本發(fā)明涉及市政道路，具體涉及一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，適用于公路、鐵路的快速施工。

背景技術(shù)：

1、巖層沉降是指地殼中的巖層由于各種自然或人為因素而發(fā)生下沉的現(xiàn)象，其是一個(gè)普遍存在的地質(zhì)工程問題，特別是在地下開采過后的礦山中，往往伴隨著巖層移動(dòng)和地表沉陷的現(xiàn)象，其主要原因在于礦產(chǎn)被采出后，采區(qū)周圍巖體內(nèi)部原有的力學(xué)平衡狀態(tài)受到破壞，使得巖層發(fā)生移動(dòng)、變形和破壞，原本緊密貼合的巖層受重力影響出現(xiàn)離層，因而將加劇巖層沉降，當(dāng)巖層再次發(fā)生沉降時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致地面變形、開裂，嚴(yán)重時(shí)還可能影響公路的穩(wěn)定性和安全性，甚至引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害；

2、以公路施工為例進(jìn)行說明，傳統(tǒng)礦山地下開采后應(yīng)對(duì)巖層沉降的方法是依據(jù)建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)，計(jì)算地表移動(dòng)邊界角或移動(dòng)角，具體的，邊界角是在充分或接近充分采動(dòng)條件下，移動(dòng)盆地主斷面上的邊界點(diǎn)(下沉10mm點(diǎn))與采空區(qū)邊界之間的連線和水平線在煤柱一側(cè)的夾角；移動(dòng)角是在充分或接近充分采動(dòng)條件下，移動(dòng)盆地主斷面上，地表最外的臨界變形(水平變形ε＝+2mm/m，傾斜i＝±3mm/m，曲率k＝+0.2×10-3/m)點(diǎn)和采空區(qū)邊界點(diǎn)連線與水平線在煤壁一側(cè)的夾角；實(shí)際施工過程中，特級(jí)構(gòu)筑物如高速公路特大型橋梁、機(jī)場跑道等計(jì)算邊界角，其他構(gòu)筑物如高速公路及一級(jí)以下公路計(jì)算移動(dòng)角，并在邊界角或移動(dòng)角內(nèi)進(jìn)行整體注漿或者樁基加固；

3、傳統(tǒng)施工方法雖然在一定程度上能夠解決問題，但是施工過程中注漿站的數(shù)量、施工期間注漿加固所需的漿液體積較多，這就造成成本高、施工周期較長，無法滿足快速施工的要求；另外當(dāng)?shù)V山地下開采造成大范圍巖層沉降時(shí)，導(dǎo)致巖層出現(xiàn)不穩(wěn)定因素較多，傳統(tǒng)施工方法主要是對(duì)離層及采空區(qū)進(jìn)行注漿加固，這種注漿加固無法壓實(shí)離層及采空區(qū)，使得部分巖層仍處于非穩(wěn)定狀態(tài)，存在地表繼續(xù)緩慢下沉的現(xiàn)象而破壞公路或鐵路設(shè)施，嚴(yán)重時(shí)對(duì)道路交通安全產(chǎn)生威脅。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，不僅完成巖層沉降、離層壓實(shí)，消除不穩(wěn)定因素，使得沉降后的巖層形成一個(gè)整體，不受其他巖層運(yùn)動(dòng)影響，提高公路或鐵路下方巖層的穩(wěn)定性，而且大大降低注漿工作量，使得施工周期大幅縮短，提高施工效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，具體包括以下步驟：

3、s1，對(duì)巖層取樣以及巖性分析，獲取各層巖層的物理力學(xué)參數(shù)；

4、s2，根據(jù)步驟s1中的巖層物理力學(xué)參數(shù)，確定巖層中關(guān)鍵層的位置；

5、s3，預(yù)測開采后巖層移動(dòng)變形量、并建立巖層移動(dòng)變形圖；

6、s4，基于步驟s2中的巖層中關(guān)鍵層的位置、以及步驟s3中的巖層移動(dòng)變形圖，確定巖層移動(dòng)變形后關(guān)鍵層的位置并進(jìn)行定向爆破，上覆巖層受爆破影響沉降形成壓實(shí)離層，驗(yàn)證沉降值是否達(dá)標(biāo)；

7、s5，對(duì)巖層及采空區(qū)進(jìn)行充填加固，完成后再進(jìn)行公路或者鐵路的施工。

8、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s2中，以煤層所在采空區(qū)為基礎(chǔ)從下往上定義巖層為從1至n層，巖層承受均布載荷q，計(jì)算第n層對(duì)第i層(1≤i≤n)影響所形成的載荷q(n)i，其計(jì)算公式為：

9、

10、其中，ei、ei+1…en為第i層開始往上的各個(gè)巖層的彈性模量，單位pa；

11、hi、hi+1…h(huán)n為第i層開始往上的各個(gè)巖層厚度，單位m；

12、ri、ri+1…rn為第i層開始往上的各個(gè)巖層容重，單位n/m3；

13、確定關(guān)鍵層位置，根據(jù)第n層對(duì)第i層影響所形成的載荷q(n)i的計(jì)算公式，進(jìn)行上下相鄰巖層的載荷進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)?shù)趇層的載荷q(n)i大于第i+1層的載荷q(n)i+1時(shí)，則第i層判定為關(guān)鍵層。

