劉兆宇

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

1 項(xiàng)目概況

烏魯木齊東環(huán)鐵路聯(lián)絡(luò)線位于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市境內(nèi)，線路南接蘭新鐵路芨芨槽子站，向北沿烏魯木齊市區(qū)東部、東繞城高速公路，接入烏將鐵路新開(kāi)車站十二戶站，線路正線長(zhǎng)66.890 km。

本項(xiàng)目充分滿足了東部工礦企業(yè)運(yùn)輸需求， 帶動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有助于整合蘆草溝線，優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)，對(duì)緩解烏魯木齊樞紐能力緊張，暢通新亞歐大陸橋通道，提升烏將線外運(yùn)能力， 保障準(zhǔn)東大型煤炭基地建設(shè)有積極的作用和意義。

2 采空區(qū)概況

沿線采空區(qū)為煤礦采空區(qū)，分布于蘆草溝至鐵廠溝段，基本上為侏羅系西山窯組煤層的開(kāi)采形成， 呈多個(gè)條帶狀塊區(qū)分布，走向65°～70°，屬于急傾煤層。 如圖1 所示。

2.1 煤層開(kāi)采情況

從開(kāi)采規(guī)模和時(shí)間來(lái)看， 本地區(qū)采煤經(jīng)歷了3 個(gè)歷史階段：（1）20 世紀(jì)50～70 年代初， 主要為村民和村集體的無(wú)序開(kāi)采，由于設(shè)備和能力所限，此階段開(kāi)采深度最深60 m 左右。 特點(diǎn)是開(kāi)采范圍點(diǎn)多面廣、采空區(qū)雜亂、無(wú)文字記錄，也是現(xiàn)今地面塌陷的主要原因。 （2）20 世紀(jì)70 年代初～90 年代中期，主要以縣鄉(xiāng)村鎮(zhèn)為主導(dǎo)，配置有一定的通風(fēng)排水設(shè)備，開(kāi)采深度可到120～150 m。 特點(diǎn)是開(kāi)采范圍點(diǎn)多面廣、采空區(qū)很雜亂、有部分文字記錄。 （3）20 世紀(jì)90 年代中期～2010 年前后煤礦關(guān)停，主要由政府主導(dǎo)的正規(guī)煤礦企業(yè)開(kāi)采，開(kāi)采設(shè)備和技術(shù)較先進(jìn)，開(kāi)采深度一般為150～300 m。 特點(diǎn)是開(kāi)采范圍有文字記錄、作業(yè)較為規(guī)范。

2.2 采空區(qū)塌陷情況

煤層采出后，煤層頂板隨采隨塌，由于是急傾斜煤層，塌陷的規(guī)律為頂板尚未坍塌， 頂柱即塌落， 然后頂柱之上的黃土、卵礫石土隨之塌陷，在地面產(chǎn)生了多處塌陷坑。 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 區(qū)內(nèi)地表出現(xiàn)了大量成片或呈東西向條帶狀的塌陷區(qū)，可見(jiàn)地裂縫，長(zhǎng)3～20 m 不等，裂縫寬0.1～3 m，深1～3 m。從衛(wèi)星影像圖和歷史地形圖上， 可見(jiàn)采空區(qū)地表分布有圓形陷穴和塌陷坑，陷穴直徑10～50 m，目前大部分已被填埋，僅在局部遺留小型陷穴，直徑0.6～2 m，深1～5 m。

3 采空區(qū)方案研究

3.1 方案說(shuō)明

鐵廠溝采礦區(qū)段既有2 條交通廊道，即東繞城高速公路、S111 公路（峽門子—林場(chǎng)公路）。 東繞城高速公路采用路基通過(guò)采煤溝塌陷區(qū)，局部塌溝填筑約40 m；S111 公路（峽門子—林場(chǎng)公路）并行既有鐵廠溝河?xùn)|側(cè)，因位于既有鐵廠溝河道兩側(cè)，歷史上煤層未開(kāi)采，地面穩(wěn)定性良好。

本文研究了沿高速公路和沿鐵廠溝河兩大系列方案。 其中，鐵廠溝河方案中，結(jié)合采礦坑分布及線路展線情況，研究了沿溝小繞方案和沿溝大繞方案，如圖2 所示。

1）沿溝小饒方案：線路自比較起點(diǎn)AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側(cè)設(shè)河馬泉站， 出站后線路沿隧道至鐵廠溝河南側(cè)，并鐵廠溝河展線，將既有鐵廠溝河及S111 公路向東改移。鐵路以路基形式走行于其西側(cè)，于曙光下村東側(cè)上跨S111 公路，走行于Z521 公路東側(cè)；于東繞城高速公路鐵廠溝收費(fèi)站南側(cè)設(shè)蘆草溝東站，后并繞城高速公路北行，于米東收費(fèi)站東側(cè)折向西， 于柏楊河北側(cè)設(shè)米東站后至比較終點(diǎn)， 線路長(zhǎng)25.9 km。 其中，特大橋5 座，共長(zhǎng)12 506.3 m；隧道1 座，長(zhǎng)4 930 m。 橋隧比67.3%，主要工程投資17.15 億元。

