綜放開采沉陷區(qū)鐵路路基維護(hù)治理技術(shù)研究

綜放開采沉陷區(qū)鐵路路基維護(hù)治理技術(shù)研究

1工作面采煤影響南屯煤礦七采區(qū)的三個(gè)工作面分別為73號(hào)和73號(hào)。73個(gè)礦區(qū)的鐵路連接良好，73個(gè)礦區(qū)的鐵路連接良好。工作面平均長度約1500m,平均寬度約400m,煤層平均厚度約5.5m,采用綜放開采,各工作面推進(jìn)方向均與礦區(qū)鐵路專用大興線走向平行,與鄒南線和鮑南聯(lián)絡(luò)線走向正交,平均每天前進(jìn)約3m。2006年7月至2008年11月期間,大興線XK0+000~XK1+021、鄒南線K6+710~K8+120、大東站西咽喉、機(jī)務(wù)整備場和鮑南聯(lián)絡(luò)線全部線路受到四個(gè)工作面采煤逐個(gè)影響產(chǎn)生下沉,平均最大下沉量約1100mm,平均最大橫向水平位移約530mm,總最大下沉4347mm,橫向水平總移動(dòng)2118mm。該段鐵路承擔(dān)著礦區(qū)85%的運(yùn)輸任務(wù),日運(yùn)量約5萬t,行車對(duì)數(shù)在40對(duì)/天,鐵路運(yùn)輸非常繁重。工作面采煤引起鄒南線K6+710~K8+120、大興線XK0+000~XK1+021、大東站西咽喉、機(jī)務(wù)整備場和鮑南聯(lián)絡(luò)線路段內(nèi)的鐵道線路、鐵路通信、鐵路信號(hào)、鐵路供水供電、鐵路橋涵、機(jī)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)檢查坑、機(jī)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)建筑物等設(shè)備、設(shè)施下沉和水平移動(dòng),不能正常使用。通過開展下沉區(qū)鐵路維護(hù)治理技術(shù)研究,系統(tǒng)梳理現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)成果,對(duì)指導(dǎo)綜放開采下沉區(qū)鐵路維護(hù)治理、充實(shí)和發(fā)展礦區(qū)鐵路下沉區(qū)治理成套技術(shù)具有重要意義。2鐵路線路設(shè)計(jì)技術(shù)研究2.1設(shè)施靜荷載與行車安全的關(guān)系路基是鐵道線路的基礎(chǔ),它承受著道床、軌枕、鋼軌等上部設(shè)施的全部靜荷載和運(yùn)行列車的動(dòng)荷載,它的狀態(tài)好壞與行車安全有著密切的關(guān)系。為避免在鐵路下沉期間路基穩(wěn)定性差而影響鐵路運(yùn)輸,須進(jìn)行路基加高加寬等工作。2.1.1充填材料的橫向變形在煤層的開采過程中對(duì)路基的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:垂直變形(下沉)、沿線路方向的縱向變形和沿線路方向的橫向變形。影響路基和橋涵穩(wěn)定的主要是垂直變形,在鐵路治理期間需要的填充材料量巨大。片石來源匱乏,供應(yīng)不及時(shí),已不能滿足下沉區(qū)鐵路路基加寬加高的要求。因此,經(jīng)過論證和實(shí)驗(yàn),采用煤矸石進(jìn)行路基的加寬加高效果較好,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益比較顯著,取得了極大的成功,為礦區(qū)下沉區(qū)鐵路治理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2.1.2煤石路基施工由于煤矸石材料的特殊性,首先是顆粒大小不等,其次是易風(fēng)化。