一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法

本发明涉及一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，属于铁路隧道勘察方法领域。

背景技术：

1、地下矿层大面积采空后，矿层上部失去支撑，平衡条件被破坏，采空区上方岩体随之将产生变形。采空区沉降将引起隧道下沉和线路坡度的改变；横向水平变形将致使轨道弯曲，并引起轨道平面的倾斜或曲线超高的改变；纵向水平变形，如压缩和拉张将使钢轨和轨枕挤紧和断开。采空区边界角为移动最外边界点和采空区边界点的连线与水平线在矿柱一侧的交角，包括沿矿层走向的走向边界角 δ，沿矿层倾向上山方向的上山边界角 γ，沿矿层倾向下山方向的下山边界角 β。

2、采空区对铁路隧道施工和运营安全影响极大，应查明采空区的空间位置、塌落、回填和充水情况，地质钻探是最直接有效的方法，根据《铁路工程不良地质勘察规程》(tb10027)，“人为坑洞地区勘探点应根据勘察阶段，人为坑洞区场地复杂程度，采空区影响范围，线路纵、横断面方向，并结合工程建筑物类型、坑洞的埋藏深度、延伸方向进行布置，数量和间距应满足线路方案选择和各类建筑物与防护加固、治理工程设计的要求。”目前的隧道钻孔布置主要依靠地质技术人员的经验，以定性为主，缺少对钻孔位置的定量确定方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，以确保钻孔布置的合理性和有效性，大幅度提高铁路隧道勘察质量，降低勘察成本、节省勘察工期。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，包括：