2）沿溝大繞方案：線路自比較起點(diǎn)AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側(cè)設(shè)河馬泉站，出站后線路沿隧道至鐵廠溝河南側(cè)，并鐵廠溝河展線，將既有鐵廠溝河及S111 公路向東改移。 鐵路以路基形式走行于其西側(cè)，穿曙光下村、上跨Z521 公路，走行于既有煤礦填埋堆西側(cè)，于曙光村東側(cè)轉(zhuǎn)向東，于新北銀豐化工南側(cè)轉(zhuǎn)向北， 于東繞城高速公路鐵廠溝收費(fèi)站南側(cè)設(shè)蘆草溝東站，后并繞城高速公路北行，于米東收費(fèi)站東側(cè)折向西，于柏楊河北側(cè)設(shè)米東站后至比較終點(diǎn)，線路長(zhǎng)26.974 km。其中，特大橋共6 座，長(zhǎng)8 291.14 m，大中橋2 座，長(zhǎng)度共687.54 m；隧道2 座， 長(zhǎng)度共5 837 m。 橋隧比54.9%， 主要工程投資18.67 億元。

3）并高速公路方案：線路自比較起點(diǎn)AK28+300 引出后，于蘆草溝河南側(cè)設(shè)河馬泉站，沿隧道至鐵廠溝河南側(cè)，并高速公路跨鐵廠溝河，以路基穿鐵廠溝煤礦塌陷區(qū)，北行至米東收費(fèi)站東側(cè)跨立交匝道后折向西，于柏楊河北側(cè)設(shè)米東站后至比較終點(diǎn)，線路長(zhǎng)25.312 km。其中，特大橋5 座，長(zhǎng)度共11 811.75 m，大中橋1 座，長(zhǎng)度共90.21 m；隧道1 座，長(zhǎng)度共4 844 m。 橋隧比66.2%，主要工程投資17.71 億元。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.2.1 從工程安全及實(shí)施難易性角度分析

3 個(gè)方案均實(shí)現(xiàn)了在采空區(qū)段以路基結(jié)構(gòu)形式通過(guò)，線路與塌陷溝交叉角度基本相當(dāng)，交叉角度均較大。

1）沿溝大繞方案線路走行于鐵廠溝河位置，完全繞避最北側(cè)第三道采煤塌陷溝外緣，路基最大填高15.8 m。 工程實(shí)施較易，工程安全性最高。

2）沿溝小繞方案線路部分走行于鐵廠溝河位置，于第二道塌陷溝處轉(zhuǎn)向東，局部穿越第三道塌陷溝，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及調(diào)取歷史資料， 穿越第三道塌陷溝處地面整體穩(wěn)定性較好，路基最大填高19.0 m。 工程實(shí)施相對(duì)容易，工程安全性相對(duì)較高。

3）并高速公路方案線路并行高速公路走行，既有高速公路穿越第一道塌陷溝處， 以路基形式自露天采煤坑底逐級(jí)回填壓實(shí)，公路路基邊坡高約40 m。 本項(xiàng)目并其走行，惡化了其工程條件，線路在穿越第三道塌陷溝處路基最大填高約29 m。工程實(shí)施條件差，工程安全性相對(duì)較差。

3.2.2 從外部實(shí)施條件角度分析

1）并高速公路方案利用既有高速公路廊道，工程拆遷少，公路與鐵路之間不產(chǎn)生新的夾心地； 線路與沿線電力線路等交叉干擾小。 外部實(shí)施條件最好。

2）沿溝小繞方案線路并鐵廠溝河布線，工程拆遷相對(duì)較多，需遷改鐵108 廠溝河及S311 公路各約1.2 km；線路兩次穿越鐵廠溝河?xùn)|側(cè)220 kV 電力線，后續(xù)需進(jìn)一步征求電力部門意見(jiàn)，工程外部實(shí)施條件相對(duì)較好。

3）沿溝大繞方案線路并鐵廠溝河布線，工程拆遷最大，需遷改鐵廠溝河及S311 公路各約2.0 km；線路占?jí)鸿F廠溝河?xùn)|側(cè)220 kV 電力線長(zhǎng)約4.5 km，需對(duì)其進(jìn)行遷改，工程外部實(shí)施條件最差[1]。

3.2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)照

3 個(gè)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)照見(jiàn)表1。

表1 3 個(gè)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)照表

3.3 研究結(jié)論

本次研究推薦線路長(zhǎng)度適中、 工程實(shí)施外部條件相對(duì)較好、工程安全性好、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)小、工程投資最省的沿溝小繞方案。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上分析，沿線各采空區(qū)仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其剩余變形量均較大， 覆巖的持續(xù)變形可能會(huì)對(duì)路基、 橋涵、隧道、房屋等建筑物產(chǎn)生毀滅性破壞，因此，線路通過(guò)采空區(qū)時(shí)應(yīng)采用科學(xué)合理的選線、工程設(shè)置原則及治理方案。 線路宜繞避采空區(qū)，無(wú)法繞避時(shí)，盡量選擇開(kāi)采深度較淺且寬度較小地段通過(guò)；盡量以路基通過(guò)，必要時(shí)采取跨度小的框架結(jié)構(gòu)橋梁，避免設(shè)置隧道、車站及大型或特殊結(jié)構(gòu)橋梁；在主體工程開(kāi)工前，采取探灌結(jié)合方法，對(duì)采空區(qū)地下空洞進(jìn)行灌漿加固處理。