山区公路下伏浅层小窑采空区综合勘察技术研究

左虹俊 查俊 林武翀

摘要：文章在山区公路下伏浅层小窑采空区勘察中引入无人机三维空间勘察技术，提出“上观下校，由体到面、由面到点，由地面到地下，先大局后细节”的多层次立体式综合勘察理念，制定出该方法的逻辑框架表和技术流程图，并在某公路采空区专项勘察中应用该综合勘察方法，查明其属性、工程地质条件、变形和物探特征等，进行稳定性分析，可为类似项目提供参考。

关键词：采空区;多层次立体式综合勘察;逻辑框架;工程地质条件;稳定性评价

中图分类号：U412.2 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.015

文章编号：1673-4874（2019）10-0051-04

0引言

随着国民经济的高速发展，公路建设突飞猛进，越来越多的公路工程遇到下伏浅层小窑采空区问题。这些采空区多分布不规则，开采年代久远，开采方式简单，顶板管理不善，无资料可查，勘察难度很大。另外，公路跨越采空区易出现不均匀沉降、开裂、塌陷、滑塌等地质灾害，其治理费用巨大，对路基运营安全也有重大影响。制定有效的采空区勘察方法、提高勘察精度已成了迫在眉睫需要解决的难题。

1基于逻辑框架法的采空区多层次立体式综合勘察技术

逻辑框架法是一种用于设计、计划和评估的思维方法，它用一张框架图来清晰地分析一个复杂项目的内涵和各种逻辑关系，广泛用于项目分析、规划、过程管理等领域。

目前国内采空区主要采用工程地质调绘、工程物探、钻探、原位测试、变形观测相结合的勘察方法。如何结合及其工作流程、逻辑关系，相关规范并没有明确说明，因此造成了现阶段各种方法组合上的混乱，相互协调解决问题能力不强，勘察结果出现错漏和偏差，影响设计成果。找出各方法的内在逻辑关系，制定相匹配的勘察流程至关重要。本文在现有综合勘察方法的基础上，引进无人机三维空间勘察技术，提出“上观下校，由体到面、由面到点，由地面到地下，先大局后细节”的多层次立体勘察理念，结合工程实际制定出采空区综合勘察技术的逻辑框架表（见下页表1）和技术流程图（见下页图1），阐述了各种勘察方法的内在逻辑关系，为同一个目标，将各种勘察手段有机统一起来，相互印证，环环相扣，从点面、空间形态各层次入手，最终形成了一个更完善、更符合认识规律的综合勘察技术方法。采用这种综合立体勘察方法能很好地解决采空区这一勘察难题，具有很好的推广前景。

2 采空区综合勘察实例

2.1拟建项目概况

某公路工程长约14km，宽40m。K4+600-K6+280段穿越采空区。

2.2 采空区属性特征

采空区平面如图2所示，长约1700m，宽约100-500m，总面积约41万m，中间地形较平坦区约21万m。采空区开采起于20世纪70年代终于90年代，以明挖为主，巷道为辅，分布无规律，开采面积较大。煤层呈多层分布，采深采厚比一般为2-8;岩层产状200°∠15°-25°;顶板一般简单支护，任其自由跨塌，属浅层小窑采空区。

2.3 采空区工程地质条件特征

2.3.1 地形地貌

采空区属垄岗微丘地貌单元，原始地貌呈波状起伏的垄岗及岗间洼地。K4+660-K4+750、K5+000-K5+400、K5+460-K5+800、K5+890-K5+280段位于盆地中间区，地形较平坦，其四周为内、外边缘区，现状多为陡坎。

2.3.2 地层岩性及地质构造

采空区分布有填土、黏土、那读组泥岩夹粉细砂岩、煤层。从新至老描述如下：

第四系人工填土层①（Q）：杂色，稍湿，稍一中密状，以黏性土为主，含少量泥岩、粉砂岩块及煤块，均匀性差，未经辗压，层厚6-25m。实测标贯击数3-19击，平均8.9苗，主要分布于盆地中间区，具有中等膨胀性。

第四系残坡积黏土层③（Q）：黄褐色，硬塑状，层厚1.4-4.5m，具中压缩性，主要分布于盆地边缘的垄岗上，具强膨胀性。

古近系渐一始新统那读组泥岩夹泥质粉砂岩（En）：灰黄色、灰绿，泥质结构，薄一中厚层状，易崩解开裂，具强膨胀性，岩质极软。

煤层⑦：黑色，质地疏松，有轻微染手现象，厚0.50-6.30m.

采空区位于区域性深大断裂南侧，最近距离约2.0km。

2.3.3 水文地质特征

采空区在K4+960右侧、K5+020-K5+060右侧、K5+540左侧等处有采坑积水塘。根据钻孔揭露，采空区无统一地下水位，局部存在上层滞水。

2.4采空区变形特征

采空区地表变形特征主要表现在地表陷坑、裂缝，台阶、地表移动盆地及边坡变形、滑塌以及采空区内的猪场及工棚出现纵横向裂缝、位错、隆起破坏。K5+100-K5+240左側、K5+460-K5+520段、K5+700-K5+900段出现坑壁裂缝、变形垮塌。

2.5采空区物探特征

在古窑及近代小型采空区勘察中，采用地震映像法可取得很好的探测效果。本采空区采用了高密度电法和地震映像工作相结合的物探方法，效果明显，其成果显示：K5+044-K5+070（如图3-4所示）、K5+585-K5+607、K5+690-K5+720三段曲线频率变低，结合其钻探成果，推断这些地段下伏老巷道，且已坍塌充填，形成采空扰动区，大致埋深约7-17m。

3 采空区稳定性评价

公路路基下伏采空区的稳定性评价是一个比较新的课题，没有系统的研究成果，目前主要从变形特征、顶板岩性和松散层厚度及地表下沉指标评价判断采空区路段路基的不稳定性。由于路线位于影响范围以内，顶板岩层的临界深度由以下公式计算：

其中：B——巷道宽度（m），根据调查取巷道宽度2.5m;

P——路基基底单位压力（kN/m），包括路基路面自重及动荷载换算压力;

r——岩层重度（kN/m），岩土层取平均值20kN/m;

ψ——松散层移动角（°），取岩层内摩擦角20°。

根据工程地质纵剖面（见图5），计算出K5+044-K5+070段下伏采空区顶板岩层临界深度H=14.5m，而此處的巷道折算后埋深小于临界深度，故地基不稳定，需要进行工程处理。

4 结语

（1）在公路建设时，采空区已成为设计、施工中重要的影响因素，需要准确查明采空区的属性、工程地质条件、变形和物探等地质特征。

（2）小煤窑古采空区多分布不规则，开采年代久远，开采方式简单、顶板管理不善、无资料可查，按以往以点带面的勘察方法难以查清。

（3）在勘察中引入无人机三维空间勘察技术，提出“上观下校，由体到面、由面到点，由地面到地下，先大局后细节”的多层次立体式勘察理念，制定出一套综合勘察技术的逻辑框架表和技术流程图。

（4）在某公路采空区勘察中应用多层次立体式综合勘察技术，有效地查清了采空区的各类地质情况，进行了稳定性分析，为治理设计提供了依据，取得了很好的勘察效果。