采动影响下三连铁路桥维修加固方案

田迎斌

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063012)

采动影响下三连铁路桥维修加固方案

田迎斌1,2

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063012)

为了实现受采动影响铁路桥梁的安全运行，应用概率积分法预计了S2S7工作面开采对三连铁路桥产生的最大移动与变形值。在此基础上分析了下沉、倾斜及水平变形对桥梁结构的影响。结果表明：桥梁下沉后铁路桥下过水断面净空高度满足规范要求；桥梁纵向倾斜不影响行车，可通过不断调整轨面来满足规范要求的桥梁横向倾斜且不影响墩台的稳定性；桥梁纵向压缩不会影响正常使用，但桥梁基础横向拉伸变形已达Ⅲ级。针对桥梁基础有可能遭受到较大损害的情况，提出了采用扁钢对桥墩及桥台进行加固的设计方案，并提出了保证线路正常运行的安全措施。实践表明，经过加固的铁路桥经受住了S2S7工作面的采动影响，达到了铁路桥下安全采煤的目的。

采动 桥墩 桥台 移动与变形 维修 加固

三台子铁路三连桥位于辽宁省小康矿南2采区南7工作面(S2S7)的东侧约130 m处。预计S2S7工作面开采后随着推进长度的增加，铁路桥将受到采动影响。为了实现煤炭资源的正常开采和列车的正常安全运营，对铁路桥受采动影响进行了分析论证，以及提出了相应的维修加固方案和综合安全措施，最终，成功地进行了铁路桥下安全采煤。

1 工程概况

1.1 铁路概况

三台子铁路专用线主要担负煤炭外运任务，此外尚有职工通勤和原材料运输等客、货运输。该线路为标准轨距单线铁路，轨型为50 kg/m，轨节长25 m，碎石道床，每千米铺1 600根钢筋混凝土轨枕。

1.2 桥梁概况

三台子铁路专用线通过三连桥跨越1条排干渠。三连桥三孔跨度为6.0 m+5.0 m+6.0 m。该桥梁全长为27.46 m，桥高3.5 m(河床至墩身顶帽下缘)，桥梁纵向中心线与流水方向的夹角θ=26°。

(1)桥面。三连桥为道碴桥面，宽3.9 m，木轨枕，桥上线路设有护轨，设双侧各0.5 m宽的人行道，铺钢筋混凝土步行板，桥上线路设有轨距拉杆及防爬装置。梁与梁、梁与挡碴前墙的间隙均为6 cm。

(2)上部结构。上部结构即梁跨结构，为钢筋混凝土低高度简支梁桥，两端跨度为6.0 m、中跨为5.0 m，梁高0.45 m，每孔由两片梁组成。本桥无支座，在梁肋与顶帽之间为0.3 cm的石棉垫板。

(3)下部结构。①桥台：桥台为“T”型桥台，由顶帽、台身、基础、道碴槽组成。桥台顶帽及道碴槽为C20钢筋混凝土浇筑，顶帽高0.5 m，道碴槽长4.27 m；桥台基础为两阶扩大基础，其上阶厚1.0 m，与台身同时以M10水泥砂浆片石砌筑，台身部分外镶30～40 cm厚的块石；下阶为1.0 m厚的C15混凝土浇筑，基础之下为1.0 m厚的换填碎石垫层，垫层四周均大出基础0.4 m。桥台两侧设1∶1的锥形护坡。②桥墩：桥墩为圆端形桥墩，与流水方向一致，由顶帽、墩身、基础3部分组成。桥墩顶帽高0.5 m，由C20钢筋混凝土浇筑；墩身高3.5 m。墩身、扩大基础和垫层所用材料及厚度等同桥台。

1.3 S2S7工作面概况

S2S7工作面开采宽度240 m，长度1 290 m。铁路桥位于S2S7工作面东侧约130 m处，桥北端为直线段，与工作面斜交成10°角，在离开切眼900 m处，铁路进入工作面正上方。

S2S7工作面开采煤层为1#煤层。煤层倾角0°～1°，煤层平均采厚6.0 m，平均采深600 m。采煤方法为综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。

