铁路、公路下采煤==理工大.

1、Mining damage and protectionChapter 7 Mining under railway and highway342地表移动和变形观测地表移动和变形观测保护煤柱的设计保护煤柱的设计 5建筑下采煤建筑下采煤 7铁路下采煤铁路下采煤地表移动和变形预计地表移动和变形预计6水体下采煤水体下采煤 1地表移动和变形规律地表移动和变形规律 u【教学目的与要求教学目的与要求】： 通过本章学习，要求学生掌握铁路下和公路下采煤的通过本章学习，要求学生掌握铁路下和公路下采煤的概况及特点以及地下开采对铁路和公路的影响，掌握概况及特点以及地下开采对铁路和公路的影响，掌握铁路和公路下采煤的安

2、全技术措施。铁路和公路下采煤的安全技术措施。u【课程内容课程内容】： 1. 1. 地下开采对铁路的影响及防护措施；地下开采对铁路的影响及防护措施； 2. 2. 地下开采对公路的影响及防护措施。地下开采对公路的影响及防护措施。u【教学重点教学重点】： 地下开采对铁路的影响，铁路和公路下采煤的安全技地下开采对铁路的影响，铁路和公路下采煤的安全技术措施等。术措施等。u【教学难点教学难点】： 铁路和公路下采煤的安全技术措施。铁路和公路下采煤的安全技术措施。12第一节第一节 地下开采对铁路的影响及防护措施地下开采对铁路的影响及防护措施 在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种：在我国，煤矿区开采影响的铁

3、路主要分为三种：矿区（或厂区、矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三级铁路）和铁路干线（国家林区等）专用线、铁路支线（国家三级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。一、二级铁路）。 （1 1）矿区专用线服务对象是矿区本身，地下开采的影响只涉及矿）矿区专用线服务对象是矿区本身，地下开采的影响只涉及矿区的利益，加之铁路行车速度慢、技术质量要求低。因此，矿区区的利益，加之铁路行车速度慢、技术质量要求低。因此，矿区铁路专用线下采矿较易开展。铁路专用线下采矿较易开展。目前，我国的铁路下采煤大多是在目前，我国的铁路下采煤大多是在矿区专用线下开展的。矿区专用线下开展的。 （2 2）铁路支线的技术标准

4、和重要程度多比专用线高。但是，它与）铁路支线的技术标准和重要程度多比专用线高。但是，它与铁路干线相比，其重要程度、行车速度、车次都较低。铁路干线相比，其重要程度、行车速度、车次都较低。铁路支线铁路支线下采煤在我国已进行了多次试验，取得了丰富的经验。下采煤在我国已进行了多次试验，取得了丰富的经验。 （3 3）铁路干线是国家的交通命脉。列车行车速度快、车次多、线）铁路干线是国家的交通命脉。列车行车速度快、车次多、线路技术标准高、线路间歇时间短，维修工作不易进行，因此在铁路技术标准高、线路间歇时间短，维修工作不易进行，因此在铁路干线下采煤是非常困难的。路干线下采煤是非常困难的。我国已在铁路干线下进行

5、了试采。我国已在铁路干线下进行了试采。一、铁路下采煤的特点 与一般建筑物下采煤相比，铁路下采煤（与一般建筑物下采煤相比，铁路下采煤（Mining Mining under railway)under railway)具有以下一些特点：具有以下一些特点： （1 1）铁路是延伸性建筑物铁路是延伸性建筑物，相互之间为一整体。如，相互之间为一整体。如果某一区段出了问题必然会影响全线正常通车。必须果某一区段出了问题必然会影响全线正常通车。必须全盘考虑。全盘考虑。 （2 2）铁路运输不能中断铁路运输不能中断，必须保证采动过程中列车，必须保证采动过程中列车行车的安全。这就要求在短时间维修的条件下，保证行车的

