[发明专利]一种高速公路隧道上伏采空区处治方法

说明书

本发明涉及一种高速公路隧道上伏采空区处治方法，该处治方法的实施过程主要包括：(1)首先，建立高速公路隧道与上伏采空区间岩层稳定性临界距离的判别公式，确定高速公路隧道上伏采空区的处治区域与非处治区域；(2)针对高速公路隧道上伏采空区处治区域，在洞口隧道开挖采空区揭露段采用混凝土进行充填，采空区非揭露段采用水泥砂浆进行充填，同时混凝土与水泥砂浆充填区域间施作止浆墙以防止水泥砂浆注浆时产生漏浆、跑浆现象；(3)针对高速公路隧道上伏采空区非处治区域，可暂时不作处治，但隧道开挖施工期间须观测采空区上伏地表变形，必要时另行处治。本发明提供了一种高速公路隧道施工过程中遇见上伏采空区灾害时的处治方法，其具有成本低廉、操作方便、处治效果好等优点。

技术领域

一种高速公路隧道上伏采空区处治方法，涉及岩土工程、交通工程、 采矿工程等领域的采空区处治。

背景技术

随着经济持续高速发展，我国正加大力度开展基础设施建设。其中， 高速公路隧道作为沟通城市的重要环节，许多施工难题亟待工程技术人员 进行攻克。高速公路隧道在施工过程中经常遭遇采空区、岩溶、断层等各 种不良地质条件，时常诱发隧道塌方、岩爆、突泥、突水、有害气体扩散 等灾害，其不但影响施工进度，而且有时也会危及人员生命及财产安全。 因此，针对高速公路隧道施工过程中碰到的各类难题进行合理有效地处治， 具有重要的科学研究意义及工程应用价值。

高速公路隧道选线经过的山岭，先前时常存在矿产资源的开采利用。 而目前高速公路隧道施工过程中时常碰到的采空区问题，通常为隧道上穿 采空区，其处治措施通常为混凝土配合注浆充填或架设旱桥跨越。针对高 速公路隧道下穿采空区问题，国内外鲜有报道。因此，暂时未形成有效经 济的处治措施，亟待建立一种可靠的高速公路隧道上伏采空区处治方法。

发明内容

本发明的目的在于建立一种高速公路隧道上伏采空区处治方法，保障 高速公路隧道安全施工，顺利通过上伏采空区区域。为实现这一目的，本 发明提供了以下技术方案。

一种高速公路隧道上伏采空区处治方法，其特征在于，主要实施步骤 包括：(1)构建高速公路隧道与上伏采空区间岩层稳定性计算力学模型，基 于非线性尖点突变理论建立岩层稳定性临界距离10判别公式，确定高速公 路隧道上伏采空区的处治区域与非处治区域；(2)针对高速公路隧道上伏采 空区处治区域，当洞口隧道开挖遇见采空区揭露段，采用混凝土进行充填 11；当隧道开挖施工至采空区非揭露区，施作止浆墙12，以防止后续水泥 砂浆注浆施工时产生漏浆、跑浆现象；在隧道开挖处于采空区非揭露段时， 采用水泥砂浆进行充填13。(3)针对高速公路隧道上伏采空区非处治区域， 可暂时不作处治，但隧道开挖施工期间须观测采空区上伏地表变形，必要 时另行处治。

步骤(1)将高速公路隧道与上伏采空区间岩层近似为一个矩形板，计算 时简化为一固支梁，然后基于非线性尖点突变理论，考虑岩梁弯曲的应变 能、系统势能的增加及外荷载对岩梁所作的功，构造势函数并进行相关计 算，获得高速公路隧道与上伏采空区间岩层稳定性临界距离10判别公式(式 1)：

式中，P＝p_w+p_g-q。其中，L为隧道与上伏采空区间岩层跨 度9，E为岩层弹性模量，N为水平地应力6，pw为采空区充水压力及pg 为岩梁自重7，隧道顶板对岩层支撑力简化为均布荷载q作用于岩层8。

代入实际工程参数计算便可得到高速公路隧道与上伏采空区间岩层稳 定性临界距离10。当隧道与上伏采空区距离小于岩层稳定性临界距离10时， 便可判定为采空区处治区域；当隧道与上伏采空区距离大于岩层稳定性临 界距离10时，便可判定为采空区非处治区域。