3、获取铁路隧道沿线的采矿权分布区域、矿层分布范围；

4、根据铁路隧道轴线和矿层走线的夹角对采空区隧道分类；

5、根据采空区隧道分类确定稳定带宽度；

6、根据采空区隧道分类确定铁路隧道安全需要的稳定范围；

7、根据采矿权分布区域确定钻孔布置的区域；

8、根据采空区隧道分类分序合理布置钻孔；

9、确定采空区最低开采标高及影响范围。

10、进一步的技术方案是，根据铁路隧道轴线和矿层走线的夹角对采空区隧道分类包括：

11、当铁路隧道轴线和矿层走线的夹角≤45°时，采空区隧道为顺矿层走向；

12、当铁路隧道轴线和矿层走线的夹角>45°时，采空区隧道为顺矿层倾向。

13、进一步的技术方案是，根据采空区隧道分类确定稳定带宽度包括：

14、当采空区隧道为顺矿层走向时，分别计算上山方向稳定带宽度、下山方向稳定带宽度；

15、当采空区隧道为顺矿层倾向时，计算走向方向稳定带宽度。

16、进一步的技术方案是，所述上山方向稳定带宽度的计算公式为：

17、

18、式中： α为矿层倾角； γ为矿层上山边界角； h为隧道中心到矿层的竖直距离； r为隧道半径； w为维护带宽度；为上山方向稳定带宽度；

19、所述下山方向稳定带宽度的计算公式为：

20、

21、式中： α为矿层倾角； β为矿层下山边界角； h为隧道中心到矿层的竖直距离； r为隧道半径； w为维护带宽度；为下山方向稳定带宽度。

22、进一步的技术方案是，所述走向方向稳定带宽度的计算公式为：

23、

24、式中： δ为矿层走向边界角； h为隧道中心到矿层的竖直距离； r为隧道半径； w为维护带宽度；为走向方向稳定带宽度。

25、进一步的技术方案是，根据采空区隧道分类确定铁路隧道安全需要的稳定范围：

26、当采空区隧道为顺矿层走向时，其稳定范围为沿隧道轴线的矩形，横向宽度，纵向宽度由矿层分布范围确定；

27、当采空区隧道为顺矿层倾向时，其稳定范围为垂直隧道轴线的近对称梯形，横向宽度，纵向宽度由矿层分布范围确定。

28、进一步的技术方案是，根据采矿权分布区域确定钻孔布置的区域包括：

29、分别将采矿权范围的拐点坐标和隧道安全稳定范围的拐点坐标标注在地质平面图上，其重叠区域即为需要布置钻孔开展勘察的范围。

30、进一步的技术方案是，根据采空区隧道分类分序合理布置钻孔包括：

31、当采空区隧道为顺矿层走向时，顺铁路隧道轴线分序布置钻孔；

32、当采空区隧道为顺矿层倾向时，垂直铁路隧道轴线分序布置钻孔。

33、进一步的技术方案是，顺铁路隧道轴线分序布置钻孔包括：

34、顺铁路隧道轴线根据采空区复杂程度按一定间距布置钻孔，垂直铁路隧道轴线从最低开采标高布置ⅰ序钻孔，若揭示采空区，则表明高于此标高的上山矿层均为采空区，需进行工程处理，可不再进行钻探；若未揭示采空区，表明还没开采到此标高，需按一定间距向上山方向布置ⅱ序钻孔，ⅰ序钻孔和ⅱ序钻孔间距为30m，以便在钻孔间进行跨孔弹性波层析成像法物探，同理，依次分序在上山方向布置钻孔，直到查明采空区或者钻孔已布置到安全稳定范围外结束。

35、进一步的技术方案是，垂直铁路隧道轴线分序布置钻孔包括：

36、垂直铁路隧道轴线根据采空区复杂程度按一定间距布置钻孔，顺铁路隧道轴线从最低开采标高布置ⅰ序钻孔，若揭示采空区，则表明高于此标高的上山矿层均为采空区，需进行工程处理，可不再进行钻探；若未揭示采空区，表明还没开采到此标高，需按一定间距向上山方向布置ⅱ序钻孔，ⅰ序钻孔和ⅱ序钻孔间距为30m，以便在钻孔间进行跨孔弹性波层析成像（ct）法物探，同理，依次分序在上山方向布置钻孔，直到查明采空区或者钻孔已布置到安全稳定范围外结束。

37、本发明具有以下有益效果：本发明从采空区对铁路隧道影响出发，根据铁路隧道轴线和矿层走线的关系，分为顺矿层走向和倾向的采空区隧道，分别采用上山、下山及走向边界角并考虑维护带确定安全稳定带宽度及范围，结合采矿权分布，划分需要钻孔验证的区域，分序合理布置钻孔，以查明采空区最低开采标高及需要工程处理范围。在保证查明采空区分布范围的同时减少了不必要钻孔的数量，进而降低了勘察成本，节省了勘察工期，实现了工程的经济性及合理性。

技术特征：

1.一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，根据铁路隧道轴线和矿层走线的夹角对采空区隧道分类包括：

3.根据权利要求2所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，根据采空区隧道分类确定稳定带宽度包括：

4.根据权利要求3所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，所述上山方向稳定带宽度的计算公式为：

5.根据权利要求3所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，所述走向方向稳定带宽度的计算公式为：

6.根据权利要求2所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，根据采空区隧道分类确定铁路隧道安全需要的稳定范围：

7.根据权利要求1所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，根据采矿权分布区域确定钻孔布置的区域包括：

8.根据权利要求2所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，根据采空区隧道分类分序合理布置钻孔包括：

9.根据权利要求8所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，顺铁路隧道轴线分序布置钻孔包括：

10.根据权利要求8所述的一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，其特征在于，垂直铁路隧道轴线分序布置钻孔包括：

技术总结
本发明公开一种山区铁路采空区隧道钻孔布置方法，包括获取铁路隧道沿线的采矿权分布区域、矿层分布范围；根据铁路隧道轴线和矿层走线的夹角对采空区隧道分类；根据采空区隧道分类确定稳定带宽度；根据采空区隧道分类确定铁路隧道安全需要的稳定范围；确定钻孔布置的区域；根据采空区隧道分类分序合理布置钻孔；确定采空区最低开采标高及影响范围。本发明从采空区对铁路隧道影响出发，根据铁路隧道轴线和矿层走线的关系，分为顺矿层走向和倾向的采空区隧道，分别采用上山、下山及走向边界角并考虑维护带确定安全稳定带宽度及范围，结合采矿权分布，划分需要钻孔验证的区域，分序合理布置钻孔，以查明采空区最低开采标高及需要工程处理范围。

技术研发人员：赵晓彦,陈明浩,龙睿馨,颜宏毅
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15