6、安全。这就要求在短时间维修的条件下，保证铁路维修的质量。铁路维修的质量。 （3 3）铁路突然的、局部的陷落，对列车运行危害极）铁路突然的、局部的陷落，对列车运行危害极大，可能导致列车行车事故，须加以防止。大，可能导致列车行车事故，须加以防止。 （4 4）铁路的移动变形可通过）铁路的移动变形可通过及时维修消除及时维修消除。二、路基移动变形特征二、路基移动变形特征 路基（路基（Road SubgradeRoad Subgrade），顾名思义就是铁路线路的），顾名思义就是铁路线路的基础，是为了满足轨道铺设和运营条件而修建的土工构基础，是为了满足轨道铺设和运营条件而修建的土工构筑物。它承受来自轨道、机

7、车车辆及其荷载的压力，所筑物。它承受来自轨道、机车车辆及其荷载的压力，所以必须填筑坚实，经常保持干燥、稳固和完好状态，并以必须填筑坚实，经常保持干燥、稳固和完好状态，并尽可能保证路基面的平顺，使列车能在允许的弹性变形尽可能保证路基面的平顺，使列车能在允许的弹性变形范围内，平稳安全运行。范围内，平稳安全运行。 所谓所谓“坚实坚实”，是指路基土石方要有足够的密实度；，是指路基土石方要有足够的密实度；而而“稳固稳固”则指路基边坡、基床和基底要长期保持固定。则指路基边坡、基床和基底要长期保持固定。地下开采的影响传播到路基，引起路基移动变形。当采深与采厚之比地下开采的影响传播到路基，引起路基移动变形。当

8、采深与采厚之比（称深厚比）较大（大于（称深厚比）较大（大于2020）时，路基的移动是连续、渐变的，）时，路基的移动是连续、渐变的，一般不会出现突然的、局部的下陷。一般不会出现突然的、局部的下陷。只有地质采矿条件满足出现塌陷坑的条件时，路基才有可能出现塌陷只有地质采矿条件满足出现塌陷坑的条件时，路基才有可能出现塌陷坑，此时进行铁路下采煤时，应采取特别的安全措施。坑，此时进行铁路下采煤时，应采取特别的安全措施。采动过程中地表的倾斜、拉伸变形对路基的稳定性都会产生一定的影采动过程中地表的倾斜、拉伸变形对路基的稳定性都会产生一定的影响。响。影响程度的大小可根据地表移动变形预计结果评价。对稳定影响程度的

9、大小可根据地表移动变形预计结果评价。对稳定性较差的高路堤、陡坡路堤和深路堑应进行滑坡的可能性验算。性较差的高路堤、陡坡路堤和深路堑应进行滑坡的可能性验算。一般情况下，采动影响下铁路路基的移动变形在空间上是连续分布的，一般情况下，采动影响下铁路路基的移动变形在空间上是连续分布的，在时间是连续渐变的，可以通过维修消除开采的影响，保证铁路在时间是连续渐变的，可以通过维修消除开采的影响，保证铁路行车的安全，这是铁路下采矿的基础。行车的安全，这是铁路下采矿的基础。u 主要在矿区专用线或支线下开采：峰峰，鹤岗，北票，阜新，平主要在矿区专用线或支线下开采：峰峰，鹤岗，北票，阜新，平顶山，开滦，枣庄顶山，开滦

10、，枣庄u 一级一级 沈丹线（沈阳彩屯）沈丹线（沈阳彩屯）u 二级二级 林（口）密（山）线（鸡西麻山、滴道）林（口）密（山）线（鸡西麻山、滴道）u 三级三级 大张线（淮南、李一），薛枣线，马磁线大张线（淮南、李一），薛枣线，马磁线铁路下开采的情况：铁路下开采的情况：三、线路上部建筑的移动变形三、线路上部建筑的移动变形 1. 1. 坡度的变化坡度的变化 路基下沉的不均匀，路路基下沉的不均匀，路基产生倾斜，导致线路原基产生倾斜，导致线路原有坡度变化。有坡度变化。u上坡，上坡，地表倾斜方向和地表倾斜方向和线路的方向一致，线路线路的方向一致，线路坡度增大，坡度增大，增加阻力增加阻力。u下坡，下坡，线路坡

