乌鲁木齐东环铁路联络线采空区方案研究

刘兆宇

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

1 项目概况

乌鲁木齐东环铁路联络线位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市境内，线路南接兰新铁路芨芨槽子站，向北沿乌鲁木齐市区东部、东绕城高速公路，接入乌将铁路新开车站十二户站，线路正线长66.890 km。

本项目充分满足了东部工矿企业运输需求， 带动了地方经济发展的需要，有助于整合芦草沟线，优化城市空间结构，对缓解乌鲁木齐枢纽能力紧张，畅通新亚欧大陆桥通道，提升乌将线外运能力， 保障准东大型煤炭基地建设有积极的作用和意义。

2 采空区概况

沿线采空区为煤矿采空区，分布于芦草沟至铁厂沟段，基本上为侏罗系西山窑组煤层的开采形成， 呈多个条带状块区分布，走向65°～70°，属于急倾煤层。 如图1 所示。

2.1 煤层开采情况

从开采规模和时间来看， 本地区采煤经历了3 个历史阶段：（1）20 世纪50～70 年代初， 主要为村民和村集体的无序开采，由于设备和能力所限，此阶段开采深度最深60 m 左右。 特点是开采范围点多面广、采空区杂乱、无文字记录，也是现今地面塌陷的主要原因。 （2）20 世纪70 年代初～90 年代中期，主要以县乡村镇为主导，配置有一定的通风排水设备，开采深度可到120～150 m。 特点是开采范围点多面广、采空区很杂乱、有部分文字记录。 （3）20 世纪90 年代中期～2010 年前后煤矿关停，主要由政府主导的正规煤矿企业开采，开采设备和技术较先进，开采深度一般为150～300 m。 特点是开采范围有文字记录、作业较为规范。

2.2 采空区塌陷情况

煤层采出后，煤层顶板随采随塌，由于是急倾斜煤层，塌陷的规律为顶板尚未坍塌， 顶柱即塌落， 然后顶柱之上的黄土、卵砾石土随之塌陷，在地面产生了多处塌陷坑。 在现场调查发现， 区内地表出现了大量成片或呈东西向条带状的塌陷区，可见地裂缝，长3～20 m 不等，裂缝宽0.1～3 m，深1～3 m。从卫星影像图和历史地形图上， 可见采空区地表分布有圆形陷穴和塌陷坑，陷穴直径10～50 m，目前大部分已被填埋，仅在局部遗留小型陷穴，直径0.6～2 m，深1～5 m。

3 采空区方案研究

3.1 方案说明

铁厂沟采矿区段既有2 条交通廊道，即东绕城高速公路、S111 公路（峡门子—林场公路）。 东绕城高速公路采用路基通过采煤沟塌陷区，局部塌沟填筑约40 m；S111 公路（峡门子—林场公路）并行既有铁厂沟河东侧，因位于既有铁厂沟河道两侧，历史上煤层未开采，地面稳定性良好。

本文研究了沿高速公路和沿铁厂沟河两大系列方案。 其中，铁厂沟河方案中，结合采矿坑分布及线路展线情况，研究了沿沟小绕方案和沿沟大绕方案，如图2 所示。

1）沿沟小饶方案：线路自比较起点AK28+300 引出后，于芦草沟河南侧设河马泉站， 出站后线路沿隧道至铁厂沟河南侧，并铁厂沟河展线，将既有铁厂沟河及S111 公路向东改移。铁路以路基形式走行于其西侧，于曙光下村东侧上跨S111 公路，走行于Z521 公路东侧；于东绕城高速公路铁厂沟收费站南侧设芦草沟东站，后并绕城高速公路北行，于米东收费站东侧折向西， 于柏杨河北侧设米东站后至比较终点， 线路长25.9 km。 其中，特大桥5 座，共长12 506.3 m；隧道1 座，长4 930 m。 桥隧比67.3%，主要工程投资17.15 亿元。

