采空区路基治理后沉降观测分析

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摘要：在采空区的地基处理中，注浆全填充法是简单有效的方法之一，而对注浆效果的检查一直没有统一的方法。尽管检查方法多样，但路基沉降观测却是任何方法必不可少的组成部分。本文结合山东新泰市境内东平铁路一处大型铁路路基采空区处理工程实例，对采空区处理后的铁路路基沉降进行布网施测，选取代表性路基断面进行沉降观测分析，利用数值分析方法对最终沉降量进行了预测，供同类工程分析参考。

关键词： 采空区沉降观测沉降量曲线拟合分析

Abstract: in the foundation treatment of goaf, grouting filling method is one of the simple and effective method, and the grouting effect inspection has been no uniform method. Although the examination methods varied, but part of subgrade settlement observation is essential for any method. In this paper, combined with the Shandong city in Xintai Dongping Railway a large railway subgrade treatment of mined-out area of engineering examples, for network measurement of railway subgrade goaf disposal after the settlement, representative of subgrade section settlement observation and analysis, the final settlement is predicted by using numerical analysis method, for similar project reference analysis.

Keywords: goaf subsidence observation settlement curve fitting

中图分类号： [TU196.2] 文献标识码： A 文章编号：

铁路工程与公路工程相比，具有活载比重大的特点，所以采空区铁路路基治理后的沉降观测具有较高的要求。一方面体现在监测网的布设技术标准高，另一方面体现在测量精度高且容许沉降量小。对于采空区的治理，治理方案不同，治理效果不尽相同，但一般情况下习惯采用注浆法。

我国的煤矿成煤年代多为石炭纪、二叠纪和侏罗纪。这也决定了大多数采空区位于第四系全新统（）人工堆积碎石土、第四系更新统冲洪积（）黄土、奥陶系（）灰岩及燕山期侵入闪长。空区地表大部分被第四系黄土覆盖。由于采空区距地表不算太深，采空区覆岩较软，则注浆全填充法与局部支撑覆岩、诱发塌陷、桥跨治理方案相比，安全经济，可靠实用。笔者讨论的内容，即为采用注浆全填充法治理后的采空区路基沉降观测分析。

1 工程背景

本段起讫里程为东平铁路DK1+365～DK3+250，正线长度为2.15km，主要内容包括路基填方及桥涵工程。其中，路基平均填高6-8米，框架涵6座，是按国铁II级标准设计施工。

该段路基全部位于煤矿采空区范围。经勘测，该采空区自地表向下共分5层，最浅埋深距地表不及25m，最深可达150m以上。是近年来国内规模及施工难度均较大的采空区处理工程之一。该段路基位于采空区“三带”划分中的弯曲。为统计该采空区范围内注浆充填完毕后的最终沉降及工后沉降，施工人员针对采空区路基及桥涵结构物等进行沉降观测。

2 观测设备

根据沉降观测要求，本段主要设备为2台Trimble DiNi03电子水准仪，2把标尺。其中仪器标称精度为0.3mm/k，标尺量程3.5m。在满足沉降观测要求的前提下，投入设备精简实用。7名专业测量人员，对治理通车后的采空区段进行长达一年多的沉降观测。

3 沉降观测技术标准

(1) 监测网建网方式:线下工程垂直位移监测一般按沉降变形等级三等的要求（国家二等水准测量）施测，根据铁路路基沉降变形测量精度要求高的特点，垂直位移监测网用分级布网、等精度、观测逐级控制的方法布设。

(2) 监测网技术标准:监测网的技术要求主要由水准测量的等级决定。

表1垂直位移监测网技术标准

(3) 基准点：建立在采空区沉降变形区以外的稳定地区，基准点使用基岩点、深埋水准点，增设时按国家二等水准测量的相关要求执行。

（4）工作基点：这些点埋设在稳定区域，确保在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程的传递点。工作基点按照二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直位移监测需要。加密后的水准基点（含工作基点）间距150m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。

