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1、煤矿塌陷区铁路小桥涵的加固兖矿集团公司设计研究院王建良 兖 矿 集 团 公 司 铁 运 处张贤斌孔令水在煤炭行业的许多矿区， 随着人们对地下煤炭资源的不断开采， 地面上形成了大大小小的煤矿塌陷区。塌陷区也是在对地面建筑物的不断破坏过程中形成的。轻者大量的农田地面下陷， 地下水上升形成湖泊， 重者地面房屋被破坏， 村庄被迫搬迁。在煤炭矿区铁路专用线上的铁路小桥涵受到的破坏也是不容忽视的， 每年全国各矿务局在对煤矿塌陷区铁路专用小桥涵受到破坏治理上花费了不少的人力和财力。例如： 在兖矿集团公司每年对该矿区铁路专用线上塌陷区的治理费用多达 3 0 0 0 万元之巨， 其中， 铁路小桥涵的治理费用所占
2、的比重有约 3 0 %左右。在对塌陷区铁路小桥涵的治理过程中，通过大量的实践， 探索出了一些设计和施工的成功经验， 加以整理， 借以提高今后对此类问题的解决能力。1分析塌陷区铁路小桥涵破坏的机理煤矿塌陷区铁路专用线上的小桥涵担负着列车通行安全和桥下过水或立交的任务， 是铁路专用线上比较常见的小型建筑物， 其数量较多， 一般在平原地区每公里铁路专用线上平均有小桥涵 2 . 5 座以上， 目前， 比较常见的小桥涵结构形式有铁路盖板箱涵、 铁路拱涵、 铁路盖板涵、 铁路圆管涵等，其中， 铁路拱涵在近几年的设计中已不常采用， 通过塌陷区的铁路小桥涵大多设计为框架箱涵或圆管涵结构的居多， 因为此种结构在
3、地面塌陷过程中， 主体结构遭受破坏的现象不多。在理论上人们通常认为， 框架结构对地基中局部有软弱层的情况比较敏感， 容易受到破坏， 在塌陷区设计桥涵时应尽量避免不采用此种结构， 但是， 煤矿塌陷区对铁路小桥涵的破坏机理与此种破坏完全不同， 事实上通过采取一定的技术处理， 此类结构在铁路专用线上应用比较广泛， 取得了良好的效益。煤矿塌陷区的形成过程随着地下煤层厚度、 煤层埋藏深度、 开采方式的不同而不同， 形成时间的长短不一。有的塌陷区几个月就可以形成， 有的形成过程就要数年之久， 最终才能达到稳定。形成的面积大小也受到地下煤层厚度、 煤层埋藏深度、 开采方式的影响， 在地质构造不同的地点， 塌
4、陷区的塌陷深度也不一样。一般在塌陷区中心处塌陷沉降量较塌陷区边缘地区大。在平原地区的矿区， 由于地下煤层埋藏较深，地面塌陷区的形成是一个渐变的过程， 对铁路专用线的影响也存在着渐变过程， 不存在突变。对于铁路专用线上的小桥涵来讲， 所处的局部小范围内不存在突变， 小桥涵受到破坏时， 地面不可能存在过大的变形， 从而使小桥涵受到过大的作用力的情况不多见。一般小桥涵受到破坏作用时的表现形式有：（ 1 ） 铁路小桥涵受到破坏作用时， 整体出现倾斜， 并表现出一定的倾斜度。有时涵洞在纵向和横向都出现倾斜， 一般情况下， 纵向变形要大于横向的变形。（ 2 ） 小桥涵出入口的翼墙出现开裂， 扭曲变形， 失
