郑煤集团 大平煤矿 王建岗
大平矿公跨铁路桥的沉陷治理
郑煤集团 大平煤矿 王建岗
在矿山开采过程中,由于岩体本身平衡受到破坏,而会导致上覆岩层出现大面积沉陷,对地面建筑物、铁路、公路等设施造成不同程度的损坏。在“三下”压煤开采过程中,依据工作面布置、采深、煤层厚度及开采方式的不同,对桥梁、铁路等设施进行有针对性的治理,可有效控制沉陷速度,从而降低沉陷产生的影响。
大平矿13091工作面位于宋大铁路及槐下公路下方,倾向基本垂直于铁路,走向跨铁路宽度达150 m。该处煤层平均厚度为5 m,工作面距地表垂直深度约280 m,开采方式为放顶煤一次采全高。公跨铁路立交桥是上跨宋大铁路大平装车站的一座钢筋混凝土3孔连续箱梁桥(34.0 m+8.0 m+8.8 m),左、右幅由两座独立桥梁组合而成,桥面铺装成一体,桥面纵坡度为2.4‰,钢筋混凝土排架桩墩,北端墩基础为桩基,南端墩基础为双层钢筋混凝土扩大基础,桥台及其基础为M 10片石。该桥位于13901工作面下付巷上方,位于采区边缘。13901工作面与公跨大桥位置关系如图1所示。
2008年7月,13091工作面回采至距公跨铁路桥北桥墩60 m处时,桥两端及锥形护坡均出现了宽度为10 ~ 50 mm、大小不等的裂缝。其中,北桥墩出现了中度下沉、倾斜现象;东、西两幅桥梁之间出现了拉伸现象,裂缝宽度约20 mm,且以西侧桥梁下沉较为严重。13091工作面于2009年9月回采结束,沉陷周期长达14个月。调查测量数据显示,公跨铁路桥4个桥墩的净空高度分别为西北5.659 m、东北6.207 m、西南6.086 m、东南6.574 m。由以上数据可知,公跨铁路桥的最小净空高度为5.659 m(火车机车可勉强通过),东、西两幅桥梁高差为0.52 m,倾斜值达33 mm/m,倾斜度为2°。根据调查情况,确定该桥梁被废弃,禁止通车。
1.优化开采方案,延缓沉陷速度。在13091工作面回采初期,大平矿地测科就建立了专项岩移观测站,对受影响的铁路及公跨铁路桥进行观测。随着回采的推进,铁路路基的下沉速度开始加快。为确保回采期间铁路线路能正常运行,大平矿采取了在铁路桥周围60 m范围内工作面不放顶煤和匀速、快速推进等措施,有效控制了沉陷速度。经观测,13091工作面过桥梁时的最大沉陷速度为22 mm/d,和其相邻工作面回采过铁路期间的最大下沉速度(35 mm/d)相比,有效推迟了公跨铁路桥的下沉峰值期,最大限度地确保了铁路桥在回采期间的安全运行。
2.公跨铁路桥治理方案。公跨铁路桥车流量较大,禁止通车后,对人们的日常出行和地方经济造成了严重影响,因而需要对此桥进行改造或重建。经实地测量后,根据现场情况确定了便道方案,即将原公跨铁路桥拆除,在原桥梁北端沿线开挖便道,便道路跨铁路后与原桥梁南端贯通,如图2所示。该方案设计全长331 m,平均坡度7°,预计开挖土方量10 459.6 m3,具有投资少、工期短等优点,技术难度相对较小。
大平矿与相关部门对以上治理方案进行了多次分析讨论,在对工程可行性、投入成本及后续维护等问题达成一致意见后,开始组织施工。目前,该工程已经顺利贯通,从根本上解决了公跨铁路桥下煤层开采的问题。经估算,此番治理为后续开采解放煤炭资源超过90万t,同时也为提高矿井服务年限和带动地方经济发展做出了贡献。但由于该段铁路为四股道,是宋大铁路线在大矿站的重要装车站,与公路平交后,在管理上出现一定难度,因而今后需在实际管理操作中不断总结经验,并进行优化。