隧道過采空區(qū)施工技術(shù)探討

摘要:文章通過介紹龍排沖隧道安全順利的通過采煤遺留下來的采空區(qū)等不良地質(zhì)段的施工，對隧道穿過煤層采空區(qū)段的施工技術(shù)和方法進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞:鐵路隧道 煤層采空區(qū) 施工技術(shù) 探討

0 引言

煤層采空區(qū)是隧道施工中常遇到的不良地質(zhì)，因為煤層采空區(qū)可能是瓦斯聚集區(qū)、積水地帶、圍巖破碎帶等不良地質(zhì)，原始地層被完全破壞，成洞條件困難，施工中易發(fā)生變形或塌方。因此有必要對隧道煤層采空區(qū)地段的施工技術(shù)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析和探討。本文結(jié)合龍排沖隧道煤層采空區(qū)地段的施工，對隧道煤層采空區(qū)地段的施工方法進(jìn)行實地分析、探討，以達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工的目地。

1 工程概況

龍排沖隧道位于云南省建水縣面甸鄉(xiāng)境內(nèi)，為單線電氣化鐵路隧道，起迄樁號DK116+945～DK117+470，隧道全長525m。測段位于區(qū)域性北西向斷裂石屏-建水活動斷裂帶之東端，左側(cè)為其支斷裂～燕子洞斷層，右側(cè)為另一支斷裂黑泥地斷層，全部為Ⅴ級圍巖，隧道從出口向進(jìn)口獨頭掘進(jìn)進(jìn)行施工。

該隧道地質(zhì)條件較差，施工過程中遇到了大量的以前采煤遺留下來的采空區(qū)。煤層開采時間約為1982年～1987年之間，在洞身DK117＋120以后段線路附近見多處煤洞，洞口已填埋，坡面已墾為旱地，部分煤洞回填后形成小的塌陷區(qū)，原始地層被完全破壞，成洞條件困難。施工中發(fā)生多次大變形，初期支護(hù)最大擠壓變形達(dá)2m，詳見：“施工照片”，因此結(jié)合龍排沖隧道的施工，對采空區(qū)隧道的施工方法進(jìn)行探討和總結(jié)，以達(dá)到安全快速施工的目地。

DK117+076掌子面有厚約1.5的煤層，在煤層中發(fā)現(xiàn)的充填的巷道（見圖一）

DK117+150～+222段大變形，右側(cè)向洞內(nèi)擠入1～1.5m，左側(cè)向洞內(nèi)擠入1.5～2m（見圖二）

2 施工方案、工藝

本著“安全第一、穩(wěn)扎穩(wěn)打”的原則，結(jié)合現(xiàn)場隧道與采空區(qū)的空間位置關(guān)系的三種類型：采空區(qū)位于隧道頂部，采空區(qū)位于隧道中部，采空區(qū)位于隧道底部。經(jīng)反復(fù)研究、分析、探討及方案比選，采用了縱向大管棚、斜向大管棚、型鋼支撐加固、小導(dǎo)管注漿加固等施工技術(shù)，安全順利的通過了采空區(qū)不良地質(zhì)段。根據(jù)這三種不同的空間類型，采取的不同支護(hù)及施工手段如下：

2.1 煤層采空區(qū)位于隧道中部的處理 龍排沖隧道在DK117+150～+222穿越采空區(qū)，初期支護(hù)施工后產(chǎn)生大段變形，右側(cè)向洞內(nèi)擠入1～1.5m，左側(cè)向洞內(nèi)擠入1.5～2m。根據(jù)現(xiàn)場情況，采用下述施工措施：在未揭開煤層采空區(qū)前，根據(jù)超前探測結(jié)果，對未坍塌充填但有水的地段，采取鉆孔排水的方式放水；對已經(jīng)坍塌充填的地段，采取超前支護(hù)，有水時采取超前注漿固結(jié)堵水等手段加固。揭開煤層采空區(qū)后，在隧道襯砌邊墻兩側(cè)施做厚度2m的漿砌片石護(hù)墻，護(hù)墻外側(cè)采用土石回填（厚3m）；當(dāng)采空區(qū)位于隧道斷面上部時，在隧道拱部施做1m厚的C25混凝土護(hù)拱，并將加強(qiáng)支護(hù)的格柵拱架也打入護(hù)拱內(nèi)，護(hù)拱上設(shè)干砌片石緩沖層。

