蒙西至華中鐵路煤運通道路基工程重、難點分析

劉鈺

摘 要:通過對蒙西至華中鐵路煤運通道路基工程的重點、難點的分析,提出相應的處理措施,用以指導勘測設計。

關鍵詞:鐵路煤運通道重點難點

中圖分類號:U292 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0115-01

蒙西至華中鐵路煤運通道是國家“十二五”重點建設項目,是“北煤南運”新的國家戰略運輸通道,線路全長約1837km。路基工程占線路全長的40%以上。風沙路基防護及風沙防治、黃土路基處理及防排水、煤窯采空處理是路基工程的重點、難點。

1 風沙路基防護及風沙防治

(1)重點、難點分析

本線浩勒報吉至靖邊段線路通過毛烏素沙漠,路基長度約180km。本區屬于半干旱荒漠區,年平均降雨量300～400mm,地下水較豐富。地表大面積分布風積粉、細砂,發育有固定沙地、半固定沙地和流動沙地。大部分固定沙地為輕微風沙地段,部分固定沙地和半固定沙地為中等風沙地段,流動沙地為嚴重風沙地段。風沙對鐵路具有風蝕、沙埋等危害,容易造成路基寬度不足、道床積沙、邊坡不穩、橋涵堵塞等病害,嚴重時積沙掩埋道床和軌道,影響行車安全。因此,風沙路基防護及風沙防治是本項目的重點。

(2)處理措施

風沙路基防護包括路基本體防護和路基兩側平面防護。

風沙路基本體防護:采用防路肩吹蝕、防基床沙埋、防邊坡風蝕的綠色植物防護和骨架護坡等相結合的措施。

路基兩側平面防護:毛烏素沙漠屬于水分條件相對較好的半干旱荒漠區,沙害治理主要采取植物防沙措施,保護天然植被,營造人工植被。對中等和嚴重風沙地段采用植被保護、灌溉養護、阻沙、工程固沙及植物固沙相結合的措施,在路基兩側設置防護林帶防沙;對輕微風沙地段采用植被保護、植物補種、灌溉養護的措施。各種防沙、固沙措施因地制宜、綜合應用、合理配置,形成完整的防護體系,確保鐵路運營的暢通,并改善沿線的自然生態環境。

2 黃土路基處理及防排水

(1)重點、難點分析

本線靖邊至宜川、河津至運城、平陸至三門峽段線路通過黃土梁峁區、盆地區,路基長度約140km。黃土區上部黃土覆蓋層較厚,最厚達100～200m。梁峁區地形起伏大,斜坡地形陡峻,沖溝深切發育,路基邊坡較高。盆地區地形平坦,多為農田,水利灌溉設施較多。黃土一般具濕陷性,濕陷層厚度15～20m,主要為Ⅱ～Ⅳ自重濕陷性。黃土陷穴、坑洞分布較多。

黃土地基遇水濕陷容易產生較大沉降。路基邊坡易受雨水沖蝕而產生沖溝、剝落、溜塌,深路塹開挖易產生工程滑坡。盆地區地面排水困難,路基易因排水不良而產生較大病害,嚴重時影響行車安全。因此,做好地基處理、邊坡防護和防排水設計是本項目的重點和難點。

(2)處理措施

地基處理

加強對地表黃土陷穴、人工坑洞、沖溝的調查,有影響路基穩定的采用開挖回填夯實、灌注砂(碎石)、灌注黃泥漿(水泥漿)的措施處理。路塹基床采用鋪設復合土工膜等隔水措施處理。農田區路堤基底挖除換填灰土以封閉地表水。松軟及濕陷性黃土地基,經檢算不滿足穩定和工后沉降要求時采用碾壓、強夯、擠密樁等措施加固處理。

路基邊坡防護

方案研究和縱斷面設計時,盡量避免高邊坡。高路堤綜合考慮填料來源、地基條件、工后沉降要求等技術條件,當設置高路堤無技術、經濟優勢時設橋通過。

對路堤邊坡采用控制填料及壓實度、邊坡鋪設土工格柵加筋、設置帶截水槽骨架護坡的措施處理;對路塹邊坡進行穩定性檢算和工程類比,采用合理的邊坡坡率、分級高度和平臺寬度,并采用加固坡腳、分級設置帶截水槽骨架護坡、窗孔式護坡等的措施處理;對局部地形陡峻、路塹開挖易產生工程滑坡地段坡腳設置錨固樁進行預加固。

路基防排水

黃土地區路基防排水采用攔截、分散、防沖、防滲等措施,路基排水設施結合橋涵、隧道、車站排水統籌規劃,形成充足的排水能力和完善的排水系統。排水設施采用復合土工膜等做防滲處理。各類排水設施互相平順銜接,確保地面排水的順暢,并對防止水土流失、保護生態環境起到積極的作用。

3 煤窯采空處理

(1)重點、難點分析

本線靖邊至黃龍的二疊系、三疊系、石炭系、侏羅系地層為煤系地層,分布有澄合礦區、韓城礦區等較大礦區,可能存在大面積煤礦采空區;除了大礦開采外,歷史上存在很多古小煤窯采空區,主要分布子長、延安、宜川、韓城等處。韓城至運城段汾河南岸、黃河東岸分布有煤礦,存在采空區。煤窯采空區分布范圍廣、歷史年代長,平面位置、范圍、埋深和對線路的影響不容易確定,處理難度大。因此,煤窯采空處理是本線的重點和難點。

(2)處理措施

①采用以調查訪問、收集資料結合大地音頻電磁法、EH4等先進地面物探、鉆探和試驗相結合的綜合勘察方法,查明沿線煤礦(窯)的分布,落實采空區的范圍、埋藏深度、標高。

②針對采空區對鐵路穩定性的影響,鐵一院在包西鐵路勘察設計階段編制了《包西鐵路大張段初步設計煤礦(窯)采空區對鐵路穩定性影響的分析評價報告》,此報告中所提交的研究成果于2007年3月23日經過了西安鐵路局組織的由國內鐵路、煤炭、礦業等有關行業專家參加的專家評審會的評審并得到了通過,認為可以推廣應用。

應用包西鐵路的研究成果,對線路所經過的煤礦(窯)采空區進行穩定性評價并分類,作為線路選線和工程處理的依據。

③對已查明的大面積煤窯采空區盡量予以繞避,無法繞避時以最短距離通過。

④采空處理措施:對埋深較小的小煤窯采空區采用明挖后分層回填夯實的措施處理;埋深較大、采空區巷道單一、可以進入的采空區,采用磚砌或片石碼砌回填,片石空隙中灌砂礫石;埋深較大、巷道雜亂、無法進入的采空區,采用鉆孔、灌注黃泥漿的措施處理;對大型煤礦采空區,根據地層情況、埋藏深度、頂板厚度等具體情況分析采空對路基穩定性的影響,以及采空區塌陷后波及至地面引起路基沉降量是否滿足路基工后沉降的要求,確定是否需要處理;對需要處理的采空區采用井下砌體支護、鉆孔注漿的措施加固處理。對尚未開采的煤礦規劃開采區劃定禁采范圍,嚴禁其開采,以保證鐵路安全。

4 結語

在鐵路項目勘測、設計之前對項目的重點、難點進行分析,提出相應的對策和處理措施,并對處理措施的關鍵技術進行科研、試驗研究,用以指導勘測、設計的全過程,對擬定合理的設計原則和工程措施、采用新技術、新工藝確保工程質量、進行合理的投資控制都具有重要意義。