論線路跨越采空區(qū)的幾種處理方案

王李永

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，高速公路、重載鐵路必將成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中必不可少的亮麗風(fēng)景，其運(yùn)營(yíng)的安全性將成為未來(lái)中國(guó)鐵路思考的焦點(diǎn)。現(xiàn)就在設(shè)計(jì)上無(wú)法規(guī)避的采空區(qū)，提出以下處理方案。

1 大跨橋梁方案

此種方案技術(shù)上可行，但考慮采用時(shí)，需進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、線形、工期、安全適應(yīng)性比較，具有一定的適用范圍。

目前我國(guó)具有成熟經(jīng)驗(yàn)的大跨橋梁有：蘇通長(zhǎng)江公路大橋主橋采用主跨1088 m雙塔斜拉橋，是世界最大跨徑斜拉橋；金門(mén)大橋最大跨徑280 m，是目前全世界最大跨徑脊背橋；宜萬(wàn)鐵路萬(wàn)洲長(zhǎng)江大橋，360 m鋼桁拱主跨在世界同類型鐵路橋梁中居領(lǐng)先地位；武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋，主跨504 m，為目前世界上主跨最大的公鐵兩用斜拉橋，是世界上載荷最大的公鐵兩用橋。

煤礦采空區(qū)變形破壞邊界計(jì)算示例。

根據(jù)采空變形的相關(guān)理論，煤礦采空區(qū)影響范圍按照?qǐng)D 1所示的邊界進(jìn)行計(jì)算：

式中，Y：移動(dòng)角；

δ：邊界角。

圖1 采空區(qū)變形破壞邊界計(jì)算

2 注漿充填方案

此方案通過(guò)注漿孔將水泥粉煤灰漿等注入采空塌陷區(qū)，充填采空區(qū)及上覆裂隙巖體，阻止覆巖的進(jìn)一步塌陷冒落。

采空區(qū)的治理長(zhǎng)度為沿鐵路軸線上采空區(qū)及采空區(qū)上覆巖土上、下方向移動(dòng)角影響長(zhǎng)度、抽水巷道及水倉(cāng)等的影響長(zhǎng)度之和；采空區(qū)治理寬度是參照有關(guān)規(guī)程，采用應(yīng)力擴(kuò)散角法計(jì)算得到的；采空區(qū)治理深度為礦層開(kāi)采深度，注漿段高度為空洞底板至裂隙帶頂部之間的高度。

根據(jù)采空區(qū)治理的邊界范圍，可把注漿孔分為中間注漿孔、裂隙注漿孔和邊緣注漿孔。中間注漿孔主要是起到充填加固采空區(qū)的作用，裂隙注漿孔主要充填采空區(qū)投影面積以外的裂隙帶空隙，邊緣孔主要起帷幕作用，以保證注漿效果，防止?jié){液流失。

注漿工程量計(jì)算如下：

采空區(qū)體積Vc＝Ac（采空面積）×h（采厚）；

總注漿量V＝［Vc×Ec（采空區(qū)空隙率）］×m（考慮漿液填充和漿液使用率的綜合系數(shù)）＋Vh（巷道體積）＋Vz（鉆孔體積）；

邊緣孔數(shù)N1＝周長(zhǎng)/孔距個(gè)，均深根據(jù)實(shí)際情況確定h1m；

中間孔數(shù) N2＝采空面積/單孔處理面積/折算系數(shù)個(gè)，均深根據(jù)實(shí)際情況確定h2m；

巷道孔數(shù)N3＝巷道長(zhǎng)/孔距個(gè)，孔深根據(jù)實(shí)際情況h3m；

裂隙孔數(shù) N4＝（整治面積－采空面積）/單孔處理面積/折算系數(shù)個(gè)，均深根據(jù)實(shí)際情況h4m；

根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可算出總孔數(shù)、總孔深（鉆土、鉆石），最終算出注漿總量。

淺層采空區(qū)采用注漿方案工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，有一定的使用經(jīng)驗(yàn)，但在深度較深時(shí)采用注漿方案很難實(shí)施，目前尚無(wú)類似工程成功的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。在已經(jīng)下陷的破碎巖體中進(jìn)行大量的深孔鉆探設(shè)備組織困難，鉆探難度很大，易卡孔埋鉆，工期難以控制，整治效果難以準(zhǔn)確評(píng)判，且工程量大，費(fèi)用高。如果，處理采空區(qū)位于正在開(kāi)采的礦井內(nèi)，加固處理區(qū)及其影響帶必須停采，需產(chǎn)權(quán)單位大力配合，組織實(shí)施難度大，施工對(duì)在產(chǎn)礦區(qū)的影響及可能的危害難以預(yù)測(cè)，施工安全保證措施的費(fèi)用難以估計(jì)。

3 樁板結(jié)構(gòu)跨越方案

對(duì)于淺層、小范圍采空塌陷區(qū)，可通過(guò)樁基穿透采空區(qū)，置于穩(wěn)定地層之上，采用樁板跨越的方式通過(guò)。

深層采空區(qū)采用淺層樁板方案不能解決變形問(wèn)題，深層采空區(qū)采用深層樁基深度大、施工困難，也難以抵抗水平變形，工程費(fèi)用大，在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下不宜采用。

4 釋放采空塌陷區(qū)沉降潛力方案

可以采用井下復(fù)采、爆破法、堆載預(yù)壓、高能級(jí)強(qiáng)夯法、水誘導(dǎo)沉降法等，使采空塌陷區(qū)的后期沉降大幅度減小，該方法對(duì)淺部采空塌陷區(qū)的處治十分有效。對(duì)煤層埋深較深的工程不適用。

5 局部支撐加固法方案

局部支撐加固法是采用鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)形式對(duì)采空區(qū)予以鞏固，防止采工區(qū)的變形。該方法適用于采空區(qū)較小、界面較完整、通風(fēng)良好、具備人工運(yùn)輸條件的情況。對(duì)采空面積大、地表出現(xiàn)裂縫已經(jīng)大面積塌陷、工期緊張的工程，不適用此方法。

6 路基地表處理方案

考慮采用對(duì)變形相對(duì)適應(yīng)性較好的路基工程，不設(shè)橋梁工程；采取降低路堤填土高度、路基兩側(cè)加寬預(yù)留沉降量、鋪設(shè)土工格柵等路基加固措施。

該方案有如下不利因素：采空區(qū)松動(dòng)巖土體在外部荷載及地下水、降水等作用下會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生不均勻、不連續(xù)的變形。采空塌陷區(qū)地表產(chǎn)生的“兩種移動(dòng)”——垂直下沉、水平移動(dòng)和“三種變形”——傾斜變形、曲率變形與水平變形，使線路要素發(fā)生變化，極易發(fā)生行車事故。

7 采空區(qū)處理方案比較表

采空區(qū)處理方案比較表，見(jiàn)表1。

綜上所述，當(dāng)線路能繞避采空區(qū)時(shí)，首先采用繞避方案。其次，樁板結(jié)構(gòu)跨越、釋放塌陷區(qū)潛力、局部支撐加固及路基地表處理四種方案均無(wú)法處理深層大規(guī)模的采空區(qū)塌陷；采用注漿填充法、大跨橋梁方案可處理解決深層大規(guī)模的采空區(qū)塌陷，也需進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、線形、工期、安全適應(yīng)性比較，必要時(shí)需進(jìn)行專家綜合論證。

表1 采空區(qū)處理方案比較表