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摘要：根據(jù)煤礦采煤沉陷區(qū)發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)黑龍江省雞西市團(tuán)結(jié)分離橋及橋頭附近路面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，并對(duì)部分路段病害情況進(jìn)行調(diào)查分析。文章認(rèn)為：建設(shè)線路如無(wú)法避開(kāi)變形劇烈的沉陷區(qū)，宜將線路布置在沉陷區(qū)的外邊緣地段；在設(shè)計(jì)位于動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)的橋梁及路面時(shí)，宜采取簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)橋梁等利于抵抗或吸收地表變形的橋梁結(jié)構(gòu)；在動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)修建橋梁時(shí)，宜在地表移動(dòng)期之后進(jìn)行施工。

關(guān)鍵詞：采礦區(qū)；道路病害；橋梁病害；沉陷；開(kāi)裂

雞西市是一座因煤而興的資源型城市，煤炭開(kāi)采歷史悠久，至今煤炭開(kāi)采仍是雞西市的主要支柱產(chǎn)業(yè)，并仍將處于煤炭的大量開(kāi)采期，地表沉陷問(wèn)題將持續(xù)存在，對(duì)各類(lèi)已有公路的影響難以避免。雞西境內(nèi)的方虎路、206省道、雞虎高速、鶴大高速、丹阿公路等均受到不同程度的影響或損害。同時(shí)，雞西市的城市道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在不斷發(fā)展，大量的改建、擴(kuò)建及新建道路都難以避開(kāi)采煤沉陷區(qū)或壓煤區(qū)。在路、橋建設(shè)和沉陷方面，為了地面建設(shè)而杜絕地下開(kāi)采，或?yàn)榱说叵麻_(kāi)采而停止地面建設(shè)，都不利于煤礦地區(qū)的長(zhǎng)期、協(xié)調(diào)、持續(xù)的發(fā)展。本文根據(jù)采煤沉陷區(qū)發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)處在不同沉陷區(qū)位置的3座橋梁及部分路段受采礦影響發(fā)生的病害情況進(jìn)行分析，結(jié)合研究結(jié)果提出在采礦區(qū)進(jìn)行路橋建設(shè)過(guò)程中如何有效地控制或減緩地表移動(dòng)與沉降的具體建議和措施。

1雞虎高速團(tuán)結(jié)互通區(qū)采礦區(qū)及橋梁與路段概況

1．1團(tuán)結(jié)互通區(qū)采礦區(qū)情況

雞西市某煤礦在雞虎高速團(tuán)結(jié)互通區(qū)已開(kāi)采的煤層有36A＃、29＃、27＃。1．2雞虎高速團(tuán)結(jié)互通區(qū)橋梁和道路情況在采礦內(nèi)分布了雞虎高速“團(tuán)結(jié)分離橋”、206省道“團(tuán)結(jié)匝道橋”、“團(tuán)結(jié)公鐵立交橋”等3座橋，以及雞虎高速公路K182＋667—K183＋167路段。

2采礦區(qū)開(kāi)采對(duì)團(tuán)結(jié)互通區(qū)橋梁和道路沉降與病害影響分析

2．1采礦區(qū)橋梁沉降變化及規(guī)律

3個(gè)煤層在2011－07—2013－10之間進(jìn)行了連續(xù)開(kāi)采，開(kāi)采過(guò)程均處于3座橋梁及相應(yīng)路段的施工和運(yùn)營(yíng)階段。2013－06—2015－11，建雞高速公路虎林至雞西段建設(shè)指揮部對(duì)雞虎高速的團(tuán)結(jié)分離橋及橋頭附近路面進(jìn)行了病害和沉降的監(jiān)測(cè)。

