鍶礦開(kāi)采對(duì)鐵道影響分析

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本文作者：羅喜元李時(shí)亮作者單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

工程概況

1寧杭客運(yùn)專線

DK37+100～DK37+965.18為橋梁，梁跨為32m，基礎(chǔ)全部采用樁基，樁端持力層為弱風(fēng)化安山巖;DK37+965.18～DK38+100為路基，填高6～7m，地基采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化安山巖。

2南京鍶礦

南京鍶礦1958年被發(fā)現(xiàn)，1980完成1號(hào)～9號(hào)線詳勘報(bào)告，1990年完成10號(hào)～43號(hào)線詳勘報(bào)告，其勘探深度一般在－155m高程以上，局部礦層厚而富地段可延伸到－205m高程，最大控制深度高程達(dá)－308.1m。南京鍶礦自上世紀(jì)70年代就開(kāi)始人工挖礦露天開(kāi)采，到2002年露天開(kāi)采結(jié)束，露天開(kāi)采底部高程實(shí)際為+11m。2001年，為了滿足礦山持續(xù)生產(chǎn)的需要，露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采，開(kāi)采深度從+11～－205m，目前－70m及－110m中段已開(kāi)采完畢，礦床開(kāi)采現(xiàn)已下降到－150m高程。寧杭客運(yùn)專線南京鍶礦段平面見(jiàn)圖1。

礦山開(kāi)采對(duì)鐵路安全影響分析

礦山開(kāi)采對(duì)鐵路安全影響包括采空區(qū)塌陷地表變形影響、礦床開(kāi)采爆破振動(dòng)影響、礦山開(kāi)采地下排水的影響、地表炸藥庫(kù)意外爆炸影響等方面。

1采空區(qū)塌陷地表變形影響分析

南京山鍶礦采空區(qū)附近線路與礦體走向近于平行，礦體上盤(pán)圍巖為凝灰?guī)r、安山巖等硬質(zhì)巖，礦體傾向線路，傾角約為60°～75°，計(jì)算取平均值為67.5°。根據(jù)礦體賦存特征、礦區(qū)工程地質(zhì)條件和采用的采礦方法，參照類似礦山實(shí)際經(jīng)資料及工程經(jīng)驗(yàn)，按照類比法，取礦體頂板圍巖開(kāi)采地表移動(dòng)角為60°，第四系巖土移動(dòng)角為40°。巖體邊界角計(jì)算公式根據(jù)文獻(xiàn)［3］規(guī)定β0=β－15°(1－0.01α)，計(jì)算得β0為55°。寧杭客運(yùn)專線地表高程按8.0m考慮，地表松散地層層厚約20m(含全風(fēng)化基巖)。考慮南京鍶礦仍在進(jìn)行開(kāi)采，不同勘探線采空區(qū)高程按已探明上表礦底部考慮，采空區(qū)地表移動(dòng)邊界計(jì)算示意見(jiàn)圖2。不同勘探線上表礦礦體底部高程、上表礦邊界距鐵路中線最近水平距離及采空區(qū)地表移動(dòng)邊界距礦體水平距離、地表移動(dòng)邊界距鐵路中心距離的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)文獻(xiàn)［4］相關(guān)規(guī)定，寧杭客運(yùn)專線的保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，其圍護(hù)帶寬度可取20m，考慮到無(wú)砟軌道對(duì)變形要求控制嚴(yán)格，評(píng)價(jià)中按用地界線外擴(kuò)50m作為圍護(hù)帶范圍，圍護(hù)帶距離寧杭客專鐵路中線75m。從表1計(jì)算結(jié)果可看出，采空區(qū)塌陷地表變形移動(dòng)邊界距鐵路中心最小距離為393.1m，遠(yuǎn)大于寧杭客運(yùn)專線75m的圍護(hù)帶范圍，因此，對(duì)已探明的上表礦采礦形成的采空區(qū)塌陷地表變形不影響寧杭客專鐵路的安全。

2礦床開(kāi)采爆破振動(dòng)影響分析

爆破是采礦工藝必須作業(yè)過(guò)程，爆破振動(dòng)對(duì)建構(gòu)筑物的振動(dòng)影響最終是通過(guò)地層基礎(chǔ)傳遞的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，爆炸能量引起地層的地震波向外傳播造成相關(guān)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，導(dǎo)致地表地下建構(gòu)筑物產(chǎn)生振動(dòng)。目前針對(duì)鐵路工程沒(méi)有明確的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，考慮到寧杭客專技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高，為保證建設(shè)及運(yùn)營(yíng)安全，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)［5］中運(yùn)行水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，取安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)值為0.5cm/s。根據(jù)南京鍶礦與寧杭客運(yùn)專線平面關(guān)系及場(chǎng)地地質(zhì)條件等資料，可采用文獻(xiàn)［5］規(guī)定公式估算礦區(qū)開(kāi)采爆破引起鐵路處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度:v=k/(R/Q13)α(1)式中v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，單位cm/s;k、α為相關(guān)參數(shù)，與地形及地質(zhì)條件有關(guān)，分別取250及1.8;R為平面距離，取采礦區(qū)距鐵路最近水平距離592.5m;Q為炸藥量，單位為kg，取采礦落礦班末爆破炸藥用量，約為35kg。計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)應(yīng)南京鍶礦與寧杭客運(yùn)專線平面關(guān)系、場(chǎng)地地質(zhì)條件及爆破用藥量，采礦爆破造成鐵路處質(zhì)點(diǎn)振速為0.02cm/s，遠(yuǎn)低于控制值0.5cm/s。如按爆破振動(dòng)速度0.5cm/s控制值反算，距鄰近寧杭客運(yùn)專線鐵路的安全距離可按150m考慮，也遠(yuǎn)小于目前實(shí)際距離。故南京鍶礦開(kāi)采時(shí)的爆破振動(dòng)不會(huì)對(duì)鄰近寧杭客運(yùn)專線鐵路安全造成影響。