在施工中,應(yīng)注意煤矸石的粒度級(jí)配問題,應(yīng)使矸石塊度之間縫隙盡量減少,必要時(shí),在塊度中加入一些細(xì)粒土或已風(fēng)化的矸石材料,以增加路基的密實(shí)程度,同時(shí)增加壓實(shí)度,使料度級(jí)配效果更好;由于煤矸石易風(fēng)化,在施工過程中,路基基床或路基表層填料應(yīng)采用完全風(fēng)化的煤矸石,以防表層煤矸石風(fēng)化造成路基表面松散膨脹。煤矸石路基實(shí)踐表明,路基表面矸石風(fēng)化嚴(yán)重,而路基內(nèi)部風(fēng)化程度較小或不出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象,因此應(yīng)注意路基表面施工。煤矸石屬于遇水易軟化巖石,透水性較弱,因此在施工中應(yīng)注意排水問題。施工中應(yīng)采取的措施是路基兩側(cè)每隔20m~50m設(shè)一斷面為1.5m×2m的片石盲溝,以便排水暢通,增加道床、路基的排水性能。煤矸石路基施工時(shí),由于每天矸石需求量大,由礦方組織車隊(duì)運(yùn)矸石進(jìn)行路基加寬加高,填筑的矸石要分層鋪平填筑,用壓路機(jī)或機(jī)械振動(dòng)碾壓密實(shí)。路基加寬應(yīng)從底部地面開始,底部路基加寬最好一次完成,并分層夯實(shí)。加寬部分底部盡量采用片石,尤其是下沉區(qū)有積水的地段,以免長期浸泡,影響路基的穩(wěn)定性。路基預(yù)加高部位應(yīng)按矸石路基邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨加高隨收縮,并應(yīng)注意與原搭接處的夯實(shí)。2.2設(shè)計(jì)新型鋼軌礦區(qū)鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按工礦企業(yè)I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),鋼軌采用P50鋼軌。在下沉區(qū)鐵路鐵路治理過程中,針對(duì)線路變形的主要特點(diǎn),提出以下相應(yīng)的維修措施。2.2.1次起道量的確定在鐵路下采煤時(shí),線路隨地表的移動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的垂直移動(dòng)和變形,如果不及時(shí)維修,消除這些移動(dòng)和變形,它們將不斷積累,就有可能超過允許限度而給列車安全運(yùn)行帶來不利因素。為消除這些有害影響,采用起道順坡、預(yù)起道等維修措施,保證鐵路軌面平順,符合《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》要求。根據(jù)線路下沉速度和維修力量,以及《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》中關(guān)于防護(hù)條件的規(guī)定,確定起道周期時(shí)可分為下列幾種情況:一次起道量定為40mm,此時(shí)可不辦理施工手續(xù)也可不減速放行列車,對(duì)行車運(yùn)輸影響較小;對(duì)于下沉速度較大,若一次起道40mm會(huì)增多起道次數(shù)和造成線路不穩(wěn)固時(shí),一次起道量可定為100mm。這時(shí)需辦理施工手續(xù),用減速信號(hào)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)速度不得超過25km/h;在地表移動(dòng)穩(wěn)定以后,為了最后整治線路縱斷面,如果起道工作量較大時(shí),一次起道量可大于100mm,但要辦理封鎖施工手續(xù),設(shè)置停車信號(hào)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)速度不得超過15~25km/h。