2．2采礦區(qū)橋梁和道路病害情況

煤層的連續(xù)開(kāi)采導(dǎo)致互通區(qū)內(nèi)橋梁和道路出現(xiàn)明顯病害。

3采沉陷礦區(qū)橋梁與道路病害形成原因

3．1采礦區(qū)產(chǎn)生沉陷的規(guī)律

煤層開(kāi)采對(duì)地表建（構(gòu)）筑物的影響主要體現(xiàn)在采礦引起的地表移動(dòng)與變形規(guī)律、采煤沉陷區(qū)建（構(gòu)）筑物的工程類(lèi)型，以及建（構(gòu)）筑物在沉陷區(qū)中的位置等方面。首先，煤層的開(kāi)采具有典型的連續(xù)變形的特點(diǎn)。充分開(kāi)采條件下，下沉盆地可劃分為盆地中部區(qū)、邊沿區(qū)、外邊沿區(qū)，各區(qū)的地表移動(dòng)過(guò)程不同。以曲率K為例，位于下沉盆地中部區(qū)域的地表土要經(jīng)歷K0＝0→K1＞0→K2＝0→K3＜0→K4＝0的發(fā)展過(guò)程，該過(guò)程最為復(fù)雜；位于下沉盆地邊沿區(qū)的地表土只經(jīng)歷由K0＝0→K1＞0→K2＝0→K2＜0的發(fā)展過(guò)程，該過(guò)程相對(duì)復(fù)雜；位于下沉盆地外邊沿區(qū)的地表土僅經(jīng)歷由K0＝0→K1＞0的發(fā)展過(guò)程，該過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單；位于地表最早發(fā)生沉降區(qū)某一微小地表土僅經(jīng)歷由K0＝0→K1＜0的發(fā)展過(guò)程，符合該過(guò)程的區(qū)域極小，在工程建設(shè)方面可忽略。其次，煤層的開(kāi)采具有典型的地表移動(dòng)活躍期較長(zhǎng)的特點(diǎn)。單一煤層開(kāi)采引起的地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間可分為初始期、活躍期、衰退期等3個(gè)主要的時(shí)間段，之后進(jìn)入緩慢的地表殘余變形階段；多煤層不同步開(kāi)采時(shí)，地表移動(dòng)的量值及各持續(xù)時(shí)間段交互影響，往往延長(zhǎng)了多煤層開(kāi)采時(shí)總的地表移動(dòng)時(shí)間。第三，煤層開(kāi)采具有典型的地表二次塌陷特點(diǎn)。地表的二次塌陷往往由采空區(qū)周邊頂板垮落傳導(dǎo)至地表，引起地表移動(dòng)與變形。團(tuán)結(jié)分離橋在2013年6月至2015年11月期間觀測(cè)到的沉降變形曲線所表現(xiàn)出的兩個(gè)逐級(jí)衰減特征，對(duì)采礦區(qū)內(nèi)的沉降規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證。

3．2采礦區(qū)橋梁與道路病害成因分析

3．2．1采礦區(qū)內(nèi)路段病害分析團(tuán)結(jié)匝道橋?qū)儆凇跋冉ê蟛伞鳖?lèi)工程，團(tuán)結(jié)匝道橋是206省道上2010年以前就存在的公路橋，使用階段正經(jīng)歷了煤層開(kāi)采的地表移動(dòng)初始期、活躍期、衰退期及后續(xù)殘余變形的影響。但由于工程位于沉陷盆地的外邊沿區(qū)（地表曲率僅出現(xiàn)由k＝0～k＞0的變化），因此團(tuán)結(jié)匝道橋僅受輕微的地表變形影響，橋梁不需要維修，可以正常通行。團(tuán)結(jié)互通橋?qū)儆凇跋炔珊蠼ㄔ俨伞鳖?lèi)工程，該橋位于下沉盆地的中部偏外（地表曲率出現(xiàn)由K0＝0→K1＞0→K2＝0→K2＜0的發(fā)展過(guò)程），正是地表移動(dòng)與變形發(fā)生比較劇烈的地段。該橋受采動(dòng)影響大致可分為3個(gè)階段：首先該橋在建設(shè)前，36A＃煤層的開(kāi)采活動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，地表的移動(dòng)與變形的活躍期已過(guò)，此建設(shè)期的橋梁、橋柱、橋面等僅受36A＃煤層開(kāi)采后地表剩余或殘余變形影響，這個(gè)階段并未影響到橋的正常運(yùn)行；第二階段，橋梁建成后又開(kāi)采27＃、29＃煤層，因此橋梁既受到以前采煤活動(dòng)引起的地表移動(dòng)衰退期的影響，又受到開(kāi)采27＃、29＃煤層引起的地表移動(dòng)初始期、活躍期、衰退期等全過(guò)程的影響，并且以27＃、29＃的開(kāi)采影響為主，橋柱、橋梁等受到反復(fù)地拉伸、擠壓，變形縫呈現(xiàn)寬度加大—逐漸變小的反復(fù)過(guò)程，有一處變形縫受擠壓嚴(yán)重，以致縫兩側(cè)的梁端混凝土碎裂、酥化，而同時(shí)另一處的變形縫寬度達(dá)130mm（設(shè)計(jì)值為80mm）；路面開(kāi)裂、拱起等，第三階段是受到采空區(qū)二次塌陷的影響，采空區(qū)的二次塌陷引起的地表移動(dòng)與變形不如首次發(fā)生的劇烈，范圍也較小，僅在團(tuán)結(jié)互通橋以東約50～80m范圍的路面兩處橫向拱起。團(tuán)結(jié)公鐵立交橋?qū)儆凇跋炔珊蠼ā鳖?lèi)工程，位于下沉盆地的外邊沿區(qū)（地表曲率僅出現(xiàn)由k＝0～k＞0的變化）。該橋建于2014年，基本是在地表移動(dòng)的衰退期建設(shè)，建設(shè)地點(diǎn)在礦區(qū)鐵路的保護(hù)煤柱（煤柱被回采了一部分）上方，在建設(shè)時(shí)間上避開(kāi)了地表移動(dòng)的活躍期，建設(shè)地點(diǎn)也屬于地表移動(dòng)相對(duì)較弱的地段。

