力注浆法，将水泥粉煤灰浆液通过压浆泵、注浆管注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时在该段采空区上方区域布设变形监测网，以监测高速公路通过注浆减沉处治后，地表残余移动变形对高速公路建设到运行期间地基稳定及路基安全的影响。

1 移动变形监测点的布设方案

为了解采空区残余移动变形对地表及大桥的影响，在大桥受影响范围的一矿12406采空区和二矿1349采空区上方共布设11个观测点,其中4个观测点布置在采空区上方，两采空区的中间布设3个监测点，在高速公路大桥的2号、3号和4号桥墩上各布一个监测点，其中4号桥墩在12406工作面上方，2号、3号桥墩在12406采空区和1349采空区中间。为了反映注浆减沉的效果，所以部分监测点布置在采空区注浆区域内，另一部分测点布置在采空区没有注浆的区域内。各监测点的布点位置情况见图1。

2 移动变形观测

考虑到山区地形的具体观测方法和精度，地表移动变形观测采用Leica TC402两秒级全站仪进行，观测方法和精度按《工程测量规程》《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》及有关技术设计要求。

初始观测于2006年2月27日进行。2007年4月19日进行了第二次观测，2009年3月14日进行了第三次观测，2009年3月28日进行了第四次观测。

3 观测结果对比分析

在开采沉陷中主要是分析下沉和水平移动值，其他三个变形值都是这两个移动量的一阶、二阶导数，为此采空区地表残余移动变形也主要分析残余下沉和残余水平移动这两个移动量。

对各监测点的三维观测成果进行整理、计算，经检验无误后，计算出各观测点的下沉值和水平移动值。

3.1监测点沉陷状况分析

一二期高程观测结果对比分析：高程变化最大的为监测点4，两次差值为+19 mm，最小的为Z1点，其差值为-1 mm，平均为+8 mm。高速公路大桥的2号、3号和4号桥墩监测点高程差值分别为：+7 mm，+8 mm，+3 mm。

一三期高程观测结果对比分析:监测点6高程变化最大，其差值为+25 mm，最小为Z1点，其差值为+1 mm，平均为+12 mm。大桥的2号,3号和4号桥墩监测点高程差值分别为：+10 mm，+12 mm，+8 mm。

一四期观测高程对比分析:高程变化最大的为监测点5，其差值为+26 mm，最小为Z1点，其差值为+6 mm，平均为+15 mm。大桥的2号、3号和4号桥墩监测点高程差值分别为：+13 mm，+10 mm，+7 mm。

各监测点位每次观测时高程变化有大有小，基本上都是正值(Z1点，其差值为-1 mm)，不过都在误差允许的范围之内。

综合所有监测点的高程观测数据的变化，虽然都不同程度地表现为整体下沉的现象，但这并不能表示都是残余地表的下沉值。其一可能为测量观测误差所致，二是高速公路大桥运载荷车辆不断作用等。即使有剩余的残余沉降也是微量的，不会对高速公路大桥的稳定性造成威胁。

3.2监测点水平移动分析

一二期监测点水平移动分析：前两期观测各监测点的坐标对比情况可以看出，各监测点X坐标差值最大为+23 mm(非注浆监测点7)，最小为0 mm(监测点6和桥墩4)；Y坐标差值最大为+27 mm(监测点5)，最小为-1 mm(监测点7)。

一三期监测点水平移动分析：从第一三期两次观测各监测点的坐标之差来看，各监测点X坐标差值最大为-28 mm(监测点2)，最小为-5 mm(监测点1)；Y坐标差值最大为-27 mm(监测点6)，最小为-10 mm(监测点4)。

一四期监测点水平移动分析：两次观测各监测点的坐标对比情况如下，各监测点X坐标差值最大为-28 mm(监测点4)，最小为+7 mm(监测点1)；Y坐标差值最大为29 mm(非注浆监测点3)，最小为-4 mm(Z1)。

从数值大小和符号上看，都在建筑物移动变形的容许值范围。

每次观测监测点的平面坐标差值，符号上有正有负，数值也大小不一，符合误差的基本特性，从而基本可以认为，所出现的差值为测量误差项，不是地表水平移动的实际数值。

4 结语

从观测数据整体上分析，后三期观测结果与首次观测结果的差值都在测量误差范围之内，因而可以认为首次观测到第二次观测期间，以及至第三次观测和第四次观测期间地表均没有发生移动变形，或者说下沉和水平移动很小，都在容许范围之内，不会影响高速公路大桥的安全正常运行;通过实测数据分析可知，采空区经过注浆减沉处理后，可将地表残余移动变形控制在容许范围之内，大大减少了地表移动变形对高速公路大桥的不良影响，为大桥的维护提供了资料依据,对以后同类工程具有一定的参考意义。

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Analysisondeformationmonitoringofthegoafunderthehighwaybridge★

WangGuanru

(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The activities of the goaf and the foundation of the bridge during the periods of construction to operation of the highway was predicted by the deformation monitoring network that layout above the goaf. From this, the paper analysis the grouting reduce effect and the measured data of the remained movement deformation in goaf after grouting, and research the security stability impact of the remaind movement deformation to the earth surface and the bridge.

highway, goaf, remained movement, deformation monitoring, grouting reduce

1009-6825(2017)32-0137-02

2017-09-02 ★：山西省应用基础研究项目(201701D221025)

王冠儒(1966- )，女，硕士，高级实验师

TD173

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