大平礦公跨鐵路橋的沉陷治理

鄭煤集團 大平煤礦 王建崗

大平礦公跨鐵路橋的沉陷治理

鄭煤集團 大平煤礦 王建崗

在礦山開采過程中，由于巖體本身平衡受到破壞，而會導致上覆巖層出現大面積沉陷，對地面建筑物、鐵路、公路等設施造成不同程度的損壞。在“三下”壓煤開采過程中，依據工作面布置、采深、煤層厚度及開采方式的不同，對橋梁、鐵路等設施進行有針對性的治理，可有效控制沉陷速度，從而降低沉陷產生的影響。

一、 大平礦13091工作面及地面道路概況

大平礦13091工作面位于宋大鐵路及槐下公路下方，傾向基本垂直于鐵路，走向跨鐵路寬度達150 m。該處煤層平均厚度為5 m，工作面距地表垂直深度約280 m，開采方式為放頂煤一次采全高。公跨鐵路立交橋是上跨宋大鐵路大平裝車站的一座鋼筋混凝土3孔連續箱梁橋（34.0 m＋8.0 m＋8.8 m），左、右幅由兩座獨立橋梁組合而成，橋面鋪裝成一體，橋面縱坡度為2.4‰，鋼筋混凝土排架樁墩，北端墩基礎為樁基，南端墩基礎為雙層鋼筋混凝土擴大基礎，橋臺及其基礎為M 10片石。該橋位于13901工作面下付巷上方，位于采區邊緣。13901工作面與公跨大橋位置關系如圖1所示。

二、回采造成的沉陷

2008年7月，13091工作面回采至距公跨鐵路橋北橋墩60 m處時，橋兩端及錐形護坡均出現了寬度為10 ～ 50 mm、大小不等的裂縫。其中，北橋墩出現了中度下沉、傾斜現象；東、西兩幅橋梁之間出現了拉伸現象，裂縫寬度約20 mm，且以西側橋梁下沉較為嚴重。13091工作面于2009年9月回采結束，沉陷周期長達14個月。調查測量數據顯示，公跨鐵路橋4個橋墩的凈空高度分別為西北5.659 m、東北6.207 m、西南6.086 m、東南6.574 m。由以上數據可知，公跨鐵路橋的最小凈空高度為5.659 m（火車機車可勉強通過），東、西兩幅橋梁高差為0.52 m，傾斜值達33 mm/m，傾斜度為2°。根據調查情況，確定該橋梁被廢棄，禁止通車。

三、沉陷治理方案

1.優化開采方案，延緩沉陷速度。在13091工作面回采初期，大平礦地測科就建立了專項巖移觀測站，對受影響的鐵路及公跨鐵路橋進行觀測。隨著回采的推進，鐵路路基的下沉速度開始加快。為確保回采期間鐵路線路能正常運行，大平礦采取了在鐵路橋周圍60 m范圍內工作面不放頂煤和勻速、快速推進等措施，有效控制了沉陷速度。經觀測，13091工作面過橋梁時的最大沉陷速度為22 mm/d，和其相鄰工作面回采過鐵路期間的最大下沉速度（35 mm/d）相比，有效推遲了公跨鐵路橋的下沉峰值期，最大限度地確保了鐵路橋在回采期間的安全運行。

2.公跨鐵路橋治理方案。公跨鐵路橋車流量較大，禁止通車后，對人們的日常出行和地方經濟造成了嚴重影響，因而需要對此橋進行改造或重建。經實地測量后，根據現場情況確定了便道方案，即將原公跨鐵路橋拆除，在原橋梁北端沿線開挖便道，便道路跨鐵路后與原橋梁南端貫通，如圖2所示。該方案設計全長331 m，平均坡度7°，預計開挖土方量10 459.6 m3，具有投資少、工期短等優點，技術難度相對較小。

四、方案實施效果及經濟效益分析

大平礦與相關部門對以上治理方案進行了多次分析討論，在對工程可行性、投入成本及后續維護等問題達成一致意見后，開始組織施工。目前，該工程已經順利貫通，從根本上解決了公跨鐵路橋下煤層開采的問題。經估算，此番治理為后續開采解放煤炭資源超過90萬t，同時也為提高礦井服務年限和帶動地方經濟發展做出了貢獻。但由于該段鐵路為四股道，是宋大鐵路線在大礦站的重要裝車站，與公路平交后，在管理上出現一定難度，因而今后需在實際管理操作中不斷總結經驗，并進行優化。