[00709063]桥梁群开采损害机理及监测防控技术研究

随着煤炭资源开采重心向西部转移，开采影响区的地形也由平原向丘陵和山区转变。丘陵山地区河沟纵横，桥梁密布，桥梁在开采影响下的变形规律、破坏机理、防治技术措施等方面存在许多问题尚未解决，该项目以峰峰矿区典型桥梁（铁路桥、公路桥和公铁立交桥）为例，开展桥梁群开采损害机理、防治措施及变形监测研究。该项目属于能源技术领域中煤炭开发相关的矿山安全与矿山工程测量方向的科学技术问题研究。 项目主要研究内容：（1）桥梁开采损害机理研究:结合典型桥梁的结构特征，开展桥梁开采变形及受力破坏分析，确定煤炭开采影响下桥梁的变形特点和破坏特征，明确桥梁开采损害的薄弱位置，给出桥梁破坏的临界变形值或允许变形值的计算方法。 （2）桥梁开采损害防控措施研究:结合开采影响下桥梁的破坏特点和破坏程度，针对性的开展桥梁开采损害预防和治理措施研究，明确提出来不同状态桥梁的维修治理方案，满足桥梁正常使用的功能要求。 （3）桥梁区域监测技术研究：针对传统监测外业工作量大、仅能获取少量测点数据和桥梁区域难以监测的问题，研发桥梁开采沉陷高精度监测技术，获取不同开采影响过程中桥梁特征部位的变形数据。 （4）开采扰动下桥梁运行状态评估：针对开采对桥梁的扰动过程，依据实测桥梁区域移动变形数据，评估桥梁的加固效果和运行状态。 项目达到如下性能指标：（1）实现了桥梁群下厚煤层一次采全高和地面桥梁群安全运行的统筹兼顾；（2）开发了mm级监测精度的桥梁整体变形监测快速高效获取技术；（3）加固后桥梁群的抗变形能力超过了设防的抗变形指标，有效保证了桥梁群的安全运行。 项目取得如下技术创新：（1）在厚煤层综采桥梁损害机理研究基础上，通过三跨上承式石拱桥钢桁架加固、上承式空腹双曲拱桥主拱圈及上部结构截面加固、三孔框架结构箱式立交桥孔内加厚/孔外加挑梁加固方案的设计和实施，实现了井下工作面正常综采和加固后桥梁安全运行的协调统一。 （2）开发了地面三维激光扫描与短时GPS静态定位融合的mm级桥梁整体变形监测技术，获得了开采影响下桥梁全局变形和自身结构变化两方面的变形特征，有效的掌控动态开采沉陷过程中桥梁的运行状态，为桥梁安全运行提供可靠的基础数据保障。 （3）以实测数据为基础，全面分析开采动态扰动下地表移动变形、桥梁结构特征、地形坡度变化等因素相互作用下桥梁墩台、拱架结构等典型部位损伤演化过程，明确开采扰动下桥梁损害机理，为优化同类结构桥梁加固设计提供依据。项目的实施成功指导了峰峰集团羊东矿、九龙矿等多个矿井的桥梁群下压煤开采及桥梁保护问题工作，创造了良好的经济和社会效益，已在峰峰矿区各个矿井进行推广应用。截止2019年底，累计创造纯经济效益超过1.8亿元，并仍在持续创造经济效益中。项目成果有助于快速高效回收桥梁下压滞的煤炭资源，满足工农业的能源需要，保证矿井生产的正常接续，延长矿井服务年限，缓解就业压力，促进社会和谐发展。