摘要：中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦111102工作面橫穿地面板集煤礦鐵路專用線，171305工作面（里段）垂直地面口孜東煤礦鐵路專用線。受井下采煤工作面開(kāi)采影響，地表下沉，不僅導(dǎo)致鐵路專用線路基塌陷下沉，還造成軌道線路結(jié)構(gòu)性的破壞，影響列車安全通行。為保障礦區(qū)煤炭正常外運(yùn)，滿足鐵路專用線安全運(yùn)行需求，根據(jù)開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)情況。本文制訂鐵路專用線塌陷治理施工方案，同時(shí)利用CORS參考基站加強(qiáng)軌道的變形監(jiān)測(cè)，創(chuàng)新工程管理方法，引進(jìn)使用新型設(shè)備，合理組織人力、物力等材料調(diào)配，摸索出一套塌陷區(qū)鐵路專用線治理的經(jīng)驗(yàn)方法，為鐵路下煤炭開(kāi)采治理提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：回采；監(jiān)測(cè)；路基；軌道

DOI：10.12433/zgkjtz.20232441

一、111102工作面和171305工作面（里段）概況

劉莊煤礦111102工作面、171305工作面（里段）布置在巨厚松散層下方，其中111102工作面開(kāi)采深度為-755.0～-487.6m，工作面長(zhǎng)1578m，工作面寬279m，平均傾角為14°，平均采高為4.11m，工作面走向自板集礦鐵路專用線下方穿過(guò)，夾角49°；171305工作面（里段）傾向長(zhǎng)1356.9～1369.1m，工作面斜長(zhǎng)308.1m，開(kāi)采深度-591.9～-522.6m，平均傾角為2°，平均采高為5.52m。工作面走向自口孜東礦鐵路專用線下方垂直穿過(guò)，夾角81°。

二、煤炭開(kāi)采巖移變化對(duì)地面鐵路鐵專線的影響

劉莊煤礦111102工作面和171305工作面（里段）回采，造成地面出現(xiàn)臺(tái)階式裂縫，進(jìn)而影響鐵路路基下沉，導(dǎo)致軌道出現(xiàn)偏移、瞎縫等情況，嚴(yán)重影響列車安全運(yùn)行。為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)軌道治理，加強(qiáng)軌道沉降、變形監(jiān)測(cè)，沿軌道平行方向設(shè)置50個(gè)沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)（T1～T50，間距50m），利用電子水準(zhǔn)儀和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）定期對(duì)軌道監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)反映回采進(jìn)度與軌道沉降變形關(guān)系。板集鐵專線受塌陷影響長(zhǎng)度約1700m，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)鐵路路基最大下沉4.95m，沉降活躍期路基最大沉降速率為79mm/d，軌道向東最大偏移值1.36m；口孜東鐵鐵專線受塌陷影響長(zhǎng)度2300m，鐵路路基最大下沉2.33m，沉降活躍期路基最大沉降速率為31mm/d，軌道向南最大偏移值1.42m。

三、工作面回采影響情況統(tǒng)計(jì)分析

（一） 劉莊煤礦111102采煤工作面回采影響統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)劉莊煤礦111102采煤工作面回采期間，在沉降區(qū)段鐵路專用線路基設(shè)置監(jiān)測(cè)樁，全過(guò)程監(jiān)測(cè)采煤工作面回采期間板集礦鐵專線路基沉降變化情況，分析采煤工作面斜穿鐵專線造成的影響。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)至水平距離鐵路專用線300m時(shí)，鐵專線路基開(kāi)始出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，隨著開(kāi)采速率的增大，路基下沉速率也增大；當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)鐵路專用線25m時(shí)，路基下沉速率達(dá)到峰值；當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)鐵路專用線250m時(shí)，路基下沉速率逐漸趨于平緩。具體變化趨勢(shì)詳見(jiàn)111102工作面推進(jìn)至板集鐵專線距離、開(kāi)采速率與路基下沉速率關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

