锶矿开采对铁道影响分析
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本文作者：罗喜元李时亮作者单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司
工程概况
1宁杭客运专线
DK37+100～DK37+965.18为桥梁，梁跨为32m，基础全部采用桩基，桩端持力层为弱风化安山岩;DK37+965.18～DK38+100为路基，填高6～7m，地基采用预应力管桩进行处理，桩端持力层为强风化安山岩。
2南京锶矿
南京锶矿1958年被发现，1980完成1号～9号线详勘报告，1990年完成10号～43号线详勘报告，其勘探深度一般在－155m高程以上，局部矿层厚而富地段可延伸到－205m高程，最大控制深度高程达－308.1m。南京锶矿自上世纪70年代就开始人工挖矿露天开采，到2002年露天开采结束，露天开采底部高程实际为+11m。2001年，为了满足矿山持续生产的需要，露天转地下开采，开采深度从+11～－205m，目前－70m及－110m中段已开采完毕，矿床开采现已下降到－150m高程。宁杭客运专线南京锶矿段平面见图1。
矿山开采对铁路安全影响包括采空区塌陷地表变形影响、矿床开采爆破振动影响、矿山开采地下排水的影响、地表炸药库意外爆炸影响等方面。
1采空区塌陷地表变形影响分析
南京山锶矿采空区附近线路与矿体走向近于平行，矿体上盘围岩为凝灰岩、安山岩等硬质岩，矿体倾向线路，倾角约为60°～75°，计算取平均值为67.5°。根据矿体赋存特征、矿区工程地质条件和采用的采矿方法，参照类似矿山实际经资料及工程经验，按照类比法，取矿体顶板围岩开采地表移动角为60°，第四系岩土移动角为40°。岩体边界角计算公式根据文献［3］规定β0=β－15°(1－0.01α)，计算得β0为55°。宁杭客运专线地表高程按8.0m考虑，地表松散地层层厚约20m(含全风化基岩)。考虑南京锶矿仍在进行开采，不同勘探线采空区高程按已探明上表矿底部考虑，采空区地表移动边界计算示意见图2。不同勘探线上表矿矿体底部高程、上表矿边界距铁路中线最近水平距离及采空区地表移动边界距矿体水平距离、地表移动边界距铁路中心距离的计算结果见表1。根据文献［4］相关规定，宁杭客运专线的保护等级为Ⅰ级，其围护带宽度可取20m，考虑到无砟轨道对变形要求控制严格，评价中按用地界线外扩50m作为围护带范围，围护带距离宁杭客专铁路中线75m。从表1计算结果可看出，采空区塌陷地表变形移动边界距铁路中心最小距离为393.1m，远大于宁杭客运专线75m的围护带范围，因此，对已探明的上表矿采矿形成的采空区塌陷地表变形不影响宁杭客专铁路的安全。
2矿床开采爆破振动影响分析
爆破是采矿工艺必须作业过程，爆破振动对建构筑物的振动影响最终是通过地层基础传递的能量来实现的，爆炸能量引起地层的地震波向外传播造成相关质点振动，导致地表地下建构筑物产生振动。目前针对铁路工程没有明确的爆破振动安全允许标准，考虑到宁杭客专技术标准较高，为保证建设及运营安全，参照类似工程经验和文献［5］中运行水电站及发电厂中心控制室设备爆破振动安全允许标准，取安全允许质点振动速度控制标准值为0.5cm/s。根据南京锶矿与宁杭客运专线平面关系及场地地质条件等资料，可采用文献［5］规定公式估算矿区开采爆破引起铁路处质点振动速度:v=k/(R/Q13)α(1)式中v为质点振动速度，单位cm/s;k、α为相关参数，与地形及地质条件有关，分别取250及1.8;R为平面距离，取采矿区距铁路最近水平距离592.5m;Q为炸药量，单位为kg，取采矿落矿班末爆破炸药用量，约为35kg。计算结果表明，对应南京锶矿与宁杭客运专线平面关系、场地地质条件及爆破用药量，采矿爆破造成铁路处质点振速为0.02cm/s，远低于控制值0.5cm/s。如按爆破振动速度0.5cm/s控制值反算，距邻近宁杭客运专线铁路的安全距离可按150m考虑，也远小于目前实际距离。故南京锶矿开采时的爆破振动不会对邻近宁杭客运专线铁路安全造成影响。
3矿山开采地下排水的影响分析
矿区水文地质条件简单，地下水主要为碎屑岩类裂隙水及断裂构造裂隙水，富水性为贫乏—弱富水，地下水补给主要为大气降水及部分表水入渗，裂隙渗透性较差，矿区开采不会产生大量涌水。矿区开采排水，其地下水主要来源于F2断层裂隙含水带、天青石矿体裂隙水含水层和象山群碎屑岩裂隙水含水组，与龙王山组碎屑岩裂隙水存在间接的水力联系，且联系较弱。F2断层裂隙含水带走向与毗邻的宁杭客专铁路近似平行，且相距600m以上，且矿体围岩及锶矿与宁杭客专铁路之间基岩为侏罗系上统龙王山组凝灰岩及安山岩，岩石较完整，裂隙含(透)水性差，属隔水岩层或含水贫乏。综上所述，矿区地下水与铁路沿线地下水属于不同的水文地质单元，二者水力联系较弱，矿坑排水对铁路影响很小，甚至没有影响，可以忽略不计。
4地表炸药库意外爆炸影响分析
南京锶矿爆破器材库设置在矿区西偏北山脚，距宁杭客运专线最近点距离约1280m，两者间相隔爱景山山体，硐库最大硝铵炸药储存量为2t，仓库类型为缓坡地形软质岩石硐库，硐库断面为三心拱断面，装药高度1.5m，宽度1.4m，装药等效直径约2.32m。按照文献［6］规定，该类型炸药库外部安全允许距离按照爆破飞石、爆炸空气冲击波、爆炸地震波三种安全允许距离的最大值确定。宁杭客运专线偏离洞轴线90°以上，爆破飞石外部安全允许距离按规范可不考虑;爆炸空气冲击波外部安全允许距离该种情况规范未规定，取最大值为310m;爆炸地震波外部安全允许距离按照爆破振动安全允许振速0.5cm/s计算，安全允许距离398m。由于宁杭客运专线与爆破器材硐库之间有山体相隔且相距约1280m，根据以上分析结果，爆破器材硐库意外爆炸不会对宁杭客运专线安全造成影响。
5宁杭客专铁路距南京锶矿安全保护距离评价
按已探明上表矿最大埋深－308.1m的最不利条件考虑，计算得到的地表变形边界距铁路水平距离为231.2m，考虑铁路围护带距线路中心距离为75m，故可按307m考虑铁路的保护带，该距离同时也满足采矿爆破振动安全距离及铁路周边环境振动标准［7］等要求。由于南京锶矿已探明上表矿边界距宁杭客专最小平面距离大于590m，矿区相对于铁路位于307m的保护带之外。若按307m控制铁路的保护带，宁杭客运专线的建设及运营不影响南京锶矿对已探明的上表矿进行开采。
结论
(1)南京锶矿已查明的上表矿矿体边界距宁杭客专中线最小平面距离大于590m，若按目前已探明的上表矿范围进行采矿，采矿不影响宁杭客专铁路的安全。(2)宁杭客专铁路南京锶矿段围护带距线路中心距离按75m取值，压矿评估时工程安全保护距离可按307m考虑。
