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原文传递一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法及系统

专利名称：	一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法及系统
摘要：	本发明公开了一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法及系统，该施工方法包括以下步骤：根据地质勘察结果，分析多层采空区的深度、范围及岩土特性；使用专业钻机在不同层采空区的关键位置设立注浆孔；采用高精度测量设备对采空区的空洞大小进行实时监测，并根据土壤地质条件和注浆材料选择注浆设备；利用所述注浆设备进行分层立体交叉注浆；实时监测地基内部存在的潜在危险现象；采用地质雷达对注浆效果进行检测，分析检测数据；评估是否需要结合其他地基加固技术。本发明高精度测量设备能够实时监测采空区的空洞大小及时获取空洞尺寸、深度及形态信息，有助于及时发现潜在的安全隐患，提高地基加固工程的精确性。
专利类型：	发明专利
申请人：	河南交院工程技术集团有限公司;河南交通职业技术学院(河南省交通电视中等专业学校)
发明人：	邵景干;尚廷东;叶国永;刘旭玲;秦恒洁;张亦刚;李森;张志远;高燕龙;孔元元
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-01T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202311118753.8
公开号：	CN117127585A
代理机构：	深圳市众元信科专利代理有限公司
代理人：	徐佳辰
分类号：	E02D3/12;E02D15/04;E02D1/00;E02D1/02;E02D33/00;G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14;E;G;E02;G06;E02D;G06F;E02D3;E02D15;E02D1;E02D33;G06F30;G06F111;G06F119;E02D3/12;E02D15/04;E02D1/00;E02D1/02;E02D33/00;G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
申请人地址：	450000 河南省郑州市二七区航海中路165号;
主权项：	1.一种高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤： S1、根据地质勘察结果，分析多层采空区的深度、范围及岩土特性，得到不同层采空区的空洞大小和形状； S2、根据不同层采空区的空洞大小和形状，选择适用于采空区条件的注浆材料，使用专业钻机在不同层采空区的关键位置设立注浆孔，并对所述注浆孔的孔口进行加固； S3、采用高精度测量设备对采空区的空洞大小进行实时监测，并根据土壤地质条件和注浆材料选择注浆设备； S4、利用所述注浆设备进行分层立体交叉注浆，并使用注浆管道将浆液输送至注浆孔； S5、采用阀门调节浆液的进出，实时监测地基内部存在的潜在危险现象，并调整注浆参数； S6、采用地质雷达对注浆效果进行检测，分析检测数据，评估加固效果； S7、根据注浆加固结果和地质条件，评估是否需要结合其他地基加固技术。 2.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述根据地质勘察结果，分析多层采空区的深度、范围及岩土特性，得到不同层采空区的空洞大小和形状包括以下步骤： S11、根据工程需求，设定采掘方案，并收集采空区段施工现场的地质勘探数据； S12、对所述地质勘察数据进行分析，得到采空区的基本情况； S13、根据所述采空区的基本情况和所述采掘方案，识别出多层采空区的具体位置、深度和范围，并分析开采过程中造成的地基变形和稳定性问题； S14、根据所述采空区的基本情况研究不同层采空区的岩土特性，对不同层采空区的空洞大小和形状进行计算。 3.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述根据不同层采空区的空洞大小和形状，选择适用于采空区条件的注浆材料，并使用专业钻机在不同层采空区的关键位置设立注浆孔，加固孔口防止塌陷包括以下步骤： S21、根据不同层采空区的岩土特性、空洞大小和形状选择合适的注浆材料； S22、分析不同层采空区的结构特点，确定注浆孔的关键位置； S23、使用专业钻机在关键位置钻设注浆孔，并对所述注浆孔的孔口进行加固； S24、依据注浆孔的关键位置的具体情况，制定注浆方案； S25、根据所述注浆方案，使用专业注浆设备对各个所述注浆孔进行注浆处理。 4.