摘要
我国是煤炭资源储量和消耗大国，煤炭资源的开采产生许多的采空区，部分地区的高速铁路建设不可避免的要穿过采空区，采空区地表稳定性关系着铁路建设及运营的安全。本文依托贵南高铁（南宁市区段）过二塘煤矿采空区选线工程，通过现场调研、理论分析、数值模拟、现场监测等方法，结合该地区的软岩地层特性，开展了系统深入的研究，主要研究内容及结论: (1)通过采用现场调研、综合物探、钻探、地震映像法、高密度电阻率法对采空区实施勘察，确定了高铁所穿越的煤矿采空区的分布、采深、范围、边界及充填情况。大盘井采空区对选定高铁线路影响最大，采空部位的塌陷、弯曲变形已基本完成，采空区多已被坍塌泥岩或含水淤泥充填，充填物堆积时间长，充填物有较高密实度; (2)分析了采空区地表移动变形和破坏形式，主要是裂缝及台阶、塌陷坑和移动盆地。分析了采空区上覆岩层的“活化”机理及对地表线路的影响。对开采沉陷的预计理论进行论述总结，重点研究概率积分法的原理及对地表预计计算公式; (3)运用概率积分法构建了开采沉陷预计计算模型，计算煤层开采造成的采空区上方地表移动和变形。经计算，大盘井采空区开采引起的地表最大沉降值1310mm,最大的水平移动值320mm。高铁线路2受采空区影响区长度1200m，高铁线路3受采空区影响长度700m;二塘煤矿大盘井采区地表移动延续时间约为500天，该采区终采时间已达35年之久，大盘井采煤沉陷区已处于总体稳定状态，但仍有缓慢的残余沉降，计算开采移动期后地表残余变形已有140mm，剩余25mm在未来15年内完成。计算的得残余沉降年沉降率为-2mm/年，和PS-InSAR技术监测的地面年沉降率-4～4mm/年基本一致，可以判定采空区沉降基本完成; (4)借助有限元软件MIDAS/GTS建立大盘井采空区三维地质模型，分析开采沉陷采空区覆岩及地表的移动变形，最大沉降值为1275mm，水平位移最大值330mm，数值模拟和概率积分法计算的结果基本一致。同时，借助MIDAS/GTS建立三维模型模拟高铁动荷载对采空区的影响，模拟得到采空区在高铁动荷载作用下，地表发生1.78mm残余沉降，在标准范围内，采空区地基稳定。 (5)研究了高铁路基在动荷载下的动应力及衰减规律。高铁运行速度为350km/h、列车轴重取200KN，路基的动应力幅值为106.6kPa，纵向分布长度为1.44m，动荷载影响深度约为5m，计算得临界安全深度为23m，由于采空区深度达100m，高速铁路的动荷载影响不到采空区。并为铁路路基安全提出了采空区的处理措施。
NETL