3礦山開(kāi)采地下排水的影響分析

礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，地下水主要為碎屑巖類裂隙水及斷裂構(gòu)造裂隙水，富水性為貧乏—弱富水，地下水補(bǔ)給主要為大氣降水及部分表水入滲，裂隙滲透性較差，礦區(qū)開(kāi)采不會(huì)產(chǎn)生大量涌水。礦區(qū)開(kāi)采排水，其地下水主要來(lái)源于F2斷層裂隙含水帶、天青石礦體裂隙水含水層和象山群碎屑巖裂隙水含水組，與龍王山組碎屑巖裂隙水存在間接的水力聯(lián)系，且聯(lián)系較弱。F2斷層裂隙含水帶走向與毗鄰的寧杭客專鐵路近似平行，且相距600m以上，且礦體圍巖及鍶礦與寧杭客專鐵路之間基巖為侏羅系上統(tǒng)龍王山組凝灰?guī)r及安山巖，巖石較完整，裂隙含(透)水性差，屬隔水巖層或含水貧乏。綜上所述，礦區(qū)地下水與鐵路沿線地下水屬于不同的水文地質(zhì)單元，二者水力聯(lián)系較弱，礦坑排水對(duì)鐵路影響很小，甚至沒(méi)有影響，可以忽略不計(jì)。

4地表炸藥庫(kù)意外爆炸影響分析

南京鍶礦爆破器材庫(kù)設(shè)置在礦區(qū)西偏北山腳，距寧杭客運(yùn)專線最近點(diǎn)距離約1280m，兩者間相隔愛(ài)景山山體，硐庫(kù)最大硝銨炸藥儲(chǔ)存量為2t，倉(cāng)庫(kù)類型為緩坡地形軟質(zhì)巖石硐庫(kù)，硐庫(kù)斷面為三心拱斷面，裝藥高度1.5m，寬度1.4m，裝藥等效直徑約2.32m。按照文獻(xiàn)［6］規(guī)定，該類型炸藥庫(kù)外部安全允許距離按照爆破飛石、爆炸空氣沖擊波、爆炸地震波三種安全允許距離的最大值確定。寧杭客運(yùn)專線偏離洞軸線90°以上，爆破飛石外部安全允許距離按規(guī)范可不考慮;爆炸空氣沖擊波外部安全允許距離該種情況規(guī)范未規(guī)定，取最大值為310m;爆炸地震波外部安全允許距離按照爆破振動(dòng)安全允許振速0.5cm/s計(jì)算，安全允許距離398m。由于寧杭客運(yùn)專線與爆破器材硐庫(kù)之間有山體相隔且相距約1280m，根據(jù)以上分析結(jié)果，爆破器材硐庫(kù)意外爆炸不會(huì)對(duì)寧杭客運(yùn)專線安全造成影響。

5寧杭客專鐵路距南京鍶礦安全保護(hù)距離評(píng)價(jià)

按已探明上表礦最大埋深－308.1m的最不利條件考慮，計(jì)算得到的地表變形邊界距鐵路水平距離為231.2m，考慮鐵路圍護(hù)帶距線路中心距離為75m，故可按307m考慮鐵路的保護(hù)帶，該距離同時(shí)也滿足采礦爆破振動(dòng)安全距離及鐵路周邊環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)［7］等要求。由于南京鍶礦已探明上表礦邊界距寧杭客專最小平面距離大于590m，礦區(qū)相對(duì)于鐵路位于307m的保護(hù)帶之外。若按307m控制鐵路的保護(hù)帶，寧杭客運(yùn)專線的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)不影響南京鍶礦對(duì)已探明的上表礦進(jìn)行開(kāi)采。

結(jié)論

(1)南京鍶礦已查明的上表礦礦體邊界距寧杭客專中線最小平面距離大于590m，若按目前已探明的上表礦范圍進(jìn)行采礦，采礦不影響寧杭客專鐵路的安全。(2)寧杭客專鐵路南京鍶礦段圍護(hù)帶距線路中心距離按75m取值，壓礦評(píng)估時(shí)工程安全保護(hù)距離可按307m考慮。