14、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s3中，在開采后的每個(gè)巖層處設(shè)置多個(gè)預(yù)測點(diǎn)，通過計(jì)算預(yù)測點(diǎn)處的豎直位移、水平位移從而獲得預(yù)測點(diǎn)處的變形量；

15、同層的多個(gè)預(yù)測點(diǎn)進(jìn)行擬合從而預(yù)測第i層巖層的移動(dòng)變形，從而建立巖層移動(dòng)變形圖。

16、在本發(fā)明的一些示例中，第i層巖層預(yù)測點(diǎn)的豎直位移s(x,zi)的計(jì)算公式為：

17、

18、第i層巖層預(yù)測點(diǎn)的水平位移u(x,zi)的計(jì)算公式為：

19、

20、其中，m為煤層開采厚度，ai為第i層的地層沉陷系數(shù)，ri為第i層的主要影響半徑；

21、l為煤層的推進(jìn)距離，d1為采空區(qū)左側(cè)拐點(diǎn)偏距，d2為采空區(qū)右側(cè)拐點(diǎn)偏距；

22、x’為局部坐標(biāo)系預(yù)測點(diǎn)的橫坐標(biāo)，zi為第i層預(yù)測點(diǎn)在全局坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)。

23、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s4中，

24、當(dāng)cs＜c1時(shí)，則表示沉降未進(jìn)行達(dá)標(biāo)；

25、當(dāng)cs≥c1時(shí)，則表示沉降達(dá)標(biāo)；

26、其中，cs為測量地表沉降高度；

27、c1為沉降高度理論值，計(jì)算公式為：

28、c1＝0.83kz

29、其中，kz＝k0+k1+k2+…+km

30、k0為采空區(qū)4厚度，k1、k2、…、km為各個(gè)離層的厚度。

31、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s5中，采用注漿站進(jìn)行對(duì)巖層及采空區(qū)進(jìn)行充填加固；

32、注漿站的數(shù)量為w/50的取整數(shù)，其中，w為公路/鐵路及其保護(hù)帶的寬度。

33、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s5中，注漿站的注漿用量v的計(jì)算公式為：

34、v＝p2(d3-d)·wn

35、其中，p2為定向爆破沉降巖層后采空區(qū)碎脹巖石空隙率；

36、d3為采空區(qū)4的厚度；

37、d為采空區(qū)4沉降厚度；

38、w為公路/鐵路及其保護(hù)帶寬度；

39、n為公路/鐵路的長度。

40、在本發(fā)明的一些示例中，步驟s5中，在距離公路/鐵路的中心25m處設(shè)置多個(gè)注漿站，多個(gè)注漿站沿著公路/鐵路長度方向每隔50m間隔設(shè)置。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，通過巖層取樣與巖性分析，獲取實(shí)際施工環(huán)境下各巖層物理力學(xué)參數(shù)，確定巖層中關(guān)鍵層的位置，并計(jì)算巖層移動(dòng)變形量，精確定位離層區(qū)域，對(duì)巖層移動(dòng)變形后關(guān)鍵層的位置進(jìn)行定向爆破，切斷關(guān)鍵層之間聯(lián)系，從而完成巖層沉降、離層壓實(shí)，消除不穩(wěn)定因素，使得沉降后的巖層形成一個(gè)整體，不受其他巖層運(yùn)動(dòng)影響，提高公路或鐵路下方巖層的穩(wěn)定性；

42、在進(jìn)行充填加固時(shí)，相比傳統(tǒng)以邊界角或移動(dòng)角內(nèi)整體注漿加固，本方法加固只需要在該巖層及其下方采空區(qū)碎脹的巖層區(qū)域進(jìn)行，大大降低注漿工作量，使得施工周期大幅縮短；同時(shí)由于地表隨巖層沉降形成盆地，降低了土方開挖工作量，使得施工效率大幅提升。

技術(shù)特征：

1.一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于定向爆破切斷關(guān)鍵層的施工方法，具體包括以下步驟：先對(duì)巖層取樣以及巖性分析，獲取各層巖層的物理力學(xué)參數(shù)，再確定巖層中關(guān)鍵層的位置，然后建立巖層移動(dòng)變形圖，基于巖層中關(guān)鍵層的位置、以及巖層移動(dòng)變形圖，確定巖層移動(dòng)變形后關(guān)鍵層的位置并進(jìn)行定向爆破，上覆巖層受爆破影響沉降形成壓實(shí)離層，驗(yàn)證沉降值是否達(dá)標(biāo)，最后對(duì)巖層及采空區(qū)進(jìn)行充填加固，完成后再進(jìn)行公路或者鐵路的施工。本發(fā)明不僅完成巖層沉降、離層壓實(shí)，消除不穩(wěn)定因素，使得沉降后的巖層形成一個(gè)整體，不受其他巖層運(yùn)動(dòng)影響，提高公路或鐵路下方巖層的穩(wěn)定性，而且大大降低注漿工作量，使得施工周期大幅縮短，提高施工效率。

技術(shù)研發(fā)人員：程健維,付強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15