5、去其作用。（ 3 ） 盖板受到荷载作用后开裂破坏。（ 4 ） 为了维持一定轨面标高不变， 随着地面的塌陷铁路路基需要不断补充回填， 从而引起小桥涵的长度不足， 需加长涵洞。（ 5 ） 铁路小桥涵受到塌陷区作用时 ， 破坏变形的历时一般较长。时间的长短随整个塌陷区的形成规模而变化。在所有这些小桥涵的破坏形式中， 表面现象上看是由地基出现承载力不足造成的， 但是， 这种破坏形式和一般意义上讲的建筑物局部地基承载力不足不同， 它是随着整个地区地基的大面积、 逐渐变形而变化的。将这种变化程度同变化持续时间相除， 计算出地基受塌陷区影响的变化速率， 一般很小。在实际工作中通过观察发现， 铁路路基的这种变
6、形每天最大范围在 0 !5 c m之间， 并且是间歇变形， 持续变形的时间一般很短。为了维护铁路线路行车的安全， 线路路基在这种变化中随时都需要维修维护。实际上， 相对于特定的时段来讲， 铁路路基的这种变形对铁路小桥涵的破坏作用并不明显， 而是通过长时间的受力作用， 从量变到质变， 最终使小桥涵破坏。2铁路小桥涵的加固针对铁路小桥涵的破坏特点， 加固时一般应遵循以下步骤：（ 1 ） 应对铁路小桥涵所处的塌陷区的形成方式有一个了解， 我们知道塌陷区的形成方式是有差别的， 但是， 通过对大量的塌陷区的形成机理进行分析， 可以从中找到一定的变化规律， 目的是将这种规律应用到实际的工作中去， 对塌陷区
7、的未来变化有一个系统的预测，其中塌陷区的形成范围、形成时间、 塌陷区形成后的中心深度是需要重点了解的。对铁路小桥涵所处位置的铁路线路的技术变化指标也应有充分的了解， 重点应对塌陷治理后的线路的纵坡坡度、 横断面坡度、 路基宽度、 路基边排水沟的坡度、 路基填筑材料的特性等。（ 2 ） 对需要加固的铁路小桥涵的破坏程度进行评估， 具体分析引起小桥涵破坏的原因类型， 通过对塌陷区的形成条煤矿现代化2 0 0 4年第6期总第6 3期!“煤矿现代化2 0 0 4年第6期总第6 3期!“件进行分析， 预测出桥涵所处塌陷区位置对该铁路小桥涵的最大破坏程度， 结合现场实际情况， 提出经济合理的加固方案。既要
8、保证加固过程中铁路行车的安全， 又要使铁路小桥涵的正常使用功能得到满足。一般的加固形式有拆除铁路小桥涵的出入口已破坏的翼墙， 并重新砌筑该翼墙， 尽量利用原有翼墙的基础部分， 作为新建翼墙的基础； 需要接长的涵洞应进行拆除原有出入口， 接长涵身， 接长时涵洞的宽度、 高度应同原有涵洞一致， 并重建出入口翼墙； 对遭受破坏严重的小桥涵， 在需要加固费用巨大时， 应重新考虑是否将该桥涵报废， 在旁边另建一的桥涵来替代旧涵洞。施工阶段， 在铁路小桥涵加固时， 一般是在不中断铁路行车的情况下进行的， 对施工人员的要求较高。从加固方法的制定到施工的最终实施， 都应严格按照现行 铁路桥涵施工规范 和铁路行车安全要求进行， 以保证安全。结束语塌陷区铁路小桥涵的加固是随着各个矿区的开采深入程度而进行的， 一般老矿区的铁路专用线上小桥涵的加固量较大。桥涵的加固在煤矿塌陷区铁路的治理中占有重要的地位， 加固的好坏直接影响着煤矿铁路专用线的运输安全和运营成本。通过对兖矿集团公司铁路专用线上桥涵的加固治理，说明只要采取了合理的方法步骤就能够取得良好的效果。参 考 文 献 1 涵洞与拱桥 . 铁路工程设计技术手册. 中国铁道出版社， 1 9 9 4 版 2 桥梁地基和基础 . 铁路工程设计技术手册. 中国铁道出版社， 1 9 9 1 版（ 收稿日期： 2 0 0 4 - 0 8 - 3 1 ）