2.2.2地表橫向移動(dòng)防護(hù)南屯煤礦七采區(qū)3上工作面推進(jìn)方向與鐵道線路方向正交,當(dāng)回采工作面逐漸向線路接近時(shí),線路橫向移動(dòng)的方向與回采工作面的推進(jìn)方向相反,其移動(dòng)值由小逐漸變大,當(dāng)回采工作面越過線路并繼續(xù)向前推進(jìn)時(shí),線路橫向移動(dòng)的方向逐漸轉(zhuǎn)向與回采工作面推進(jìn)方向一致,其值由原來一側(cè)移動(dòng)的最大值逐漸減小,最終將越過原來位置正下方而穩(wěn)定在回采工作面停采線的一側(cè)。為了消除地表橫向水平移動(dòng)對(duì)線路方向的有害影響,主要采用撥道、改道、加強(qiáng)線路日常養(yǎng)護(hù),及時(shí)消除局部失格處所等措施。根據(jù)線路的橫向移動(dòng)速度和維修量以及《鐵路線路維修規(guī)》中關(guān)于防護(hù)條件的規(guī)定,撥道周期的確定可以分為以下幾種情況:一次撥道量為40mm,此時(shí)可不辦理施工手續(xù),也可不減速放行列車;如果需要撥道量較大時(shí),可采用分次撥道的方法,即在每次列車間隔內(nèi)撥道量不超過40mm,經(jīng)過多次撥道,可完成整個(gè)撥道工作;在上述第二種情況下,如果多次撥道有困難,則可在每次列車間隔內(nèi)一次撥道量為100mm以上,但此時(shí)應(yīng)辦理施工手續(xù),用減速信號(hào)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)速度不得超過25km/h;在地表移動(dòng)穩(wěn)定以后,可以根據(jù)原設(shè)計(jì)恢復(fù)線路平面,需要對(duì)下沉區(qū)線路進(jìn)行平、縱斷面測(cè)量,根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行起撥道,整治線路平面需要撥道量大時(shí),可以在每次撥道100mm以上,但此時(shí)應(yīng)辦理封鎖施工手續(xù),設(shè)置停車信號(hào)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)速度不得超過25km/h。2.2.3拉伸區(qū)線路軌縫的調(diào)整軌縫在鐵路下采煤時(shí)實(shí)測(cè)的線路爬行,是列車運(yùn)行和地下開采等多種因素綜合影響的結(jié)果,如線路坡度、重車方向和線路鎖定狀況等都影響線路爬行的方向和數(shù)值,使線路爬行出現(xiàn)比較復(fù)雜的情況。線路上縱向水平變形最明顯地表現(xiàn)在軌縫尺寸的變化上,如果鋼軌內(nèi)的縱向應(yīng)力大于線路的接頭阻力時(shí),軌縫尺寸就要發(fā)生相應(yīng)的變化。據(jù)實(shí)際觀測(cè)得知,在地表移動(dòng)的拉伸區(qū)線路的軌縫要增大,在地表移動(dòng)的壓縮區(qū)線路的軌縫要縮小,能使軌縫達(dá)到構(gòu)造允許最大軌縫或瞎縫。在拉伸區(qū)甚至可能將魚尾板拉斷或?qū)⒙菟ㄇ袛?在壓縮區(qū)使接頭和鋼軌內(nèi)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力,這時(shí)如果線路方向不良或在列車動(dòng)載荷的作用下就有可能出現(xiàn)漲軌,造成脫軌事故。根據(jù)《鐵路線路維修規(guī)則》,采取檢查線路原有軌縫尺寸、調(diào)整軌縫、拉伸區(qū)軌縫適當(dāng)減小、壓縮區(qū)軌縫適當(dāng)增大等維護(hù)措施。在調(diào)整軌縫作業(yè)時(shí)放行列車的防護(hù)條件為:使用有礙行車的軌縫調(diào)整器而不拆開接頭整正軌縫時(shí),要用電話聯(lián)系。