老采空区新建高等级公路变形预计、地基稳定性评价及抗变形措施选择是国内外采煤塌陷区高等级公路问题的研究重点。河南省交通运输厅科技项目《高速公路下伏采空区沉陷机理及治理关键技术》，由河南省交通厅批准立项，项目编号为2013-2-03。项目结合河南武云高速公路沿线煤矿采空区不良地质条件工程背景，研究了高速公路穿越煤矿采空区的沉陷变形机理，分析了高速公路交通荷载协同老采空区移动变形对高速公路建设场地的影响程度，提出了顾及采空区覆岩结构、变形类型、动静荷载影响、残余变形预测四大方面的老采空区上方高速公路建设场地稳定性的评价体系，最终确定采用土工格栅加固路基的抗变形设计对策，既可以节省财力物力，又可以有效地规避潜在风险。项目研究成果与国内外同类技术比较，主要在以下几个方面有所突破：

（1）构建了考虑垮落带、裂隙带和弯曲带岩体变形特征的上覆岩层移动与变形的结构力学模型，从理论上揭示了长壁老采空区变形机理，给出了老采空区变形类型；

（2）开发了适用于采空区移动与变形研究的耦合连续介质、离散介质的数值计算软件控制系统，实现了采空区破碎、破裂岩体以及连续完整岩体的整体建模分析；建立了恒温恒湿相似材料模型试验台，研发了可实现连续、高精度测量的光学图像法模型变形测量系统，模型监测精度优于0.1mm。研发了相似模型内部应变的分布式光纤监测系统，实现了老采空区覆岩微小应变的监测。

（3）提出了考虑采空区覆岩结构、变形类型、动静荷载影响、残余变形四大方面的老采空区上方高速公路建设场地稳定性的评价体系。

（4）在老采空区地基稳定性评价理论支撑下，设计采用铺设土工格栅加固路基的方法进行了武云高速采空区段高速公路路基建设。在课题成果支撑下，给出的武云高速采空区路段特殊路基设计方案，最终通过了2014年3月16日技术预评审，2014年4月4日采空区方案技术评审，以及2014年7月2日施工图厅审。厅审批文（豫交文2014[631]号）核定武云高速采空区施工图预算为1339.1万元，较武云高速初设批文（豫发改设计[2013]869号）采空区段落处治概算1亿元，节省费用高达8660.9万元，课题研究经济效益极为显著，运营期场地监测反馈，采空区路段勘察结论正确，路基及结构物设计适当，确保了武云高速正常运营。

项目研究过程中，授权发明专利1项，软著4项，发表学术论文8篇，其中SCI收录3篇，中文核心4篇，颁布地方标准1项。

成果说明

武云高速K30+800~K32+900处为煤矿采空区，采深80~400米，采厚4~9m，长壁式开采，已经停产3年以上。依据勘察稳定性判定，采空区建设场地路基加铺土工布、土工格栅等材料，提高路基的整体稳定性。挖方路基设计建议根据监测成果，考虑场地整体下沉的高程补偿，填方路基预加宽加高设计，采空区路段不宜设桥，采用了通涵形式小结构通过，采空区段落构筑物和路基进行采空区变形运营观测。在课题成果支撑下，给出的采空区路段特殊路基设计方案最终通过了2014年3月16日技术预评审，2014年4月4日采空区方案技术评审，

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