11、度减小，线路坡度减小，或形成反坡，或形成反坡，制动力不制动力不足足。u横向倾斜，将使列车重横向倾斜，将使列车重心偏移。心偏移。2 2竖曲线半径的变化竖曲线半径的变化 线路倾斜的不均匀变化，会导致线路竖曲线半径的线路倾斜的不均匀变化，会导致线路竖曲线半径的变化。变化。u正曲率，正曲率，可使线路的凸竖曲线半径减小，使原有凹竖可使线路的凸竖曲线半径减小，使原有凹竖曲线半径增大，使长坡道变成凸竖曲线。曲线半径增大，使长坡道变成凸竖曲线。u负曲率，负曲率，可使线路的凸竖曲线半径增大，使原有凹竖可使线路的凸竖曲线半径增大，使原有凹竖曲线半径减小，使长坡道变成凹竖曲线。曲线半径减小，使长坡道变成凹竖曲线。3

12、 3钢轨下沉差的影响钢轨下沉差的影响 两条钢轨下沉不等，使两条钢轨出现下沉差，改两条钢轨下沉不等，使两条钢轨出现下沉差，改变了两条钢轨原由的超高。当超高超过允许值或出现变了两条钢轨原由的超高。当超高超过允许值或出现反超高时，对列车运行将产生极为不利的影响，甚至反超高时，对列车运行将产生极为不利的影响，甚至导致列车翻车事故。导致列车翻车事故。 铁路工务规则铁路工务规则规定：曲线超高度的最大限度不规定：曲线超高度的最大限度不得超过得超过150mm150mm。单线上、下行列车速度相差悬殊时不得。单线上、下行列车速度相差悬殊时不得超过超过125mm125mm，两轨面的实际超高度与设计超高度相比较，两轨

13、面的实际超高度与设计超高度相比较，起差值不得超过起差值不得超过4mm4mm。我国铁路的标准轨距为。我国铁路的标准轨距为1435mm1435mm。为使两轨超高变化量小于为使两轨超高变化量小于4mm4mm，垂直与线路方向的地表，垂直与线路方向的地表倾斜值应小于倾斜值应小于2.82.8。 4 4横向移动变形对线路的影响横向移动变形对线路的影响（1 1）与工作面推进方向平行，与工作面推进方向平行，位于地表移动盆地主断面位于地表移动盆地主断面上，线路的横向移动量较小。上，线路的横向移动量较小。（2 2）与工作面推进方向垂直，与工作面推进方向垂直，且位于移动盆地主断面上且位于移动盆地主断面上时，当工作面向

14、线路推进时，线路的移动方向与工作面时，当工作面向线路推进时，线路的移动方向与工作面推进方向相反，横向移动量由小到大。当工作面推过线推进方向相反，横向移动量由小到大。当工作面推过线路并逐渐远离时，线路横向移动方向逐渐转向工作面推路并逐渐远离时，线路横向移动方向逐渐转向工作面推进方向，起横向移动值由原来的最大值逐渐减小，最终进方向，起横向移动值由原来的最大值逐渐减小，最终将越过原来的位置而稳定在停采线一侧。将越过原来的位置而稳定在停采线一侧。（3 3）与工作面推进方向平行或垂直，但不位于移动盆地）与工作面推进方向平行或垂直，但不位于移动盆地的主断面上时，线路的移动方向总是指向采空区方向。的主断面上

