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1、2 噼o ( ) 1 ) W E S Tc H I N AE 西部X P L 探O R 矿工A T I 程O NE N G I N E E R I N G M a y2 。2 CI 文章编号：1 0 0 45 7 1 6 ( 2 0 0 2 ) 增刊( 0 0 1 ) 4 7 60 2 摘要 措施。 美键词 中图分类号：P 6 2 1文献标识码：B 地下洞穴的勘察方法及工程处理措施 秦玉虎1 ，范文2 ( 1 煤炭工业西安设计研究院，陕西西安7 1 0 0 5 4 2 长安大学，陕西西安7 1 0 0 5 4 ) 对地下洞定进行分类并分析其成因，进而提出一套完整的勘察程序，针对不同类型的洞定探
2、讨在工程中的处理 洞定；勘辑；处理措施 地下洞穴是隐埋于地表以下的一种地质灾害，它和地震及 斜坡破坏一起共同构成三大地质灾害或环境工程地质问题。虽 然在对人类生命威胁方面不如地震那样严重，但它每年对工程 建筑总的破坏是相当可观的。因此，对地下洞穴的探测、预测和 工程处理措施的研究已口益引起人们的重视。准确可靠，经济台 理、可行的勘察方法是进行工程处理和预防与减步工程损失的 前提本文就地下洞穴的勘察方法和一般工程处理措施进行探 讨与分析。 1 地下洞穴的形成及变形破坏机理 地下洞穴的形成主要有以下几种情况；采矿即采空区、人工 地下建构筑物如人防工程、盐岩溶洞和湿陷性黄土侵水湿陷等， 其破坏的表现
3、形式为地表裂缝、塌陷或沉陷，这种塌陷或沉陷变 形经常导致建筑物的损坏。如果地下大面积采空后，随着果空区 或洞穴的变形发展，造成上部岩层失去支撑，平衡条件被破坏，随 之产生弯曲、塌落，以致发展到使地表下沉变形，造成大范围的地 表变形而形成凹地，进而有可能形成凹陷盆地 对于采空面积不 大或零星洞穴在未建建筑物之前，其处于一种极限平衡状态，或 相对平衡状态，在建建筑物过程中和建筑物建成后，在各种动、静 荷载作用下，使其原有的应力系统失衡，导致地表破坏，引发其上 的建、构筑物等工程的破坏。 对于大面积地下采空或洞穴，根据地表变形值的大小和变 形特征，自中心向边缘可划分为三个区：均匀下沉区( 中间区)
4、； 移动区( 内边缘区或危险变形区) I 轻微变形区( 外边缘区) 。 地表变形表现为两种移动和三种变形，即垂直移动与水平移动 和倾斜、弯曲与水、F 变形( 伸张或压缩) 。大面积采空一般来说易 于引起重视和发现，小面积洞穴不易引起重视和难以发现，但由 此造成的损失却不可小视。 2 不同洞穴沉陷变形在地表的表现形式 不同的洞穴对地表沉陷变形形式具有不同的影响和表现形 式主要有以下几种： 2 1 溶解式 由于开采盐岩坑道和湿陷性黄土地区及人防地道等废弃 后岩盐层中地F 水渗流作用，溶解岩盐黄土湿陷，造成上覆岩 层中形成逐渐向地表发展的筒状落水嗣式破坏，在地表产生碟 形或锥形洼地或者突然出现洞穴。
5、地表沉陷的可能性主要取决 于上覆岩层的强度性质和厚度。 2 2 房柱式 这是在矿房或巷道开采并留下矿柱支撑覆盖岩层的一种最 古老的方法。由于矿柱截面尺寸偏小、风化、剥落，具有倾斜软弱 面或矿柱顶底板在潮湿条件下软化而使矿柱穿透顶底顶，导致 矿柱破坏并失去支撑顶板的作用。一个矿柱的破坏使得所支撑 的压力传递到相邻的矿柱，引起相邻的矿柱压力过大而破坏，如 此水平渐进传递，直至整个矿柱系统破坏，引起地面沉陷，形成碟 形或槽形洼地。 2 3 长壁式 随着工作面的推进，撤去顶板支撑，顶板瑚落，在地表产生长 条形沉陷洼地。 2 4 分段崩落式 这种方法适合开采倾角较大，矿体本身较完整，但上覆鼬岩 和侧壁围