2）沿沟大绕方案：线路自比较起点AK28+300 引出后，于芦草沟河南侧设河马泉站，出站后线路沿隧道至铁厂沟河南侧，并铁厂沟河展线，将既有铁厂沟河及S111 公路向东改移。 铁路以路基形式走行于其西侧，穿曙光下村、上跨Z521 公路，走行于既有煤矿填埋堆西侧，于曙光村东侧转向东，于新北银丰化工南侧转向北， 于东绕城高速公路铁厂沟收费站南侧设芦草沟东站，后并绕城高速公路北行，于米东收费站东侧折向西，于柏杨河北侧设米东站后至比较终点，线路长26.974 km。其中，特大桥共6 座，长8 291.14 m，大中桥2 座，长度共687.54 m；隧道2 座， 长度共5 837 m。 桥隧比54.9%， 主要工程投资18.67 亿元。

3）并高速公路方案：线路自比较起点AK28+300 引出后，于芦草沟河南侧设河马泉站，沿隧道至铁厂沟河南侧，并高速公路跨铁厂沟河，以路基穿铁厂沟煤矿塌陷区，北行至米东收费站东侧跨立交匝道后折向西，于柏杨河北侧设米东站后至比较终点，线路长25.312 km。其中，特大桥5 座，长度共11 811.75 m，大中桥1 座，长度共90.21 m；隧道1 座，长度共4 844 m。 桥隧比66.2%，主要工程投资17.71 亿元。

3.2 优缺点分析

3.2.1 从工程安全及实施难易性角度分析

3 个方案均实现了在采空区段以路基结构形式通过，线路与塌陷沟交叉角度基本相当，交叉角度均较大。

1）沿沟大绕方案线路走行于铁厂沟河位置，完全绕避最北侧第三道采煤塌陷沟外缘，路基最大填高15.8 m。 工程实施较易，工程安全性最高。

2）沿沟小绕方案线路部分走行于铁厂沟河位置，于第二道塌陷沟处转向东，局部穿越第三道塌陷沟，经现场踏勘及调取历史资料， 穿越第三道塌陷沟处地面整体稳定性较好，路基最大填高19.0 m。 工程实施相对容易，工程安全性相对较高。

3）并高速公路方案线路并行高速公路走行，既有高速公路穿越第一道塌陷沟处， 以路基形式自露天采煤坑底逐级回填压实，公路路基边坡高约40 m。 本项目并其走行，恶化了其工程条件，线路在穿越第三道塌陷沟处路基最大填高约29 m。工程实施条件差，工程安全性相对较差。

3.2.2 从外部实施条件角度分析

1）并高速公路方案利用既有高速公路廊道，工程拆迁少，公路与铁路之间不产生新的夹心地； 线路与沿线电力线路等交叉干扰小。 外部实施条件最好。

2）沿沟小绕方案线路并铁厂沟河布线，工程拆迁相对较多，需迁改铁108 厂沟河及S311 公路各约1.2 km；线路两次穿越铁厂沟河东侧220 kV 电力线，后续需进一步征求电力部门意见，工程外部实施条件相对较好。

3）沿沟大绕方案线路并铁厂沟河布线，工程拆迁最大，需迁改铁厂沟河及S311 公路各约2.0 km；线路占压铁厂沟河东侧220 kV 电力线长约4.5 km，需对其进行迁改，工程外部实施条件最差[1]。

3.2.3 技术经济综合对照

3 个方案技术经济综合对照见表1。

表1 3 个方案技术经济综合对照表

3.3 研究结论

本次研究推荐线路长度适中、 工程实施外部条件相对较好、工程安全性好、实施风险小、工程投资最省的沿沟小绕方案。

4 结语

综合以上分析，沿线各采空区仍处于不稳定状态，其剩余变形量均较大， 覆岩的持续变形可能会对路基、 桥涵、隧道、房屋等建筑物产生毁灭性破坏，因此，线路通过采空区时应采用科学合理的选线、工程设置原则及治理方案。 线路宜绕避采空区，无法绕避时，尽量选择开采深度较浅且宽度较小地段通过；尽量以路基通过，必要时采取跨度小的框架结构桥梁，避免设置隧道、车站及大型或特殊结构桥梁；在主体工程开工前，采取探灌结合方法，对采空区地下空洞进行灌浆加固处理。