15、时，线路的移动方向总是指向采空区方向。增大或减小线路的平面曲线半径或使直线变为曲线。增大或减小线路的平面曲线半径或使直线变为曲线。 （4 4）与回采工作面斜交，线路的横向移动将使线路形成）与回采工作面斜交，线路的横向移动将使线路形成“S S”形，出现两个反向的曲线。形，出现两个反向的曲线。（5 5）线路纵向移动变形的影响）线路纵向移动变形的影响 线路的纵向移动变形主要表现为线路的爬行和轨线路的纵向移动变形主要表现为线路的爬行和轨缝的变化。线路的爬行量一般小于地表水平移动量。缝的变化。线路的爬行量一般小于地表水平移动量。出现爬行的范围要大于地表移动的范围。线路爬行的出现爬行的范围要大于地表移动的

16、范围。线路爬行的方向、大小与地表水平移动的方向和大小有关，此外，方向、大小与地表水平移动的方向和大小有关，此外，还受线路的坡度、重车运行方向和线路锁定状况的影还受线路的坡度、重车运行方向和线路锁定状况的影响。响。 轨缝的变化与地表水平变形有关，在地表拉伸区，轨缝的变化与地表水平变形有关，在地表拉伸区，轨缝增大。如果变形太大，能使轨缝达到或超过线路轨缝增大。如果变形太大，能使轨缝达到或超过线路的允许值，并能将鱼尾板拉断或将螺栓切断。在地表的允许值，并能将鱼尾板拉断或将螺栓切断。在地表压缩变形区，轨缝减小。如果压缩变形值太大，轨缝压缩变形区，轨缝减小。如果压缩变形值太大，轨缝挤死，出现瞎缝，使接头

17、和钢轨内产生很大的应力，挤死，出现瞎缝，使接头和钢轨内产生很大的应力，甚至出现甚至出现“涨轨涨轨”现象，导致脱轨事故。现象，导致脱轨事故。四、铁路下采煤的技术措施 铁路下采煤的技术措施主要有两类：开采措施和铁路下采煤的技术措施主要有两类：开采措施和维修措施。维修措施。u开采措施是减小地表的移动变形和下沉速度。开采措施是减小地表的移动变形和下沉速度。u维修措施是消除开采对铁路线路的影响，保证铁路的维修措施是消除开采对铁路线路的影响，保证铁路的安全运行。安全运行。 （一）开采措施（一）开采措施 开采措施包括以下一些方法：开采措施包括以下一些方法：采用充填开采、柱式采用充填开采、柱式开采减小地表移动

18、变形开采减小地表移动变形；u选取合理的开采方法和顶板管理方法防止地表突然下选取合理的开采方法和顶板管理方法防止地表突然下沉；沉；u合理的布置工作面，尽量不使线路与工作面斜交，使合理的布置工作面，尽量不使线路与工作面斜交，使线路位于地表移动盆地的有利位置，减小线路的移动线路位于地表移动盆地的有利位置，减小线路的移动变形和维修工作量；变形和维修工作量；u控制工作面推进速度，减小地表下沉速度，以便及时控制工作面推进速度，减小地表下沉速度，以便及时维修。维修。 在铁路下开采之前要在铁路下开采之前要进行开采引起路基损害的预进行开采引起路基损害的预计评价，同时要设置地表、路基的观（监）测站，计评价，同时要

19、设置地表、路基的观（监）测站，对对采动过程中的路基、轨道变化进行监测，根据预计评采动过程中的路基、轨道变化进行监测，根据预计评价结果和观测情况进行线路、路基预加固或调整维修价结果和观测情况进行线路、路基预加固或调整维修处理。处理。u 在高陡边坡条件下可能引发滑坡时，开采前必须进行在高陡边坡条件下可能引发滑坡时，开采前必须进行护坡处理护坡处理；u 因水平拉伸、压缩引起两条轨道距发生变化，或纵向因水平拉伸、压缩引起两条轨道距发生变化，或纵向挤压引起轨道隆起悬空，或引起轨道线路一些构件的挤压引起轨道隆起悬空，或引起轨道线路一些构件的损坏时，必须随时进行调整；损坏时，必须随时进行调整；u 路基下陷引起