6、岩不太完整的矿体，采矿和崩落自上而F 分段进行。引 起矿体上覆围岩分段滑人采空区，逐渐导致破坏，但破坏是呈递 减式的，这种方式在地表形成具有大裂缝和陡坎的较大洼地。 2 s 矿块崩落式 矿块的崩落在地表形成沉陷坑。 2 6 分层充填采矿式 该方式可减轻地表变形，但由于不能充填到原生密度，因此 不能从根本上消除地表沉陷。 2 7 岩溶地面塌陷式 在覆盖型岩溶地区，由于天然的特别是人为的作用，经常产 生地面塌陷一落水洞或塌陷洞。落水洞可以较缓慢地出现，但经 常突然发生，平面尺寸小者几米，大者可达上百米，甚至更大。平 面形状呈圆形和椭圆形，有的呈槽沟状；在剖面上可以是直筒形、 坛形和漏斗形，有时单独
7、出现，有时密集一片或串珠状分布。 2 8 黄土湿陷式 在湿陷性黄土地区，由于某些地段黄土的特性和人为因素 的作用，在自然降雨或侵水后地面发生湿陷凹坑t 与岩溶落水洞 塌陷较为相似。 根据其不同的表现形式，可以正确地区分洞穴的性质，为台 理地确定勘察方法及工程处理措施提供依据。地下采空一般来 说埋藏较深，在无资料的老区较难发现，且勘察难度大，而其他洞 穴通过地质勘察等l 般手段较易得到辫决。 3 地下洞穴的勘察方法 万方数据 2 0 0 2 矗： 增刊( ( 1 ( ： 1 、 秦玉虎范文：地下洞穴的勘察方法及工程处理措施 7 勘察工作主要有五个环节：收集分析资料和地面调杏； 物探；钻探F 变形
8、监测；评价预测结果。五个环节的工作需 要相互协调t 密切配合，相互应证。收集分析资料和地面调查是 所有工作的基础，必须认真细致、扎实在充分掌握现有资料的基 础上才能正确确定其他工作的方向；物探工作是现场实际测试 的有效手段，其方法的选用和工作参数的选择与工程实际密切 相关正确的物探工作方法的选定是保证工程探测成功与否的 关键；钻探工作是进一步正确确定洞穴特性的必备手段，同时对 物探1 ：作和其他分析判断是有力的验汪；变形监测是用来判定 洞穴特性和其活动情况的，是确定工程处理措施的量化依据。在 对所掌握的资料进行详细的计算分析，严密的推理判断后可得 出符合实际的结论。根据丁作实践总结出以下的工作
9、力法： 31 收集分析资料和地面调查 应收集的资料主要包括地质资料、采矿资料和航测遥感图 片等。 t 1 ) 各种地质刚借以r 解地层构成、产状和构造，以及地下 水埋藏条件等。 ( 2 ) 采矿分布图，以了解矿层分布、层数、厚度、深度和埋藏 特征。 ( 3 ) 搜集采空区的位置和尺寸、开采时问、开采方法等与面 的资料。 ( 4 ) 收集有关地表变形和变形观测、计算资料。 ( 5 ) 收集已有建筑物的变形观测资料和建筑物的加固处理 措施。 ( 6 ) 了解洞穴周围的抽水情况，以及抽水对洞穴的影响。 地面调查包括地表和建筑物变形的特征和分布规律溺查， 如：地表陷坑、厶阶和裂缝的分布规律、形状、宽度
10、、深度以及它们 和地质构造、采空区的开采边界、工作面推进方向等的关系。调 查地表移动盆地的特征，划分变形区充分运用已有的观测资料， 进行洞穴的变形定量计算分析。 32 物探 物探方法能有效地探测地层变化和断层、矿坑及洞穴的存 在和位置，是一种有效的探测地下物的方法。根据探测目的物的 不同特征及j 一程现场实际环境选择适当的物探方法，可较为准 确地对地下涧穴作出评价。比较有效的物探方法有以下几种。 3 2 1 瞬变电磁法 由于其工作效率高及纵横向分辨能力高被广泛地应用于 地质工程巾，用十探测地下目的物的位置与埋深。与电测深和频 率测深相比较，瞬变电磁祛具有较高的纵向及横向分辨能力，大 回线瞬变电
