蒙西至华中铁路煤运通道路基工程重、难点分析

刘钰

摘 要:通过对蒙西至华中铁路煤运通道路基工程的重点、难点的分析,提出相应的处理措施,用以指导勘测设计。

关键词:铁路煤运通道重点难点

中图分类号:U292 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0115-01

蒙西至华中铁路煤运通道是国家“十二五”重点建设项目,是“北煤南运”新的国家战略运输通道,线路全长约1837km。路基工程占线路全长的40%以上。风沙路基防护及风沙防治、黄土路基处理及防排水、煤窑采空处理是路基工程的重点、难点。

1 风沙路基防护及风沙防治

(1)重点、难点分析

本线浩勒报吉至靖边段线路通过毛乌素沙漠,路基长度约180km。本区属于半干旱荒漠区,年平均降雨量300～400mm,地下水较丰富。地表大面积分布风积粉、细砂,发育有固定沙地、半固定沙地和流动沙地。大部分固定沙地为轻微风沙地段,部分固定沙地和半固定沙地为中等风沙地段,流动沙地为严重风沙地段。风沙对铁路具有风蚀、沙埋等危害,容易造成路基宽度不足、道床积沙、边坡不稳、桥涵堵塞等病害,严重时积沙掩埋道床和轨道,影响行车安全。因此,风沙路基防护及风沙防治是本项目的重点。

(2)处理措施

风沙路基防护包括路基本体防护和路基两侧平面防护。

风沙路基本体防护:采用防路肩吹蚀、防基床沙埋、防边坡风蚀的绿色植物防护和骨架护坡等相结合的措施。

路基两侧平面防护:毛乌素沙漠属于水分条件相对较好的半干旱荒漠区,沙害治理主要采取植物防沙措施,保护天然植被,营造人工植被。对中等和严重风沙地段采用植被保护、灌溉养护、阻沙、工程固沙及植物固沙相结合的措施,在路基两侧设置防护林带防沙;对轻微风沙地段采用植被保护、植物补种、灌溉养护的措施。各种防沙、固沙措施因地制宜、综合应用、合理配置,形成完整的防护体系,确保铁路运营的畅通,并改善沿线的自然生态环境。

2 黄土路基处理及防排水

(1)重点、难点分析

本线靖边至宜川、河津至运城、平陆至三门峡段线路通过黄土梁峁区、盆地区,路基长度约140km。黄土区上部黄土覆盖层较厚,最厚达100～200m。梁峁区地形起伏大,斜坡地形陡峻,冲沟深切发育,路基边坡较高。盆地区地形平坦,多为农田,水利灌溉设施较多。黄土一般具湿陷性,湿陷层厚度15～20m,主要为Ⅱ～Ⅳ自重湿陷性。黄土陷穴、坑洞分布较多。

黄土地基遇水湿陷容易产生较大沉降。路基边坡易受雨水冲蚀而产生冲沟、剥落、溜塌,深路堑开挖易产生工程滑坡。盆地区地面排水困难,路基易因排水不良而产生较大病害,严重时影响行车安全。因此,做好地基处理、边坡防护和防排水设计是本项目的重点和难点。

(2)处理措施

地基处理

加强对地表黄土陷穴、人工坑洞、冲沟的调查,有影响路基稳定的采用开挖回填夯实、灌注砂(碎石)、灌注黄泥浆(水泥浆)的措施处理。路堑基床采用铺设复合土工膜等隔水措施处理。农田区路堤基底挖除换填灰土以封闭地表水。松软及湿陷性黄土地基,经检算不满足稳定和工后沉降要求时采用碾压、强夯、挤密桩等措施加固处理。

路基边坡防护

方案研究和纵断面设计时,尽量避免高边坡。高路堤综合考虑填料来源、地基条件、工后沉降要求等技术条件,当设置高路堤无技术、经济优势时设桥通过。

对路堤边坡采用控制填料及压实度、边坡铺设土工格栅加筋、设置带截水槽骨架护坡的措施处理;对路堑边坡进行稳定性检算和工程类比,采用合理的边坡坡率、分级高度和平台宽度,并采用加固坡脚、分级设置带截水槽骨架护坡、窗孔式护坡等的措施处理;对局部地形陡峻、路堑开挖易产生工程滑坡地段坡脚设置锚固桩进行预加固。

路基防排水

黄土地区路基防排水采用拦截、分散、防冲、防渗等措施,路基排水设施结合桥涵、隧道、车站排水统筹规划,形成充足的排水能力和完善的排水系统。排水设施采用复合土工膜等做防渗处理。各类排水设施互相平顺衔接,确保地面排水的顺畅,并对防止水土流失、保护生态环境起到积极的作用。

3 煤窑采空处理

(1)重点、难点分析

本线靖边至黄龙的二叠系、三叠系、石炭系、侏罗系地层为煤系地层,分布有澄合矿区、韩城矿区等较大矿区,可能存在大面积煤矿采空区;除了大矿开采外,历史上存在很多古小煤窑采空区,主要分布子长、延安、宜川、韩城等处。韩城至运城段汾河南岸、黄河东岸分布有煤矿,存在采空区。煤窑采空区分布范围广、历史年代长,平面位置、范围、埋深和对线路的影响不容易确定,处理难度大。因此,煤窑采空处理是本线的重点和难点。

(2)处理措施

①采用以调查访问、收集资料结合大地音频电磁法、EH4等先进地面物探、钻探和试验相结合的综合勘察方法,查明沿线煤矿(窑)的分布,落实采空区的范围、埋藏深度、标高。

②针对采空区对铁路稳定性的影响,铁一院在包西铁路勘察设计阶段编制了《包西铁路大张段初步设计煤矿(窑)采空区对铁路稳定性影响的分析评价报告》,此报告中所提交的研究成果于2007年3月23日经过了西安铁路局组织的由国内铁路、煤炭、矿业等有关行业专家参加的专家评审会的评审并得到了通过,认为可以推广应用。

应用包西铁路的研究成果,对线路所经过的煤矿(窑)采空区进行稳定性评价并分类,作为线路选线和工程处理的依据。

③对已查明的大面积煤窑采空区尽量予以绕避,无法绕避时以最短距离通过。

④采空处理措施:对埋深较小的小煤窑采空区采用明挖后分层回填夯实的措施处理;埋深较大、采空区巷道单一、可以进入的采空区,采用砖砌或片石码砌回填,片石空隙中灌砂砾石;埋深较大、巷道杂乱、无法进入的采空区,采用钻孔、灌注黄泥浆的措施处理;对大型煤矿采空区,根据地层情况、埋藏深度、顶板厚度等具体情况分析采空对路基稳定性的影响,以及采空区塌陷后波及至地面引起路基沉降量是否满足路基工后沉降的要求,确定是否需要处理;对需要处理的采空区采用井下砌体支护、钻孔注浆的措施加固处理。对尚未开采的煤矿规划开采区划定禁采范围,严禁其开采,以保证铁路安全。

4 结语

在铁路项目勘测、设计之前对项目的重点、难点进行分析,提出相应的对策和处理措施,并对处理措施的关键技术进行科研、试验研究,用以指导勘测、设计的全过程,对拟定合理的设计原则和工程措施、采用新技术、新工艺确保工程质量、进行合理的投资控制都具有重要意义。