20、线路坡度变化过大时，必须进行路基下陷引起线路坡度变化过大时，必须进行路基护路基护坡及垫高处理坡及垫高处理；u 当两条轨道的高差超过当两条轨道的高差超过4mm4mm，或曲线的外轨比内轨高，或曲线的外轨比内轨高度高出度高出125mm125mm时，必须进行调整处理。时，必须进行调整处理。（二）主要维修技术措施（二）主要维修技术措施 （1 1）加宽、加高路基，保证路基的稳定性；）加宽、加高路基，保证路基的稳定性； （2 2）用）用起道和顺坡起道和顺坡的方法消除地表下沉对线路的的方法消除地表下沉对线路的影响；影响； （3 3）用拨道、改道用拨道、改道的方法消除横向水平移动对线的方法消除横向水平移动对线路

21、的影响；路的影响； （4 4）用串道的方法消除纵向水平移动变形对线路）用串道的方法消除纵向水平移动变形对线路的影响，的影响，调整轨缝调整轨缝。 在采取以上措施后铁路下采煤是安全的。有关在采取以上措施后铁路下采煤是安全的。有关车站、隧道、桥梁等下的采煤问题可归结为建筑物车站、隧道、桥梁等下的采煤问题可归结为建筑物下采煤问题，其方法同建筑物下采煤。下采煤问题，其方法同建筑物下采煤。 公路（公路（HighwayHighway）是国民经济的基础设施，是交通体系）是国民经济的基础设施，是交通体系的重要组成部分。地下开采将对公路造成一定的影响，使的重要组成部分。地下开采将对公路造成一定的影响，使路面损坏、

22、坡度改变等，必须采取相应的保护措施。特别路面损坏、坡度改变等，必须采取相应的保护措施。特别是近年来发展起来的高速公路，路面结构特殊、行车速度是近年来发展起来的高速公路，路面结构特殊、行车速度快、对地表变形敏感、造价高等，高速公路下采煤已成为快、对地表变形敏感、造价高等，高速公路下采煤已成为“三下三下”采煤的新课题，必须加以研究。采煤的新课题，必须加以研究。 第二节第二节 地下开采对公路的影响及防护措施地下开采对公路的影响及防护措施 国内公路下采煤的研究还尚处于初始阶段，目国内公路下采煤的研究还尚处于初始阶段，目前国内在这方面主要是借鉴村庄、建筑物下、铁路前国内在这方面主要是借鉴村庄、建筑物下、

23、铁路下采煤的一些相关的经验和措施，利用概率积分法下采煤的一些相关的经验和措施，利用概率积分法对公路下采煤的沉陷进行预测，并结合相关地表移对公路下采煤的沉陷进行预测，并结合相关地表移动和变形的观测和一些相关的地质、采矿资料，从动和变形的观测和一些相关的地质、采矿资料，从而得出公路采动沉陷的破坏类型，最后对地表沉陷而得出公路采动沉陷的破坏类型，最后对地表沉陷和采空区对公路的危害进行分析。和采空区对公路的危害进行分析。第一节第一节 地下开采对公路的影响及防护措施地下开采对公路的影响及防护措施一、地下开采对公路的影响一、地下开采对公路的影响 地下开采对公路的影响可分为：地下开采对公路的影响可分为：垂直

24、移动变形和水平移垂直移动变形和水平移动变形对公路的影响。动变形对公路的影响。（1 1）垂直移动变形对公路的影响）垂直移动变形对公路的影响 地表下沉差导致公路倾斜，使公路的坡度发生变化。当地表下沉差导致公路倾斜，使公路的坡度发生变化。当公路坡度的倾向与地表倾斜一致时，可增大公路的坡度；当公路坡度的倾向与地表倾斜一致时，可增大公路的坡度；当公路坡度的倾向与地表倾斜相反时，可减小公路的坡度。公路坡度的倾向与地表倾斜相反时，可减小公路的坡度。 地表倾斜还会改变排水沟的坡度，形成反坡、导致排水地表倾斜还会改变排水沟的坡度，形成反坡、导致排水不畅等。不畅等。（2 2）水平移动变形的影响）水平移动变形的影响