（二）劉莊煤礦171305采煤工作面（里段）回采影響統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)劉莊煤礦171305采煤工作面（里段）回采期間，在沉降區(qū)段鐵路專用線路基設(shè)置監(jiān)測(cè)樁，全過(guò)程監(jiān)測(cè)采煤工作面回采期間口孜東礦鐵路專用線路基沉降變化情況，分析工作面橫穿鐵專線造成的影響。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)至水平距離鐵路專用線300m時(shí)，鐵專線路基開(kāi)始出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，隨著開(kāi)采速率的增大，路基下沉速率也增大；當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)鐵路專用線25m時(shí)，路基下沉速率達(dá)到峰值；當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)鐵路專用線250m時(shí)，路基下沉速率逐漸趨于平緩。具體變化趨勢(shì)詳見(jiàn)171305采煤工作面（里段）距離口孜東鐵專線水平距離、開(kāi)采速率與下沉速率關(guān)系圖（圖2）。

綜上所述，鐵路專用線影響下沉速率的因素主要包括開(kāi)采深度、回采速度、工作面回采推進(jìn)至鐵路專用線的水平距離及相互幾何位置關(guān)系等。準(zhǔn)確掌握鐵路專用線的下沉速率，可有針對(duì)性地開(kāi)展塌陷治理工作，進(jìn)一步提升塌陷治理的效果。

四、 鐵路專用線總體維護(hù)原則

根據(jù)鐵路塌陷治理的總體施工方案，結(jié)合鐵路專用線運(yùn)行的實(shí)際狀況，本文采取邊塌陷邊治理保運(yùn)行的總體施工原則，同時(shí)進(jìn)行井下采煤工作面回采沉降與鐵路專用線路基回填軌道維護(hù)，確保鐵路專用線滿足列車正常運(yùn)行需求。

（一）路基回填

采煤塌陷區(qū)段既有鐵路專用線均為有砟軌道，其路基斷面形狀與寬度應(yīng)符合《鐵路專用線設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行）（Q/CR 9156—2019）的有關(guān)要求。根據(jù)采煤工作面回采影響預(yù)計(jì)路基下沉的最大值，在塌陷影響沉陷前預(yù)先進(jìn)行鐵路專用線路基的加寬、加高預(yù)回填，軌道道床采用隨下沉、隨補(bǔ)充道砟逐漸抬高的施工方案。

口孜東鐵路專用線路基回填施工采取邊沉陷邊加固的施工方案，主要選用礦井矸石作為路基加寬和加高的主要回填材料，考慮到運(yùn)輸途徑及地方干擾的各種因素，當(dāng)?shù)V井矸石回填進(jìn)度無(wú)法滿足軌道治理施工需求時(shí)，在鐵路專用線兩側(cè)塌陷區(qū)域就地開(kāi)挖土方，并加拌石灰，采用灰土進(jìn)行路基加固施工。根據(jù)車輛運(yùn)輸需求，考慮土方邊坡的穩(wěn)定性，路基上口軌道每側(cè)加寬10m，邊坡坡度取1∶1.75，軌道寬度按3m算，塌陷影響下沉前鐵路專用線路基底部加寬后總寬度用公式表示為B=2×[1.75×（h1+h2）]+23，式中，B為路基底面總寬度，h1為原路肩高度，h2為預(yù)計(jì)塌陷影響下沉量，單位均為m。

鐵路專用線路基加寬應(yīng)從底部地面開(kāi)始，底部路基加寬應(yīng)一次完成，并分層碾壓密實(shí)，加高部位應(yīng)按邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨加高隨收縮，嚴(yán)格遵守《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》規(guī)定的器具、材料堆放要求，并應(yīng)注重與原路基搭接處的夯實(shí)處理。加寬的路肩寬度除應(yīng)符合《鐵路專用線設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行）（Q/CR 9156—2019）規(guī)定要求外，還應(yīng)滿足施工車輛行駛錯(cuò)車和路基邊坡穩(wěn)定性的要求，確保施工車輛行駛安全。在鐵路專用線軟弱地基條件下，當(dāng)安全系數(shù)不能滿足要求時(shí)，加寬可不受限，應(yīng)采用施工二平臺(tái)形成反壓護(hù)道的方法進(jìn)行加固，加寬的最終寬度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，由路基邊坡的穩(wěn)定性確定。鐵路專用線路基加寬加高施工應(yīng)由下向上分層實(shí)施，分層壓實(shí)厚度依據(jù)壓實(shí)機(jī)械能力進(jìn)行控制，宜取300mm。