（5）沉降观测点：直接埋设在采空区治理

范围内。点位设立在能反映采空区沉降变形的特征部位，要求设置牢固，便于观测，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。

（6） 沉降监测桩：桩体选择Φ20mm不锈钢棒，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，埋置在监测断面设计位置，埋置深度0.8m，桩周0.25m用

沉降监测桩剖面图

C20混凝土浇筑固定，完成埋设后按二等水准

标准测量桩顶标高作为初始读数。

（7） 沉降监测断面:路基沉降监测断面根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置。沉降监测断面的间距一般不大于50m，对于地基条件复杂，地形起伏较大应适当加密25m布设一个观测断面，路堤与不同结构物的连接处应设置沉降监测断面，每个横向结构物两侧过渡段各设置一个监测断面。路基沉降观测断面具体里程按照路基工点设计图设置。如图所示：

沉降观测桩埋设布置图

4 路基沉降观测

路基左右侧两排沉降观测桩自2009年11月开始第一次注浆前数据观测，共分为四个阶段，检测频率如下表所示：

表2路基沉降观测频率

通过历时18个月的观测，得出相关数据并对沉降观测数据进行统计。由于数据量庞大，仅选择了代表性路基断面沉降观测每月平均值，如下表所示：

表3DK2+220路基断面沉降观测数据统计

5 沉降观测数值分析

FLA数值解析方法是沉降观测较快捷的分析方法。沉降观测曲线法对于沉降速率的计算和预测趋势效果直观。常用的曲线形式有双曲线法、星野法、指数曲线法，在掌握固结度及固结系数的前提下，还可选用沉降速率法、三点法、浅岗法等等。虽然曲线形式和计算方法比较多，但在实际应用中，并非每一种精度都很高，宜根据地基处理的实际情况选择使用。笔者以双曲线法为例，进行沉降观测数值分析。

双曲线法是假定下沉平均速度以双曲线形式减少的经验推导法。任意时间的沉降量都可以用计算起始参考点的沉降量和时间的函数表示，其中时间t是自变量，任意时间的沉降量St是应变量。任意时间的沉降速率v=St’, 在函数关系式St=f(t)中，取极限t—∞时，可得到双曲线法计算的最终沉降量。

从填土开始到任意时间t的沉降量St,可用式(1)表示:

由式(2)得到，(t-ta)/(St-Sa)与(t-ta)的关系，是斜率为,截距为的直线。根据沉降观测值，采用拟合的方法计算斜率和截距,如图所示，计算得:=0.0716，=19.854。

参数、的确定

拟合双曲线方程为：S=11.542-1066.67/t

双曲线法S-t关系图

对沉降量求一阶导数得沉降速率：

6 结论

（1）截至2011年5月，累计沉降量不超过1cm。已有沉降观测结果，采空区地表在施工期整体稳定，未发生大面积沉降或塌陷。

（2）由于后期沉降变形缓慢，可适当降低观测频率，利于提高拟合曲线的线性相关系数。初期观测影响因素复杂，对于离散性较大的点，可剔除后再进行拟合。

（3）观测时间越长，分析结果越接近实际。尤其是路基填筑完成后，一般要求观测时间不少于半年。

（4）实践证明，星野曲对后期沉降预测更为准确。读者可将两种曲线配合使用，对单一曲线预测结果进行修正。

参 考 文 献:

[1] 张留俊.王福胜.李刚. 公路地基处理设计施工实用技术[M].北京：人民交通出版社2004,(8): 224-234.

[2] 魏安辉.曾德礼.路基采空区注浆效果检查方法初探[J].路基工程 2006,(4)

[3] 刘茂.魏安.邱恩喜.铁路专用线大型采空区注浆治理及工后变形计算[J].四川建筑 2007,(6)

[4] 李娅.赵文.铁路复杂采空区处理措施优化方法的研究[J].铁道建筑 2008,(7)