掌握列車運(yùn)行情況,利用列車間隔施工,工地用紅旗(夜間紅燈)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)不限速;拆開接頭成段調(diào)整軌縫,但不插入短軌頭時(shí),應(yīng)辦理封鎖施工手續(xù)或經(jīng)車站值班員承認(rèn)利用列車間隔時(shí)間施工,設(shè)置停車信號(hào)防護(hù),放行列車或單機(jī)時(shí)不限速;拆開接頭成段調(diào)整軌縫,并插入短軌頭時(shí),應(yīng)辦理封鎖施工手續(xù),設(shè)置停車信號(hào)防護(hù)。放行列車或單機(jī)時(shí),速度不得超過15~25km/h。2.3讓更寬的圍巖鐵路蓋板涵是蓋板箱型涵洞的簡稱,是完全埋在路基下面為了通過小水流設(shè)置的建筑物。其結(jié)構(gòu)主體由基礎(chǔ)、邊墻和蓋板組成,蓋板多用鋼筋混凝土預(yù)制,邊墻一般采用漿砌片石加混凝土帽石。下沉區(qū)影響的涵洞孔徑一般在2.5m以內(nèi),在鐵路下沉前,根據(jù)該處的預(yù)計(jì)下沉量,按照原設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崆坝杓娱L。涵洞接長應(yīng)拆除原出入口邊墻,保留出入口基礎(chǔ),在接長基礎(chǔ)與原出入口基礎(chǔ)、接長基礎(chǔ)與新建出入口基礎(chǔ)部位分別增設(shè)一道沉降縫。在涵洞接長施工中要注意做好基礎(chǔ)及墊層施工,基底的地質(zhì)、承載力要滿足設(shè)計(jì)要求,經(jīng)驗(yàn)收合格后,再鋪設(shè)墊層。2.4新口操縱裝置鐵路下沉后,原道口房需廢棄。下沉前,由礦方負(fù)責(zé)用矸石填筑高出軌面1.6m、面積為15m×6m的平臺(tái),平臺(tái)上搭建一所的60m2臨時(shí)道口房,供道口看守人員值班使用。道口房下沉到一定層度,需將道口房加固后吊起,重新在平臺(tái)上填筑矸石,整平后將臨時(shí)道口房吊至原位,以保證臨時(shí)道口房室內(nèi)地面不低于鐵路鋼軌軌面標(biāo)高。臨時(shí)房屋應(yīng)具有較好的保溫、通風(fēng)措施,并安裝一臺(tái)不小于50P的雙溫柜機(jī)空調(diào)。鐵路下沉后,原道口操縱裝置需拆除。新道口操縱裝置設(shè)計(jì)成簡易雙側(cè)有人操縱木制欄桿,與線路起道做到同步隨沉隨起,道口看守人員也由原來的2人看守需增加為4人看守。道口警標(biāo)及護(hù)樁、柵欄按下沉0.7m全部重新補(bǔ)充一次。道口按照80mm起道一次拆鋪道口一次計(jì)算,由礦方負(fù)責(zé)道口拆鋪時(shí)道路封鎖及道口兩側(cè)的20m道口平臺(tái)的填平、壓實(shí)。3聯(lián)鎖設(shè)備設(shè)備鐵路信號(hào)是鐵路組織、指揮、控制行車的技術(shù)設(shè)備,是信號(hào)、聯(lián)鎖、閉塞設(shè)備的總稱,在保證行車安全、提高運(yùn)輸效率、改善操作人員的勞動(dòng)條件、降低建設(shè)成本和節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用上占有重要的地位。3.1纜不隨伸長位置而升降為確保行車安全,下沉期間鐵路線路將經(jīng)常起道,而信號(hào)電纜也必須隨之抬高。地埋信號(hào)電纜需進(jìn)行過渡施工,在鐵路道心重新敷設(shè)信號(hào)電纜,采用Φ65mm鋼管及橡膠管防護(hù),用U型自制卡釘釘固在線路木枕上,使之隨線路的抬高而抬高。3.2下沉道路隨幫補(bǔ)下沉前,道岔安裝裝置側(cè)路肩應(yīng)進(jìn)行幫補(bǔ)。