论线路跨越采空区的几种处理方案

王李永

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030000）

随着社会经济的发展趋势，高速公路、重载铁路必将成为中国经济发展中必不可少的亮丽风景，其运营的安全性将成为未来中国铁路思考的焦点。现就在设计上无法规避的采空区，提出以下处理方案。

1 大跨桥梁方案

此种方案技术上可行，但考虑采用时，需进行技术、经济、线形、工期、安全适应性比较，具有一定的适用范围。

目前我国具有成熟经验的大跨桥梁有：苏通长江公路大桥主桥采用主跨1088 m双塔斜拉桥，是世界最大跨径斜拉桥；金门大桥最大跨径280 m，是目前全世界最大跨径脊背桥；宜万铁路万洲长江大桥，360 m钢桁拱主跨在世界同类型铁路桥梁中居领先地位；武汉天兴洲公铁两用长江大桥，主跨504 m，为目前世界上主跨最大的公铁两用斜拉桥，是世界上载荷最大的公铁两用桥。

煤矿采空区变形破坏边界计算示例。

根据采空变形的相关理论，煤矿采空区影响范围按照图 1所示的边界进行计算：

式中，Y：移动角；

δ：边界角。

图1 采空区变形破坏边界计算

2 注浆充填方案

此方案通过注浆孔将水泥粉煤灰浆等注入采空塌陷区，充填采空区及上覆裂隙岩体，阻止覆岩的进一步塌陷冒落。

采空区的治理长度为沿铁路轴线上采空区及采空区上覆岩土上、下方向移动角影响长度、抽水巷道及水仓等的影响长度之和；采空区治理宽度是参照有关规程，采用应力扩散角法计算得到的；采空区治理深度为矿层开采深度，注浆段高度为空洞底板至裂隙带顶部之间的高度。

根据采空区治理的边界范围，可把注浆孔分为中间注浆孔、裂隙注浆孔和边缘注浆孔。中间注浆孔主要是起到充填加固采空区的作用，裂隙注浆孔主要充填采空区投影面积以外的裂隙带空隙，边缘孔主要起帷幕作用，以保证注浆效果，防止浆液流失。

注浆工程量计算如下：

采空区体积Vc＝Ac（采空面积）×h（采厚）；

总注浆量V＝［Vc×Ec（采空区空隙率）］×m（考虑浆液填充和浆液使用率的综合系数）＋Vh（巷道体积）＋Vz（钻孔体积）；

边缘孔数N1＝周长/孔距个，均深根据实际情况确定h1m；

中间孔数 N2＝采空面积/单孔处理面积/折算系数个，均深根据实际情况确定h2m；

巷道孔数N3＝巷道长/孔距个，孔深根据实际情况h3m；

裂隙孔数 N4＝（整治面积－采空面积）/单孔处理面积/折算系数个，均深根据实际情况h4m；

根据以上数据即可算出总孔数、总孔深（钻土、钻石），最终算出注浆总量。

浅层采空区采用注浆方案工艺相对简单，易于实施，有一定的使用经验，但在深度较深时采用注浆方案很难实施，目前尚无类似工程成功的经验可借鉴。在已经下陷的破碎岩体中进行大量的深孔钻探设备组织困难，钻探难度很大，易卡孔埋钻，工期难以控制，整治效果难以准确评判，且工程量大，费用高。如果，处理采空区位于正在开采的矿井内，加固处理区及其影响带必须停采，需产权单位大力配合，组织实施难度大，施工对在产矿区的影响及可能的危害难以预测，施工安全保证措施的费用难以估计。

3 桩板结构跨越方案

对于浅层、小范围采空塌陷区，可通过桩基穿透采空区，置于稳定地层之上，采用桩板跨越的方式通过。

深层采空区采用浅层桩板方案不能解决变形问题，深层采空区采用深层桩基深度大、施工困难，也难以抵抗水平变形，工程费用大，在目前的经济技术条件下不宜采用。

4 释放采空塌陷区沉降潜力方案

可以采用井下复采、爆破法、堆载预压、高能级强夯法、水诱导沉降法等，使采空塌陷区的后期沉降大幅度减小，该方法对浅部采空塌陷区的处治十分有效。对煤层埋深较深的工程不适用。

5 局部支撑加固法方案

局部支撑加固法是采用钢筋混凝土等结构形式对采空区予以巩固，防止采工区的变形。该方法适用于采空区较小、界面较完整、通风良好、具备人工运输条件的情况。对采空面积大、地表出现裂缝已经大面积塌陷、工期紧张的工程，不适用此方法。

6 路基地表处理方案

考虑采用对变形相对适应性较好的路基工程，不设桥梁工程；采取降低路堤填土高度、路基两侧加宽预留沉降量、铺设土工格栅等路基加固措施。

该方案有如下不利因素：采空区松动岩土体在外部荷载及地下水、降水等作用下会进一步产生不均匀、不连续的变形。采空塌陷区地表产生的“两种移动”——垂直下沉、水平移动和“三种变形”——倾斜变形、曲率变形与水平变形，使线路要素发生变化，极易发生行车事故。

7 采空区处理方案比较表

采空区处理方案比较表，见表1。

综上所述，当线路能绕避采空区时，首先采用绕避方案。其次，桩板结构跨越、释放塌陷区潜力、局部支撑加固及路基地表处理四种方案均无法处理深层大规模的采空区塌陷；采用注浆填充法、大跨桥梁方案可处理解决深层大规模的采空区塌陷，也需进行技术、经济、线形、工期、安全适应性比较，必要时需进行专家综合论证。

表1 采空区处理方案比较表