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述分析不同层采空区的结构特点，确定注浆孔的关键位置包括以下步骤： S221、获取不同采空区的地质勘察数据、开采历史及监测数据； S222、根据地质勘察数据、开采历史及监测数据确定不同采空区的几何形状、岩层结构和物料特性； S223、按照不同采空区的几何形状、岩层结构和物料特性划分网格，并为网格中每个单元分配相应的材料属性； S224、设置边界条件和载荷，采用求解器，对有限元模型进行求解，得到采空区的变形和应力分布情况； S225、将所述采空区的变形和应力分布情况输入有限元分析模型，计算得出，出现塌陷、空洞连通密集和易产生渗漏的关键位置； S226、根据计算结果和工程实际情况，对注浆孔的位置进行综合判断并确定注浆孔的关键位置。 5.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述采用高精度测量设备对采空区的空洞大小进行实时监测，并根据土壤地质条件和注浆材料选择注浆设备包括以下步骤： S31、选用高精度测量设备，对采空区的空洞大小进行实时监测并获取空洞尺寸、深度及形态信息； S32、根据监测数据分析空洞的稳定性、存在的风险以及周围土壤地质条件； S33、采用数值模拟评估空洞稳定性； S34、根据土壤地质条件和空洞特点，选择合适的注浆材料； S35、综合考虑土壤地质条件、空洞特征和注浆材料的性能，并以施工项目综合耗损值最低为优化目标建立设备选型优化模型，得到施工项目中各施工工序的优选注浆设备； S36、根据空洞的具体情况和注浆方案，部署优选注浆设备并进行施工，监测注浆效果，确保采空区的稳定性和安全。 6.根据权利要求5所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述采用数值模拟模型评估空洞稳定性包括以下步骤： S331、根据所述采空区地质勘察数据、开采历史及监测数据，创建空洞三维几何模型； S332、根据所述空洞三维几何模型，结合周围土壤地质条件，利用数值模拟法对空洞及其周边土壤进行力学分析，得到空洞及其周边土壤的应力分布、变形特征及潜在失稳区域； S334、根据空洞及其周边土壤的应力分布、变形特征及潜在失稳区域判断空洞是否具有稳定性风险，若存在稳定性风险，则进一步优化注浆方案； S335、依据空洞稳定性分析和优化后注浆方案，重新评估空洞稳定性； S336、重复执行S331-S335，直到最终生成满足施工要求的注浆方案并保证空洞的稳定。 7.根据权利要求5所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述设备选型优化模型的公式如下： K(x)＝入1A(x)+λ2B(x)，λ1+λ2＝1 式中，K(x)为项目综合耗损值； x为施工项目的名称； A(x)为施工项目的成本； B(x)为施工项目的工期； λ1和λ2分别为施工项目的成本和施工项目的工期的权重。 8.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述采用阀门调节浆液的进出，实时监测地基内部存在的潜在危险现象，并调整注浆参数包括以下步骤： S51、利用物联网传感器技术收集注浆过程中的施工参数数据； S52、利用所述空洞三维几何模型和所述数值模拟法对实时施工参数数据进行分析，评估地基内部存在的潜在危险现象； S53、根据分析结果，调整阀门以控制浆液的进出，并相应调整注浆参数，确保地基加固效果。 9.根据权利要求1所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，所述根据注浆加固结果和地质条件，评估是否需要结合其他地基加固技术，以提高多层采空区地基的整体稳定包括以下步骤： S71、对比注浆加固前后的空洞及其周边土壤的应力分布、变形特征及潜在失稳区域的特征变化，评价注浆加固效果； S72、根据采空区地质条件和施工环境，分析地基稳定性是否满足工程要求； S73、若注浆加固效果不理想或地基稳定性仍不满足工程要求，则考虑采用其他地基加固技术； S74、根据具体情况，选择适合的地基加固技术并制定相应的施工方案； S75、实施所述制定相应的施工方案，并监测地基加固效果，评估多次加固后地基整体的稳定性。 10.一种高速公路穿越煤层采空区段施工系统，用于实现上述权利要求1-9中任一项所述的高速公路穿越煤层采空区段施工方法，其特征在于，该系统包括：地质勘察与分析模块、材料选择与注浆孔布置模块、空洞监测与设备选择模块、注浆施工模块、浆液调节与监测模块、注浆效果评估模块及综合地基加固技术评估模块；其中，所述地质勘察与分析模块，用于根据地质勘察结果，分析多层采空区的深度、范围及岩土特性，得到不同层采空区的空洞大小和形状；所述材料选择与注浆孔布置模块，用于根据不同层采空区的空洞大小和形状，选择适用于采空区条件的注浆材料，使用专业钻机在不同层采空区的关键位置设立注浆孔，并对所述注浆孔的孔口进行加固；所述空洞监测与设备选择模块，用于采用高精度测量设备对采空区的空洞大小进行实时监测，并根据土壤地质条件和注浆材料选择注浆设备；所述注浆施工模块，用于利用所述注浆设备进行分层立体交叉注浆，并使用注浆管道将浆液输送至注浆孔；所述浆液调节与监测模块，用于采用阀门调节浆液的进出，实时监测地基内部存在的潜在危险现象，并调整注浆参数；所述注浆效果评估模块，用于采用地质雷达对注浆效果进行检测，分析检测数据，评估加固效果；所述综合地基加固技术评估模块，用于根据注浆加固结果和地质条件，评估是否需要结合其他地基加固技术。
所属类别：	发明专利