采空区注浆充填后上方高层建筑监测方案研究

程志强 ，魏祥平

(1.浙江东震土地规划设计有限公司，浙江 湖州 313200；2.淮北矿业集团，安徽 淮北 235000)

随着国民经济的迅猛发展，土地资源越来越紧缺，特别是一些资源型城市，因矿产资源开采导致大量的土地破坏，制约了城市发展。淮北市就是一座因煤而生的城市，城市西、北因山阻隔了城市的扩展，东、南为煤矿采空区，同样也阻碍了城市发展。为了有效利用土地资源，该城市针对大量的采煤沉陷区进行了综合治理，将塌陷土地整治为公园或建设用地，改变了当地的生态环境，同时也满足了城市发展的需要。

进行高层建筑变形监测，在采空区上方的建筑与非采空区上方的建筑，其最主要区别是在采空上方的建筑要受到井工开采残余变形影响，特别是高层建筑荷载大，会破坏原有应力平衡[1-3]。因此，对建立在采空区上的高层建筑物进行运营安全监测，监测方案及仪器选型就尤为重要。本文主要是通过对在煤矿采空区上方建设的桓湖花园高层建筑运营期间变形监测方案进行探讨，达到合理布设监测站、科学收集监测数据，为高层建筑的安全运营提供可靠依据。

1 概 述

桓湖花园高层建筑共7栋高层建筑，占地面积约50 000 m2(长约400 m，宽约120 m)，最高31层，最低19层(1号楼19层，2号楼20层，3号楼23层，4号、5号、6号楼28层，7号楼31层)，房屋结构形式均为框架式抗震结构，抗震设防6度，抗震设防类别丙类，施工前采取注浆充填技术对地下采空区进行了注浆加固。注浆充填技术的原理是通过对井下采煤工作面上方关键层下形成的离层空间进行注浆支撑起关键层，减弱地表变形，保障建(构)筑物安全[4]。项目2013年开始建设，2017年建成投入运营。

建设用地位于相城煤矿一水平七采区老采空区上方。建设用地区域煤层开采时间为1977～1979年，开采深度为80～130 m，煤层开采厚度为2.5 m，煤层倾角7～8°。煤层开采方法为炮采，工作面开采宽度约为20～100 m。相邻工作面间残留有部分煤柱。建设用地区域上覆地层中冲积层厚度约为66～74 m；基岩较薄，厚度约为30～60 m。桓湖花园高层建筑井上下对照图如图1所示，俯瞰图如图2所示。

图1 井上下对照图

图2 俯瞰图

因本项目监测对象(高层建筑)是建立在采空区上方，监测任务主要有两点：一是对高层建筑进行沉降变形监测，二是对高层建筑倾斜监测。

2 监测设计方案

2.1 技术依据

(1)GB 50026-2007,工程测量规范；

(2)GB/T12897-2006,国家一、二等水准测量规范；

(3)GB/T12898-2009,国家三、四等水准测量规范；

(4)JGJ8-2016,建筑变形测量规范；

(5)煤矿测量规程；

(6)安监总煤装[2017]66号,建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程；

(7)CH 1016-2008,测绘作业人员安全规范；

(8)CH/T1004-2005,测绘设计技术规定。

2.2 布点方案

(1)基准点布设，因监测区位于采空区上方，为了确保基准点的稳定性，基准点必须布设在未受开采影响的区域，利用淮北矿区岩移参数对井工开采影响范围进行计算，同时结合此区域开采期间岩移观测站数据，分析圈定开采影响范围[5]，如图3所示。结合地表情况，监测站基准点共布设3个，在采煤沉陷影响范围线100 m外。

(2)工作基点布设：本项目在地下停车场出入口布设1个工作基点。

(3)监测点布设

①沉降监测点布设：因建筑物地面墙体1～4层有外挂装饰，不方便布设沉降观测点，因此沉降监测点布设在地下室各幢墙体柱子上，距地面以上50 cm处，共布设96个沉降监测点。

②倾斜监测点布设：每幢楼在顶部布设6个倾斜监测点(前后每面两个，左右每面一个)，并于五层布设相对应的6个倾斜监测点，共布设42个倾斜监测点。

图3 桓湖花园观测站布点及观测线路图

2.3 测点埋设

基准点和工作基点采用混凝土现场浇注的方法埋设于地表。埋设墩为1 m×1 m×0.8 m,采用φ20 cm、长度400 mm的圆钢或罗纹钢做标心，底部折弯，顶部球面，中心刻划清晰精细“+”字丝。

建筑物沉降观测点采用电钻于建筑物墙体柱子钻眼，埋入圆形铜柱，外露5 cm。

倾斜监测点采用反射贴片布设。

2.4 监测方案

2.4.1 设备选型

该工程使用设备情况如下：

仪器类别型号精度指标附件全站仪TOPCONMS05A0.5″0.5 mm+1 ppm站牌、棱镜、对中基座、弯管目镜电子水准仪徕卡DNA03±0.3 mm/km2 m尺铟钢条码尺,精确读数至0.01 mm

2.4.2 控制测量

利用淮北市区内的国家二等水准基点，按二等水准要求将高程传递到布设的三个基准点上。

2.4.3 变形监测

(1)监测原则

按五固定执行：固定人员、固定仪器、固定线路、观测环境条件要稳定、固定观测程序和方法。

(2)监测方法

①水准测量方法：按三等水准要求进行观测。

②倾斜测量方法：采用全站仪投影的方法来测定倾斜。进行每组倾斜点观测时，在固定点整平仪器，照准五楼的反射贴片中心，水平制动，转动望远镜，量取顶部反射贴片中心至全站仪十字中心照准点距离，根据距离差值计算倾斜值。

(3)监测频率

首次全面观测独立进行两次测量，以平均值作为起始值。动态监测每季度进行一次水准测量及倾斜测量。

2.5 数据分析

根据每次监测数据编制监测报表，进行数据分析，分幢绘制沉降及倾斜变形曲线图、测点变形速率图[6-8]。变形异常立即书面形式通知委托单位。

3 结 语

本文针对采空区上方高层建筑监测方案进行研究，通过开采影响范围计算，确保了基准点布设不受采空区影响；高层建筑物沉降监测点布设在地下室墙体柱子上，保证了测点的稳定性及观测环境的稳定性；采取五固定监测原则，减少了监测误差产生条件，保证了监测精度；通过各种变形曲线分析，能更好地了解高层建筑物的变形趋势。通过上述多种措施，可获取高质量的监测数据及科学的分析，对采空区采取注浆充填加固进行高层建筑地基处理效果评价，起着关键的数据支撑作用，同时也为进行类似监测项目方案设计提供了很好的借鉴作用。