3．2．2采礦區(qū)內(nèi)橋梁病害分析團(tuán)結(jié)互通橋?yàn)?跨2幅，即留設(shè)3條伸縮縫（橋面一條，兩端橋頭各留設(shè)一條），橋梁結(jié)構(gòu)不利于吸收地基土的不均移動(dòng)與變形。在地基發(fā)生水平移動(dòng)時(shí)，橋柱隨著發(fā)生移動(dòng)，移動(dòng)的橋柱通過(guò)柱頭的梁墊與橋梁間的摩擦力帶動(dòng)橋梁產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)水平移動(dòng)不均勻時(shí)，就表現(xiàn)為橋面、橋頭伸縮縫拉伸或壓縮，當(dāng)橋柱間地表水平移動(dòng)值相差過(guò)大或過(guò)小、橋面及橋頭的3條伸縮縫和梁墊的有效支撐長(zhǎng)度之和不足以向梁體提供自由移動(dòng)的空間時(shí)，必然導(dǎo)致伸縮縫拉開(kāi)或壓縮，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生落梁和梁頭受壓碎裂現(xiàn)象；在地基土產(chǎn)生不均勻沉降差時(shí)，支撐單個(gè)連續(xù)梁的多個(gè)橋柱的沉降也是不均勻的，進(jìn)而使梁、柱間的支撐狀態(tài)發(fā)生不一致的改變，最終在橋梁內(nèi)部產(chǎn)生附加內(nèi)力，有可能對(duì)橋梁造成破壞。比較而言，團(tuán)結(jié)互通橋的梁柱結(jié)構(gòu)在吸收地基移動(dòng)與變形方面，不及簡(jiǎn)支橋梁。這也是團(tuán)結(jié)互通橋受損害比較嚴(yán)重的內(nèi)在因素。

4采礦區(qū)路、橋建設(shè)及維護(hù)