下沉期間,道岔安裝裝置側(cè)路肩要做到隨下沉隨幫補(bǔ),避免因路肩幫補(bǔ)不及時(shí)造成道岔電機(jī)懸空;同時(shí),應(yīng)注意路肩幫補(bǔ)高度距軌底不少于200mm,避免因線路下沉路肩高于軌面造成道岔安裝裝置或電機(jī)的損壞。穩(wěn)沉期間,地表下沉速度變慢,應(yīng)每20天進(jìn)行一次路肩幫補(bǔ)。3.3角鋼安裝工藝因信號(hào)電纜采用在道心枕木上過渡敷設(shè)方式,電纜箱盒與信號(hào)變壓器箱就無法再采用地埋的方式安裝。根據(jù)道岔基礎(chǔ)角鋼安裝原理,電纜箱盒與信號(hào)變壓器箱不再使用混凝土基礎(chǔ),同理,采用道岔基礎(chǔ)角鋼加工制作電纜箱盒與信號(hào)變壓器箱的安裝支架,把安裝支架固定在鋼軌上,用50×50角鋼加工信號(hào)機(jī)基礎(chǔ),象安裝電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)一樣把電纜箱盒與信號(hào)變壓器箱固定在支架上進(jìn)行過渡,可以使電纜箱盒與信號(hào)變壓器箱隨著鐵路線路的起道自然抬高。3.4信號(hào)機(jī)的方式是否可行下沉活躍期間,站場內(nèi)矮型信號(hào)機(jī)如按照《鐵路信號(hào)施工規(guī)范》的規(guī)定采用400~500mm的基礎(chǔ)埋深標(biāo)準(zhǔn)安裝,每天靠用人工抬高信號(hào)機(jī)的辦法是不可行的,何況還存在線路偏移造成的信號(hào)機(jī)侵限問題。根據(jù)道岔基礎(chǔ)角鋼安裝原理,矮型信號(hào)機(jī)不再使用混凝土基礎(chǔ),而利用道岔基礎(chǔ)角鋼加工制作信號(hào)機(jī)的安裝支架,把安裝支架固定在鋼軌上,用50×50角鋼加工信號(hào)機(jī)基礎(chǔ),象安裝電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)一樣把信號(hào)機(jī)固定在支架上進(jìn)行過渡,使信號(hào)機(jī)隨著鐵道線路的起道自然抬高,且能夠保證信號(hào)機(jī)距線路中心的建筑限界的尺寸始終保持不變。3.5信號(hào)機(jī)構(gòu)距線路中心鑒于地表下沉鐵道線路逐步抬高,高柱信號(hào)機(jī)很難在地面下沉?xí)r隨時(shí)抬高。因此,下沉期間只要保證信號(hào)機(jī)構(gòu)距線路中心滿足建筑限界2440mm、最低燈位距軌面5000mm的要求即可。當(dāng)信號(hào)機(jī)構(gòu)滿足不了建筑限界機(jī)柱埋深2440mm、最低燈位距軌面5000mm的要求時(shí),可在運(yùn)輸組織部門通告機(jī)務(wù)乘務(wù)人員的前提下,把進(jìn)站信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到機(jī)柱距鐵路線路外方,信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)便不存在侵限問題。3.6信號(hào)設(shè)備維護(hù)下沉區(qū)地質(zhì)和軌道線路變化快,為及時(shí)掌握下沉期間信號(hào)設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息,每天必須對(duì)下沉區(qū)內(nèi)的所有信號(hào)設(shè)備進(jìn)行一次全面細(xì)致的檢查測(cè)量,包括道岔的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各種桿件、各種信號(hào)設(shè)備的建筑限界、各種絕緣器件和絕緣材料,發(fā)現(xiàn)不良的及時(shí)更換,使信號(hào)設(shè)備保持在較好狀態(tài),確保運(yùn)輸安全。