25、 均匀水平移动对公路的影响较小。不均匀水平移动均匀水平移动对公路的影响较小。不均匀水平移动产生的水平变形对公路的影响较大。不均匀的水平移动产生的水平变形对公路的影响较大。不均匀的水平移动可改变线路的方向和圆曲线的半径。使行车安全出现隐可改变线路的方向和圆曲线的半径。使行车安全出现隐患，但这种影响与对铁路的影响相比是较小的，可通过患，但这种影响与对铁路的影响相比是较小的，可通过汽车行驶来调整。汽车行驶来调整。 拉伸变形使公路路面拉坏、产生裂缝。当大的裂缝拉伸变形使公路路面拉坏、产生裂缝。当大的裂缝出现时，往往伴随着台阶，影响行车的速度和安全。特出现时，往往伴随着台阶，影响行车的速度和安全。特别是

26、对高速公路的影响较大。压缩变形使公路路面受压，别是对高速公路的影响较大。压缩变形使公路路面受压，当压缩变形较大时，可能使路面压坏，甚至使路面上鼓，当压缩变形较大时，可能使路面压坏，甚至使路面上鼓，导致行车不畅。导致行车不畅。 水平变形可使公路桥梁、涵洞拉坏或压坏，导致交水平变形可使公路桥梁、涵洞拉坏或压坏，导致交通中断，使涵洞排水不畅，在洪水时淹没公路。通中断，使涵洞排水不畅，在洪水时淹没公路。二、公路下采煤技术措施二、公路下采煤技术措施 公路下采煤与铁路下采煤一样，可采用两种措施：公路下采煤与铁路下采煤一样，可采用两种措施：地面维修措施和井下开采措施。根据实际情况可以采用其地面维修措施和井下

27、开采措施。根据实际情况可以采用其中一种或两种联合使用。中一种或两种联合使用。 1 1、地面主要维修措施、地面主要维修措施 加高、加宽路基，灌浆处理采动裂缝，调整超限的坡加高、加宽路基，灌浆处理采动裂缝，调整超限的坡度、竖曲线、平面圆曲线和超高。修理不平整的路面和损度、竖曲线、平面圆曲线和超高。修理不平整的路面和损坏的涵洞等。坏的涵洞等。 在采动前，为减小采动的损坏，增加路面抗变形能力，在采动前，为减小采动的损坏，增加路面抗变形能力，在混凝土路面上设置变形缝，减小混凝土路面单体的长度，在混凝土路面上设置变形缝，减小混凝土路面单体的长度，以增大抵抗水平变形的能力。对重要的涵洞进行采前加固以增大抵抗

28、水平变形的能力。对重要的涵洞进行采前加固或改为管涵，以增加涵洞抗变形的能力。对下沉的桥梁抬或改为管涵，以增加涵洞抗变形的能力。对下沉的桥梁抬高、加大桥墩，以满足洪水时的过水断面。高、加大桥墩，以满足洪水时的过水断面。第一节第一节 地下开采对公路的影响及防护措施地下开采对公路的影响及防护措施2 2、 井下主要开采措施井下主要开采措施 为减小地表沉陷，可采用柱式开采、充填开采和离层为减小地表沉陷，可采用柱式开采、充填开采和离层注浆减沉等措施。注浆减沉等措施。 为减小地表变形，可适当地布置工作面，使公路、桥、为减小地表变形，可适当地布置工作面，使公路、桥、涵所受变形最小，以减小采动的损害。对特别重要的桥、涵所受变形最小，以减小采动的损害。对特别重要的桥、涵留设保护煤柱等。涵留设保护煤柱等。 总的来说，公路与铁路相比，对采动变形的要求较低、总的来说，公路与铁路相比，对采动变形的要求较低、维修更方便。只要采取一定的措施，在公路下采煤是安全维修更方便。只要采取一定的措施，在公路下采煤是安全和可行的。和可行的。三、公路下伏采空区治理方法三