铁路桥与 S2S7工作面相对位置关系见图1。

图1 铁路桥与S2S7工作面相对位置关系

2 三连桥受采动影响预计与损害分析

2.1 桥梁移动与变形值预计

采煤引起的地表移动和变形，使桥梁随地表一起产生空间位移与变形。地表移动和变形主要由5个指标组成：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形。采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《三下开采规程》)推荐的概率积分法，预测S2S7工作面分别推进100、200、300、350 m全采后三连桥桥墩及桥台下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形等5个指标的值，限于篇幅仅给出在此过程中对桥梁产生关键影响的移动与变形指标的最大值，见表1所示。

表1 三连桥移动与变形最大值

2.2 采动对桥梁的影响分析

(1)桥梁下沉影响分析。受开采影响，桥梁随地表整体下沉，在桥梁上、下游均没有大面积采动的情况下，桥址的局部下沉，使桥下过水面积减小。已知三连桥下自铺砌河床顶面算起，设计水位高度为1.35 m，河床顶面至顶帽下缘为3.5 m。由表2可知，三连桥北桥台下沉值最大为504 mm，相当于水位上升0.504 m，即桥下水位高增加到1.854 m。《铁路桥涵设计基本规范》规定：洪水期无大漂流物时，不通航的河流桥下净空高(h)应满足h>0.5 m的要求。该河床至梁底高度为3.5+0.5(顶帽厚度)=4.0 m，则桥下净空h=4.0-1.854=2.146 m>0.50 m，设计水位至梁底尚有2.146 m的空间，故下沉后桥下过水断面净空高度符合规定。

(2)桥梁纵向倾斜影响分析。桥梁纵向倾斜主要是使桥上线路由北面驶来的重车由平坡变为2.37‰的上坡，但该坡度小于国家《铁路线路设计规范》中关于铁路最大限坡为6‰的规定，不影响行车。

(3)桥梁横向倾斜影响分析。桥的横向倾斜最大值为6.19 mm/m，这时桥面钢轨的水平差为6.19×1.435≈8.88 mm，但这种变化不是迅速产生的，而是随着S2S7工作面的推进逐渐产生的，对于道碴桥面，只需要根据钢轨监测变化情况不断调整轨面的水平，即可使桥上线路满足《铁路工务安全规则》的要求。

三连桥受S2S7工作面采动影响最大横向倾斜为6.19 mm/m，墩台自基底到梁底最大高变为6.0 m(基础高2.0 m，墩身3.5 m，顶帽0.5 m)，将导致顶帽中心与基底中心偏移6.19×6=37.14 mm，桥墩基础底面积为6.84 m×3.64 m=24.9 m2，37 mm的偏心不影响墩台的稳定性。

(4)桥梁纵向压缩影响分析。由表1可知，顺桥方向的纵向压缩使整个桥均向北移动，南桥台北移218 mm。而北台北移214 mm，在南北桥台之间形成4 mm的绝对压缩量，这个压缩量对于全桥梁的间隙(6 cm×4)而言很小，不会影响桥梁的正常使用。

(5)桥梁横向拉伸影响分析。该桥为两阶扩大基础，下阶基础为1.0 m厚的C15混凝土，上阶基础为M10水泥砂浆砌片石。按照《三下开采规程》，基础横向拉伸变形已达Ⅲ级。

3 铁路桥维修加固方案

3.1 采前桥梁的养护维修

首先，对于钢筋混凝土梁，要检查顺主筋方向有无水平裂缝，梁的下缘有无产生垂直裂缝或斜缝，除量测其裂缝宽度外，还应绘制平面展示图。对裂缝要及时采取修补措施。对圬工墩台，要全面检查墩台身、顶帽等处有无裂缝，并应做好记录、拍照，并及时采取维修、补强措施。其次，为防止人行道的损坏，要将双侧人行道的栏杆、步行板视具体情况，适当断开若干处作为伸缩缝。

3.2 桥墩加固方案

采用加设竖向扁钢外加扁钢环形箍对桥墩进行加固。扁钢规格为120 mm×10 mm的热轧扁钢，9.42 kg/m，强度等级Q235。加固方法：以竖向扁钢紧贴墩身四周外表面，竖向扁钢外部加设四道扁钢环形箍，竖向扁钢与环形扁钢以现场双面焊接焊牢，清除焊渣及锈蚀，涂防锈漆。

