烏魯木齊東環鐵路聯絡線采空區方案研究

劉兆宇

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

1 項目概況

烏魯木齊東環鐵路聯絡線位于新疆維吾爾自治區烏魯木齊市境內，線路南接蘭新鐵路芨芨槽子站，向北沿烏魯木齊市區東部、東繞城高速公路，接入烏將鐵路新開車站十二戶站，線路正線長66.890 km。

本項目充分滿足了東部工礦企業運輸需求， 帶動了地方經濟發展的需要，有助于整合蘆草溝線，優化城市空間結構，對緩解烏魯木齊樞紐能力緊張，暢通新亞歐大陸橋通道，提升烏將線外運能力， 保障準東大型煤炭基地建設有積極的作用和意義。

2 采空區概況

沿線采空區為煤礦采空區，分布于蘆草溝至鐵廠溝段，基本上為侏羅系西山窯組煤層的開采形成， 呈多個條帶狀塊區分布，走向65°～70°，屬于急傾煤層。 如圖1 所示。

2.1 煤層開采情況

從開采規模和時間來看， 本地區采煤經歷了3 個歷史階段：（1）20 世紀50～70 年代初， 主要為村民和村集體的無序開采，由于設備和能力所限，此階段開采深度最深60 m 左右。 特點是開采范圍點多面廣、采空區雜亂、無文字記錄，也是現今地面塌陷的主要原因。 （2）20 世紀70 年代初～90 年代中期，主要以縣鄉村鎮為主導，配置有一定的通風排水設備，開采深度可到120～150 m。 特點是開采范圍點多面廣、采空區很雜亂、有部分文字記錄。 （3）20 世紀90 年代中期～2010 年前后煤礦關停，主要由政府主導的正規煤礦企業開采，開采設備和技術較先進，開采深度一般為150～300 m。 特點是開采范圍有文字記錄、作業較為規范。

2.2 采空區塌陷情況

煤層采出后，煤層頂板隨采隨塌，由于是急傾斜煤層，塌陷的規律為頂板尚未坍塌， 頂柱即塌落， 然后頂柱之上的黃土、卵礫石土隨之塌陷，在地面產生了多處塌陷坑。 在現場調查發現， 區內地表出現了大量成片或呈東西向條帶狀的塌陷區，可見地裂縫，長3～20 m 不等，裂縫寬0.1～3 m，深1～3 m。從衛星影像圖和歷史地形圖上， 可見采空區地表分布有圓形陷穴和塌陷坑，陷穴直徑10～50 m，目前大部分已被填埋，僅在局部遺留小型陷穴，直徑0.6～2 m，深1～5 m。

3 采空區方案研究

3.1 方案說明

鐵廠溝采礦區段既有2 條交通廊道，即東繞城高速公路、S111 公路（峽門子—林場公路）。 東繞城高速公路采用路基通過采煤溝塌陷區，局部塌溝填筑約40 m；S111 公路（峽門子—林場公路）并行既有鐵廠溝河東側，因位于既有鐵廠溝河道兩側，歷史上煤層未開采，地面穩定性良好。

本文研究了沿高速公路和沿鐵廠溝河兩大系列方案。 其中，鐵廠溝河方案中，結合采礦坑分布及線路展線情況，研究了沿溝小繞方案和沿溝大繞方案，如圖2 所示。

1）沿溝小饒方案：線路自比較起點AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側設河馬泉站， 出站后線路沿隧道至鐵廠溝河南側，并鐵廠溝河展線，將既有鐵廠溝河及S111 公路向東改移。鐵路以路基形式走行于其西側，于曙光下村東側上跨S111 公路，走行于Z521 公路東側；于東繞城高速公路鐵廠溝收費站南側設蘆草溝東站，后并繞城高速公路北行，于米東收費站東側折向西， 于柏楊河北側設米東站后至比較終點， 線路長25.9 km。 其中，特大橋5 座，共長12 506.3 m；隧道1 座，長4 930 m。 橋隧比67.3%，主要工程投資17.15 億元。