11、磁测深装置是集发、收于同一个点，属于近区场方法， 克服了电测深和频率测深所存在的体积效应。国内外许多学者 从均匀半空间电磁场特点，证明瞬变电磁场剥导电不均匀体的 灵敏度高于谐变电磁场。 3 ，2 2 S W S 工程勘探与检测系统 S W S 系统是集面波仪、浅层地震仪、浅海剖面仪、陆地地震 多波列映象仪币工程非破损检测仪于、体，适应复杂工程地质 勘察的高分辨率，定造化和直观形象的特殊需要。 3 2 3G R 8 1 0 仪 G R 8 1 0 仪是从日本引进的车载仪器，其主要功能包括瑞雷 波法勘探，主要用于探测目的物深度在4 0 m 以内的，其优点是成 本低，效率高，探测精度高。 3 3 钻
12、探 目前，钻探是地质勘察中最直观的方法，是证实洞穴存在的 较为准确有效的办法，然而，由于其费用消耗大、效率低、勘探周 期长J | j 不能被大量采用在实际勘察中般采用钻孔与物探相 结合的方法来探测采空区与洞穴，是既经济又合理的选择。可起 到相互弥补，相互验证作用。 3 4 变形监测 变形监测为工程处理方案的确定提供可靠合理的数据依 据，对于工程处理设计是必不可少的，可使设计不断优化可靠、处 理措施合理。同时也是对空洞勘察评价结果的有力验证。 3 s 评价预测结果 在地面调查、物探疗法、钻探及变形监测等方法的基础上，对 空洞分布范围、埋深、现存状态、变化趋势作出评价预测，建立评 价模型与预测模型
13、，为工程建设服务。进行地面建筑的适宜性评 价，划分出不适宜建筑场地、相对稳定场地和可以建筑场地。 ( 1 ) 当采空区已达“充分采动”时，经适当处理后，盆地平底 部分可以建筑，平底外围部分、可能出现非连续变形的地段及有 变形仍在发展时不宜建筑。 ( 2 ) 当采空区尚未达“充分采动”时，水平和垂直变形都发展 较快，丹不均匀，这时整个上部一般不适宜建筑， ( 3 ) 对采空地段进行详细划分，分出建筑适当与不适当地 段。 4 工程处理措施 在洞穴探测与评价的基础上，提出既经济又合理可行的工 程处理措施，是勘察 作的最终目的和归宿。针对不同的采空区 与塌陷类型有不同的处理方法，处理方法主要包括两个大
14、的方 面：一是直接对洞穴的处理；二是在建筑物结构设计措施。 对采事区的处理可以采用充填法处置顶板，或使采空区增 大地表移动，使其失去充分变形等其他方法和进行压力灌浆，回 填毛石混凝土、粉煤灰或砂、矸石等。当正在开采的矿井，可以减 步开采厚度或控制开采的推进速度等。这方面的处理方法已有 相当多的经验。 对于埋深较浅、范围不大的洞穴可采用开挖后回填夯实、注 浆或深基础的办法处理。 建筑物的设计措施可采用柔性结构以减少沉降的危害。或 采用整体墩基，其深度一般为从开采边缘至结构物水乎距离的 0 3 2 n5 倍，或者其他可以减少不均匀沉降的措施。建筑物长 轴应垂直采空区或洞穴的方向，建筑物平面形状应力求简单，加 强基础刚度和上部结构强度等措施。 参考文献 L 1 中华人民共和国建设部G 陆0 0 2 l 一9 4 岩土1 ：秸勘察规范 s 北 京：中倒建筑L E , t k d ) 蚧f ，1 9 9 5 1 2 t p 华人民共和围建设部G B J ? 8 9 建筑地基基础设计规范 s 北京；中嗣建筑工业出版社，L 9 9 0 万方数据