桥墩基础上部(即砌石部分)加固：基础挖开至下阶基础混凝土层顶面，清除杂土，以扁钢焊环形箍上、中、下3道，竖扁钢在环形箍内侧沿四周均布，环形箍与立板双面焊牢，回填土前涂沥青。

桥墩加固设计见图2。

3.3 桥台加固方案

采用扁钢加固桥台基础。材料同桥墩120 mm×10 mm扁钢，强度等级Q235。将基础挖开至混凝土顶部，部分锥体护坡挖开；清除杂土，补浇混凝土C20，并预埋扁钢立板5个，立板高95 cm；待混凝土达到强度后，在桥台前部加设3道U形扁钢箍及立板，除预埋立板外，另加立板11个，并以30个牵钉，将立板与U形板固定在桥台基础上；立板、U形板之间双面焊接、焊接牢；金属件涂沥青；回填土至原状，补砌锥体护坡。

桥台基础加固设计见图3。

4 其他安全措施

为保障三台子铁路畅通、安全运营，采取的安全措施包括，包括：

图2 桥墩加固设计

(1)井下采矿措施。在工作面接近桥体附近时，井下开采应做到快速、连续、干净回采；工作面开采在桥梁前后，不应有停采现象。

(2)监测措施。建立桥梁和线路的观测站点，按时观测，及时整理观测数据并进行分析。

(3)组织措施。由相关负责同志组成领导小组，统一领导指挥铁路桥下采煤工作，并制定应急预案。

(4)发现紧急情况时，可以采取限速行驶、临时停运等措施。

在采取了加固维修及综合的安全措施下，经过约1.5 a的开采，铁路桥桥台和桥墩上均出现了一些裂纹，但由于外包钢的约束作用，保证了桥台及桥墩的强度、刚度和整体稳定性，从而实现了铁路桥下的安全开采。

图3 桥台加固设计

5 结 语

(1)根据S2S7工作面开采技术条件，采用概率积分法预计了三连桥受采动影响移动与变形的最大值。经分析，三连桥下沉后桥下净空及产生的纵向坡度满足规范要求，横向倾斜不影响桥墩的稳定性，纵向压缩量不会影响桥梁的正常使用，但横向拉伸使桥梁墩台及基础达到Ⅲ级损坏。

(2)根据预计结果，制定了采用扁钢对桥台基础、桥墩及其基础进行加固的方案，提出了保证桥梁安全运行的综合措施。

(3)根据对采后铁路桥结构的监测结果，采前对桥台及桥墩所采取的加固措施有效的保护了桥梁的安全和正常使用。

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(责任编辑 徐志宏)

Maintenance and Reinforcement Schemes of Sanlian Railway Bridge Under the Influence of Mining

Tian Yingbin1,2

(1.TangshanResearchInstitute，ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup，Tangshan063012，China;2.Tiandi(Tangshan)MiningScienceandTechnologyCompanyLtd.，Tangshan063012，China)

In order to realize the safety service of the railway bridge influenced by mining，the probability integral method was used to predict the movement and deformation values of the Sanlian railway bridge at the S2S7working face during mining.Based on this，the effect of subsidence，inclination and horizontal deformation on structure of railway bridge was analyzed.The results showed that the wetted cross section height under the railway bridge is in accord with the requirement of criterion，the longitudinal inclination of the bridge beam did not influence the driving，and the horizontal inclination met the requirement of the criterion by adjusting the orbit plane，so it cannot influence the stability of the bridge pier.The longitudinal compression of the bridge did not affect the use，but the tensile deformation of the bridge lateral basis reached Class III，resulting that the bridge foundation may suffer the great damage.In view of this，the design which adopted the flat steel to strengthen the bridge pier and abutment was proposed，and the safety measures for the normal service of the bridge were put forward.The practice showed that the strengthened railway bridge can bear the mining influence of S2S7working face，to achieve the safety coal mining under railway bridge.

Mining influence，Bridge pier，Bridge abutment，Movement and deformation，Maintenance，Strengthening

2015-01-04

国家“十二五”科技支撑计划项目(编号：2012BAC13B03)。

田迎斌(1981—)，男，助理研究员，国家二级注册结构师。

TU24

A

1001-1250(2015)-04-142-04