（二）路基與軌道監(jiān)測(cè)

鐵路專用線線路監(jiān)控指標(biāo)內(nèi)容包括軌道變形、軌道不平順、軌道下沉速率等。鐵路專用線塌陷區(qū)段線路變形監(jiān)測(cè)宜以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，人工四等水準(zhǔn)測(cè)量輔測(cè)量，四等水準(zhǔn)測(cè)量每千米水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差不應(yīng)超過(guò)10mm。鐵路專用線塌陷區(qū)段沉降變形觀測(cè)點(diǎn)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，宜以50m為一間隔設(shè)置，局部區(qū)段可適當(dāng)加密至25m，并延長(zhǎng)至沉陷區(qū)范圍兩側(cè)各250m左右，每邊設(shè)置不少于3個(gè)控制點(diǎn)，以防塌陷區(qū)范圍擴(kuò)大或監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)損壞。每處沉降變形觀測(cè)點(diǎn)至鐵路鋼軌的距離以4.0～16m為宜，減少路基回填對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的破壞，并對(duì)損壞的監(jiān)測(cè)點(diǎn)需及時(shí)恢復(fù)補(bǔ)測(cè)。沉降變形觀測(cè)點(diǎn)宜設(shè)在能全面反映鐵路沿線變形特征的位置，易于觀測(cè)且不受施工影響。首期沉降變形觀測(cè)宜連續(xù)進(jìn)行2次觀測(cè)，取平均值作為初始值；第二期可采用單程附合測(cè)量進(jìn)行觀測(cè)。為有效指導(dǎo)路基回填和軌道治理施工，當(dāng)路基沉降速率大于80mm/d時(shí)，每天對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次；當(dāng)路基沉降速率為30～80mm/d時(shí)，每?jī)商鞂?duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次；當(dāng)路基沉降速率為10～30mm/d時(shí)，每三天對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次；當(dāng)路基沉降速率小于10mm/d直至趨于穩(wěn)定，每周對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次；當(dāng)軌道下沉速率連續(xù)三周小于1mm/d時(shí)，塌陷區(qū)段下沉可視為基本穩(wěn)定。

（三）軌道維護(hù)治理

通過(guò)對(duì)工作面回采期間鐵專線的監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，為鐵專線軌道治理提供有力的技術(shù)支撐。在鐵專線軌道治理過(guò)程中，本文創(chuàng)新軌道治理維護(hù)的方式方法，合理安排作業(yè)工序，提出軌縫量測(cè)法、塌陷區(qū)段軌縫分解法、統(tǒng)一標(biāo)高法和預(yù)起道法等多種軌道治理方法，確保鐵專線塌陷治理工作安全、高效運(yùn)行，保證列車安全通行，保證煤炭外運(yùn)銷售不受影響。

1.補(bǔ)充道砟、起撥道作業(yè)

為便于軌道維護(hù)，根據(jù)軌道的實(shí)際情況，本文采用統(tǒng)一標(biāo)高法，調(diào)整塌陷區(qū)段軌道的原設(shè)計(jì)標(biāo)高。開(kāi)采沉降影響前，根據(jù)塌陷沉降預(yù)計(jì)下沉量，采用溜砟車對(duì)即將塌陷區(qū)段的軌道進(jìn)行溜砟，利用起道機(jī)械設(shè)備進(jìn)行預(yù)起道。預(yù)起道范圍為塌陷速率較快的區(qū)段，通過(guò)預(yù)起道，避免塌陷區(qū)段出現(xiàn)“大鍋底”，有效減緩造成線路軌道瞎縫的頻率。開(kāi)采沉降影響后，根據(jù)軌道沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用側(cè)翻車和鏟車，對(duì)鐵專線沉降段軌道進(jìn)行補(bǔ)砟，利用水準(zhǔn)儀、全站儀配合起道機(jī)械設(shè)備進(jìn)行起撥道作業(yè)，線路抬升施工可沿軌道走向逐段進(jìn)行，每次起道高度不大于80mm，撥道量不大于100mm，順坡不大于2‰ 。同時(shí)，根據(jù)沉降速率，及時(shí)組織人力、設(shè)備、材料等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確保軌道質(zhì)量，滿足列車行車安全。