具體維護(hù)措施如下:(1)信號(hào)設(shè)備每天一次全面細(xì)致檢查測(cè)量并做詳細(xì)記錄;(2)線路每下沉100mm必須對(duì)信號(hào)設(shè)備抬高扶正1次;(3)線路每平移20mm必須對(duì)信號(hào)設(shè)備基礎(chǔ)調(diào)整1次;(4)高柱信號(hào)機(jī)機(jī)柱傾斜超過36mm調(diào)整1次;(5)各種箱盒基礎(chǔ)的傾斜超過10mm調(diào)整1次;(6)線路每抬道100mm或撥移100mm必須分解檢查鋼軌絕緣、絕緣螺栓1次;(7)下沉區(qū)內(nèi)的鋼軌接續(xù)線、鋼軌引接線損壞應(yīng)及時(shí)更換;(8)道口設(shè)備和信號(hào)電纜每天測(cè)試1次,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理;(9)下沉活躍期每天設(shè)電務(wù)值班員1名駐行車室負(fù)責(zé)與車務(wù)、工務(wù)的聯(lián)系;(10)工務(wù)在道岔區(qū)段起撥道時(shí),電務(wù)派2人配合作業(yè),以保證信號(hào)設(shè)備不影響行車;(11)沉活躍期現(xiàn)場設(shè)電務(wù)值班員人員,每天24小時(shí)負(fù)責(zé)來車前道岔的測(cè)試檢查。3.7信號(hào)系統(tǒng)的治理2006年-2008年南屯煤礦七采區(qū)3上四個(gè)工作面交替影響鄒南線及鮑南聯(lián)絡(luò)線地面信號(hào)設(shè)施的運(yùn)行安全,通過應(yīng)用信號(hào)電纜治理技術(shù)、聯(lián)鎖道岔治理技術(shù)、電纜箱盒與變壓器箱治理技術(shù)、矮型信號(hào)機(jī)治理技術(shù)、高柱進(jìn)站信號(hào)機(jī)治理技術(shù)及維護(hù)監(jiān)測(cè)技術(shù)等措施進(jìn)行過渡治理,下沉區(qū)各類地埋信號(hào)設(shè)施維護(hù)受控,鐵路信號(hào)設(shè)施運(yùn)用正常。4提高運(yùn)輸效益的方法鐵路通信是組織運(yùn)輸生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),保證行車安全和提高運(yùn)輸效益的重要手段,必須做到迅速、準(zhǔn)確、安全、可靠。下沉區(qū)地表下沉和橫向位移,電纜線路在下沉、位移不均勻處內(nèi)部將產(chǎn)生較大張力,嚴(yán)重時(shí)將損壞電纜線路。4.1電纜線路掛線方案下沉區(qū)地面下沉幅度大,地埋長途通信電纜傳輸質(zhì)量將無法保證,采用架空敷設(shè)市話電纜方式建立過渡通信線路。具體治理措施:(1)下沉前,地埋干線充氣電纜更換為市話電纜,采用9m電桿沿鐵路路基邊坡底部架空敷設(shè),建立過渡通信線路,兩端充氣電纜做氣閉后與市話電纜做成端對(duì)接;(2)根據(jù)所掛電纜重量、桿檔距離、本在地區(qū)的氣象負(fù)荷及其發(fā)展情況等因素,吊線程式采用7/2.6mm吊線、桿間距離采用40m;(3)架空線路每隔5個(gè)檔距,電桿采取四方拉線加固;(4)在下沉量較大的區(qū)段,通信電桿極可能泡在水中,該段通信電桿應(yīng)做石籠防護(hù);(5)下沉期間為保證煤炭鐵路運(yùn)輸安全,應(yīng)對(duì)通信架空線路調(diào)整拉線、扶正電桿、調(diào)整線路弧度、測(cè)試及巡視。下沉活躍期,每天派2人對(duì)下沉區(qū)進(jìn)行巡視一次,觀察電纜路徑地形的變化情況,對(duì)地面裂縫、上下出現(xiàn)錯(cuò)位處的區(qū)域,要重點(diǎn)檢查,每天對(duì)該線路進(jìn)行全程交直流特性測(cè)試1次;減緩期每周派2人對(duì)下沉區(qū)進(jìn)行巡視一次,每周對(duì)該線路進(jìn)行全程交直流特性測(cè)試2