通過(guò)“團(tuán)結(jié)匝道橋”、“團(tuán)結(jié)分離橋”、“團(tuán)結(jié)公鐵立交橋”及一些路面的損害成因分析，筆者認(rèn)為，煤礦地區(qū)除地下宜采用充填、協(xié)調(diào)、間歇等可顯著降低對(duì)地表影響程度的開(kāi)采技術(shù)措施外，還需從以下幾個(gè)方面進(jìn)行地面建設(shè)的協(xié)調(diào)，以確保路橋的安全暢通。1）建設(shè)線路如無(wú)法避開(kāi)變形劇烈的沉陷區(qū)，則宜將線路布置在沉陷區(qū)的外邊緣地段，這些地段在沉陷區(qū)的動(dòng)態(tài)發(fā)展中，地表的移動(dòng)與變形相對(duì)較為平緩。2）道路的建設(shè)、維修、養(yǎng)護(hù)宜避開(kāi)地表移動(dòng)與變形的初始期、活躍期。路、橋類(lèi)地表線性構(gòu)筑物，延展較長(zhǎng)，跨區(qū)域較廣，而采煤沉陷區(qū)僅為其中的某一段落，移動(dòng)與變形劇烈的地段在線路中所占的比例畢竟有限，移動(dòng)與變形持續(xù)的時(shí)間也相對(duì)較短（單一工作面引起的地表移動(dòng)活躍期較短），因此可以通過(guò)分段、延緩接續(xù)等施工組織避免在地表移動(dòng)初始期及活躍期建設(shè)、維修或養(yǎng)護(hù)路、橋。3）在路、橋的設(shè)計(jì)階段，宜充分考慮道路、橋所處地段會(huì)出現(xiàn)的地表移動(dòng)和變形，采取可減小或抵抗地表移動(dòng)與變形不利影響的技術(shù)措施。一般情況下跨度較大的連續(xù)橋梁其抗變形能力要小于簡(jiǎn)支橋梁的“抗變形”能力，在地表移動(dòng)與變形影響下，前者會(huì)產(chǎn)生附加結(jié)構(gòu)內(nèi)力，有可能對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)成危害，而后者不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，只會(huì)在相鄰的簡(jiǎn)支梁間產(chǎn)生相對(duì)位移，在路面墊層中鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)可以減小路面出現(xiàn)裂縫等。綜上，地下開(kāi)采時(shí)采取減緩地表移動(dòng)與變形發(fā)生的措施、地面路橋建設(shè)時(shí)充分考慮地表已經(jīng)發(fā)生或未來(lái)可能發(fā)生的地表移動(dòng)與變形影響、在規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段事前控制，通過(guò)地下開(kāi)采與地面路橋建設(shè)的共同協(xié)調(diào)，解決采煤地區(qū)路橋等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與資源充分利用的共同發(fā)展問(wèn)題；在地下開(kāi)采難以避免時(shí)，更應(yīng)注重在路橋建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工階段采取必要的技術(shù)措施，防范或降低開(kāi)采情況下地表移動(dòng)與變形對(duì)路橋的影響程度。

5結(jié)論

雞西市“團(tuán)結(jié)匝道橋”、“團(tuán)結(jié)分離橋及相關(guān)道路”、“團(tuán)結(jié)公鐵立交橋”是同一采煤沉陷區(qū)內(nèi)受開(kāi)采影響程度不盡相同的重要橋梁和路段，通過(guò)對(duì)路橋所處地段的地表移動(dòng)與變形特點(diǎn)分析，可得出以下結(jié)論：1）煤礦地區(qū)在路橋線路規(guī)劃階段，研究建設(shè)場(chǎng)地所在地段受開(kāi)采影響時(shí)的地表移動(dòng)規(guī)律，在線路難以避開(kāi)動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)影響時(shí)，宜將線路布置在動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)的外邊沿區(qū)，避開(kāi)動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)的中部及次邊緣區(qū)等不利地段。2）在設(shè)計(jì)位于動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)的橋梁及路面時(shí)，宜采取有利于抵抗或吸收地表變形的橋梁結(jié)構(gòu)，通常情況簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)橋梁優(yōu)于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)橋梁，小型橋梁優(yōu)于中大型橋梁，預(yù)設(shè)伸縮縫較多、較寬的橋梁優(yōu)于伸縮縫較少、較窄的橋梁，圓形過(guò)水涵洞優(yōu)于箱涵，縱向加筋路面利于減少、減小路面的橫向裂縫等。3）在動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)修建橋梁宜在地表移動(dòng)期之后進(jìn)行施工，不應(yīng)在地表移動(dòng)初始期和活躍期進(jìn)行施工，應(yīng)杜絕地表移動(dòng)初始期、活躍期內(nèi)在動(dòng)態(tài)沉陷區(qū)的中部區(qū)施工。4）建立沉陷區(qū)及路段的移動(dòng)與變形觀測(cè)站，在地表移動(dòng)開(kāi)始前及橋、路建設(shè)前，分別建立地表、道路的移動(dòng)與變形觀測(cè)，取得沉陷區(qū)發(fā)展全過(guò)程的完整數(shù)據(jù)和路橋建設(shè)期及竣工運(yùn)營(yíng)后一段時(shí)間內(nèi)橋梁、路面的位移、變形數(shù)據(jù)，及時(shí)分析、研究沉陷區(qū)的地表移動(dòng)發(fā)展規(guī)律，研究地表與路橋間的移動(dòng)與變形相關(guān)關(guān)系，為路橋的安全通行、維護(hù)方案選擇及新的路橋設(shè)計(jì)和建設(shè)提供可靠理論與數(shù)據(jù)支撐。

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作者：孫啟龍 單位：建雞高速公路虎林至雞西段建設(shè)指揮部