2.調(diào)整軌縫

夏季高溫天氣，軌道溫度較高，塌陷區(qū)段軌道路基沉降如呈現(xiàn)鍋底狀極易造成軌道鋼軌瞎縫，發(fā)生脹軌現(xiàn)象，影響列車安全運(yùn)行。巡道人員應(yīng)每天2次測(cè)定塌陷區(qū)段軌道鋼軌軌縫，并根據(jù)軌道變化情況，及時(shí)調(diào)整軌縫，必要時(shí)更換短軌，確保軌道不連續(xù)出現(xiàn)3處瞎縫，杜絕脹軌現(xiàn)象發(fā)生。

3.巡道管理

由于塌陷區(qū)軌道沉降變形速率較快，為提前預(yù)防軌道軌距變化和塌陷出現(xiàn)的臺(tái)階現(xiàn)象，必須在列車通行前后對(duì)軌道進(jìn)行巡查、測(cè)量，及時(shí)處理軌道出現(xiàn)的瞎縫和臺(tái)階現(xiàn)象，消除安全隱患，保證列車安全運(yùn)行。

4. 線路控制

為有效控制塌陷區(qū)線路幾何尺寸，確保線路運(yùn)行質(zhì)量，結(jié)合《普速鐵路線路修理規(guī)則》（TG/GW 102—2019）相關(guān)要求，探索塌陷區(qū)線路軌道幾何尺寸容許偏差范圍，在滿足列車安全運(yùn)行的同時(shí)，以降低維護(hù)工程量。容許偏差管理值見(jiàn)表1。

五、鐵專線塌陷治理建議

塌陷區(qū)既有鐵路線路工程維護(hù)應(yīng)體現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理和安全高效的原則，應(yīng)因地制宜地采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，推行科學(xué)管理，重點(diǎn)做好以下6方面工作：

1.針對(duì)礦井開(kāi)采十年規(guī)劃，至少提前1年制訂鐵專線治理方案，并組織實(shí)施。

2.根據(jù)以往工作面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合即將塌陷工作面實(shí)際情況，及時(shí)對(duì)鐵專線路基進(jìn)行預(yù)加寬、加高施工。

3.根據(jù)工作面與鐵專線相互位置關(guān)系和鐵專線沉降速率，制訂合理的軌道、路基監(jiān)測(cè)方案，指導(dǎo)軌道治理施工。

4.根據(jù)路基塌陷量、做好軌道治理所需要的物質(zhì)、設(shè)備、人力資源和資金計(jì)劃。

5.根據(jù)沉降速率、開(kāi)采速率和軌道治理效果，可調(diào)節(jié)回采速率，確保機(jī)車安全通行。

6.面對(duì)當(dāng)前的安全、環(huán)保形勢(shì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，制訂安全、高效的路基回填施工方案，確?？焖俪两灯陂g，路基回填量滿足軌道治理需要。

六、結(jié)語(yǔ)

板集、口孜東鐵路專用線采煤塌陷區(qū)軌道治理工程通過(guò)創(chuàng)新管理方法，解決了路基回填量大、軌道沉降變形速率快、維護(hù)難度高等多種因素造成的問(wèn)題，保證了列車的安全運(yùn)行和礦區(qū)煤炭的正常外運(yùn)。塌陷治理工程的成功實(shí)踐，可為工礦鐵路專用線的治理提供一定的參考與借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：胡慶禮（1974），男，安徽省鳳臺(tái)縣人，本科，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)槊禾科髽I(yè)地面工程

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