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地下采煤引起的地表移动与变形,必然影响到铺设于该地区地面的铁路,使铁路受到破坏。因此,在铁路下采煤,必须采取有效措施保证铁路安全运行。铁路下采煤与建筑物下、水体下采煤相比,有其独有的特点,即铁路线路在开采影响过程中,可以通过维修及时消除本身的移动和变形,如采用及时垫起路基和拔正线路可以消除下沉和变形对铁路的影响。但必须防止地表出现突然下沉。
1.地表移动变形对路基强度和稳定性的影响
路基是铁路线路的基础,地表被采动后,路基状态如何,直接影响到线路的质量和行车安全。因此,在开采过程中,必须保证路基的强度及其稳定性。
地下开采影响铁路路基稳定性的主要因素有两个方面:第一是地表出现的塌陷坑和局部突然下沉;第二是地表变形使路基产生松动。
地表出现的塌陷坑使路基失去支撑、突然下沉,在时间上无法估汁,难以预防。因此,在铁路下采煤时,应首先研究一下有无产生塌陷坑和突然下沉的可能,如有,应采取相应措施,绝对防止其发生。
井下开采后,由于地表不均匀下沉而产生的倾斜变形和拉伸变形,对铁路路基的稳定性有不利的影响。因此,对稳定性较差的高路堤、陡坡路堤和深路堑,采动前要进行稳定性验算,当稳定性不够时,应采取维护措施,以确保列车安全运行。
地表被采动后,将使路基发生松动。水平变形对路基将产生附加的拉伸和压缩变形。由于土质路基有一定孔隙,能吸收压缩变形,使路基变得密实。拉伸变形,虽然能使路基内部孔隙变大,甚至产生裂缝,但是由于此变化很小,发展又很缓慢,经过列车通过时动载荷的夯实作用,裂缝会消失,路基会密实起来。所以,水平变形对路基的强度影响不大。
但是,地表的倾斜变形和拉伸变形对路基稳定性的影响是不能忽视的。特别是对于高路堤、陡坡路堤和深路堑更应加以注意。因为这类地表变形可能会引起路基或路堑滑坡。
采空区上方岩层移动达到地表后,位于采空区上方的路基随即开始下沉,因此应及时进行处理,使其尽量恢复到原始的位置,处理的方法主要是填筑路基和道床,以及加宽路基等。
2.地表的移动变形对线路上部建筑的影响
线路上部建筑指的是钢轨、轨枕、道岔、联结零件和防爬设备等。地面的移动变形通过路基传递到上部建筑,能够引起如下几种移动和变形:
(1)地表的下沉引起线路坡度及钢轨水平的变化地表下沉使路基下沉,轨枕及钢轨也随之下沉。这样,线路原有的坡度会发生变化,路面会变得不平,不利于列车的运行。但是,由实测资料可知:采动期间线路坡度变化一般较小,地下开采引起的线路坡度变化是很平稳的,通过对线路及时维修,是不难消除的。
在线路方向与工作面推进方向正交或斜交时,地表的下沉和倾斜可能使钢轨水平发生变化。如果钢轨水平相差较大,运行的列车就有倾倒的危险。但是,由于一般地表倾斜值较小,钢轨水平变化也是较小的。通过日常的线路维修,是很容易消除的。
(2)地表移动引起的线路爬行、横向移动以及轨距变化地表沿线路方向水平移动,会引起轨道沿线路方向的串动,在地表压缩变形区会造成轨缝闭实,连续闭实过多可能造成道钉被拔出,钢轨浮起或产生向两侧的硬弯;在拉伸变形区,轨缝会张开,可能造成拉断鱼尾板或切断螺栓。垂直线路方向的水平移动,会使线路发生横向位移,造成直线线路方向偏移及曲线部分的曲率半径发生变化。此外,地表的移动与变形还会引起轨距的变化。
3.线路的日常维修工作
地表移动与变形对线路的影响虽然很多,但是,都是逐渐而缓慢产生的。通过日常及时的维修、调整是能够消除的,从而能保证线路始终满足安全行车的要求。维修措施主要有如下几种:
(1)起道线路下沉后,应及时将钢轨垫高,但不一定要恢复到原始标高,只要使线路在较长范围内的坡度经常满足有关规则要求即可。
(2)拨道这是消除线路横向移动常用的方法。平日只要对局部拨道使线路保持圆顺、不出现硬弯,保证行驶安全即可。在拨道时,可以同时调整轨距。
(3)串道这是用来调整轨缝,消除沿线路方向的有害影响的方法。为了在地表采动后,延长串道周期,减少串道次数,可以事先在预计拉伸区适当减小轨缝,在压缩区适当增大轨缝。