2）沿溝大繞方案：線路自比較起點AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側設河馬泉站，出站后線路沿隧道至鐵廠溝河南側，并鐵廠溝河展線，將既有鐵廠溝河及S111 公路向東改移。 鐵路以路基形式走行于其西側，穿曙光下村、上跨Z521 公路，走行于既有煤礦填埋堆西側，于曙光村東側轉向東，于新北銀豐化工南側轉向北， 于東繞城高速公路鐵廠溝收費站南側設蘆草溝東站，后并繞城高速公路北行，于米東收費站東側折向西，于柏楊河北側設米東站后至比較終點，線路長26.974 km。其中，特大橋共6 座，長8 291.14 m，大中橋2 座，長度共687.54 m；隧道2 座， 長度共5 837 m。 橋隧比54.9%， 主要工程投資18.67 億元。

3）并高速公路方案：線路自比較起點AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側設河馬泉站，沿隧道至鐵廠溝河南側，并高速公路跨鐵廠溝河，以路基穿鐵廠溝煤礦塌陷區，北行至米東收費站東側跨立交匝道后折向西，于柏楊河北側設米東站后至比較終點，線路長25.312 km。其中，特大橋5 座，長度共11 811.75 m，大中橋1 座，長度共90.21 m；隧道1 座，長度共4 844 m。 橋隧比66.2%，主要工程投資17.71 億元。

3.2 優缺點分析

3.2.1 從工程安全及實施難易性角度分析

3 個方案均實現了在采空區段以路基結構形式通過，線路與塌陷溝交叉角度基本相當，交叉角度均較大。

1）沿溝大繞方案線路走行于鐵廠溝河位置，完全繞避最北側第三道采煤塌陷溝外緣，路基最大填高15.8 m。 工程實施較易，工程安全性最高。

2）沿溝小繞方案線路部分走行于鐵廠溝河位置，于第二道塌陷溝處轉向東，局部穿越第三道塌陷溝，經現場踏勘及調取歷史資料， 穿越第三道塌陷溝處地面整體穩定性較好，路基最大填高19.0 m。 工程實施相對容易，工程安全性相對較高。

3）并高速公路方案線路并行高速公路走行，既有高速公路穿越第一道塌陷溝處， 以路基形式自露天采煤坑底逐級回填壓實，公路路基邊坡高約40 m。 本項目并其走行，惡化了其工程條件，線路在穿越第三道塌陷溝處路基最大填高約29 m。工程實施條件差，工程安全性相對較差。

3.2.2 從外部實施條件角度分析

1）并高速公路方案利用既有高速公路廊道，工程拆遷少，公路與鐵路之間不產生新的夾心地； 線路與沿線電力線路等交叉干擾小。 外部實施條件最好。

2）沿溝小繞方案線路并鐵廠溝河布線，工程拆遷相對較多，需遷改鐵108 廠溝河及S311 公路各約1.2 km；線路兩次穿越鐵廠溝河東側220 kV 電力線，后續需進一步征求電力部門意見，工程外部實施條件相對較好。

3）沿溝大繞方案線路并鐵廠溝河布線，工程拆遷最大，需遷改鐵廠溝河及S311 公路各約2.0 km；線路占壓鐵廠溝河東側220 kV 電力線長約4.5 km，需對其進行遷改，工程外部實施條件最差[1]。

3.2.3 技術經濟綜合對照

3 個方案技術經濟綜合對照見表1。

表1 3 個方案技術經濟綜合對照表

3.3 研究結論

本次研究推薦線路長度適中、 工程實施外部條件相對較好、工程安全性好、實施風險小、工程投資最省的沿溝小繞方案。

4 結語

綜合以上分析，沿線各采空區仍處于不穩定狀態，其剩余變形量均較大， 覆巖的持續變形可能會對路基、 橋涵、隧道、房屋等建筑物產生毀滅性破壞，因此，線路通過采空區時應采用科學合理的選線、工程設置原則及治理方案。 線路宜繞避采空區，無法繞避時，盡量選擇開采深度較淺且寬度較小地段通過；盡量以路基通過，必要時采取跨度小的框架結構橋梁，避免設置隧道、車站及大型或特殊結構橋梁；在主體工程開工前，采取探灌結合方法，對采空區地下空洞進行灌漿加固處理。