當(dāng)出現(xiàn)采空區(qū)擠壓變形后，制定施工措施：第一步先對塌方影響段進(jìn)行加固，第二步再組織對塌方段進(jìn)行處理。

2.1.1 塌方影響段加固 ①對塌方影響地段鋼架背后2m范圍內(nèi)壓注水泥漿充填，注漿層背后采用吹砂緩沖層，厚度不小于2m；②在初期支護(hù)斷面內(nèi)緣再按照1榀/m的間距架設(shè)I18型鋼鋼架做為臨時支護(hù)，鋼架與斷面之間的空隙采用鋼楔或混凝土楔頂緊，環(huán)向按照2m間距打設(shè)Φ22鎖腳錨桿進(jìn)行固定，錨桿長度4m，鋼架在襯砌前再進(jìn)行拆除。

2.1.2 坍方段處理 塌方影響段加固完成以后，首先對坍坑臨空面噴射10cm厚混凝土進(jìn)行封閉，對分段進(jìn)行管棚超前支護(hù)，然后施作此段初期支護(hù)，再從塌方起始里程開始打設(shè)30m管棚超前支護(hù)至未坍塌段，最后采用微臺階法對坍塌體進(jìn)行開挖支護(hù)。①按照縱向間距1.5m打設(shè)8排Φ89大管棚；每排自起拱線以上按照環(huán)向間距40cm、外傾角45°進(jìn)行布設(shè)，長度深入基巖長度不小于5m；設(shè)Φ108導(dǎo)向管，導(dǎo)向管長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定；管棚深入基巖段作梅花形注漿孔，注水泥漿，注漿參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。②以上措施處理完畢后，對塌方臨空面采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，打設(shè)4m長Φ22砂漿錨桿，按照間距1m梅花形布置，掛設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm，噴射20cm厚C20耐腐蝕混凝土包裹。③打設(shè)30m長Φ89大管棚對前方塌方體進(jìn)行注漿加固。管棚自起拱線以上按照環(huán)向間距40cm進(jìn)行布置，外傾角控制在1o～3o，管棚深入基巖段作梅花形注漿孔，縱向與橫向間距均采用1.0米，注漿材料采用純水泥漿，注漿參數(shù)：水灰比為0.5：1～0.8：1，注漿終壓為3Mpa，詳見“大管棚注漿施工工藝流程圖及施工照片”。④超前支護(hù)完成后，逐步清除坍塌體，并對原初期支護(hù)（半側(cè)已塌垮）逐步進(jìn)行拆換，按照1榀/0.5m間距重新架設(shè)I18型鋼鋼架，并打設(shè)Φ22鎖腳錨桿進(jìn)行固定，錨桿長度4m。縱向采用Φ22鋼筋連接固定，環(huán)向間距按1m進(jìn)行布置。鋼架背后鋪設(shè)20cm×20cm的φ8鋼筋網(wǎng)。塌方段在鋼架內(nèi)側(cè)掛設(shè)5cm厚木板模筑C25耐腐蝕混凝土作為護(hù)拱，護(hù)拱厚度不小于80cm，護(hù)拱凈空要保證不小于50cm厚的襯砌厚度（模板臺車放大5cm）。護(hù)拱頂部預(yù)留注漿孔，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到80％以后注漿回填密實。

2.2 煤層采空區(qū)位于隧道頂部的處理 采空區(qū)位于隧道頂部，在未揭穿前超前探測揭示的情況屬于未坍塌充填時，采取的處理方式與前述采空區(qū)位于隧道中部的處理方式相同。當(dāng)揭示的采空區(qū)屬于坍塌充填時，采取超前注漿固結(jié)、堵水，防止突水、突泥，然后采用臺階法開挖，超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)，并在施工中全環(huán)架設(shè)格柵拱架。

2.3 煤層采空區(qū)位于隧道底部的處理 對于隧底采空區(qū)的處理，關(guān)鍵在于對隧底的加固處理，采取“探”、“灌”相結(jié)合的處理原則。對煤層采空區(qū)及其影響范圍段隧道基底采用Φ75鋼管樁注漿加固，鋼管樁縱向與橫向間距均采用1.0米，深度原則上不超過10米；但當(dāng)鉆至10米時仍揭示采空區(qū)，在查明采空區(qū)底板后整孔處理。鋼管樁內(nèi)壓注水泥－水玻璃雙液漿，水泥和水玻璃漿液比一般為1：1～1：0.6，漿液濃度為1：1.25～1：0.8，水玻璃濃度為35Be′，緩凝劑摻量為2％～2.5％，注漿終壓為1.5～2.0Mpa。

3 施工注意事項

3.1 加強(qiáng)對采空區(qū)的超前支護(hù)，對拱部采空區(qū)提前進(jìn)行大管棚等注漿加固處理。

3.2 開挖時進(jìn)行弱爆破或不爆破，每循環(huán)進(jìn)尺為一榀格柵鋼架，盡量減少爆破對圍巖的擾動，保證施工的絕對安全。

3.3 對前方地質(zhì)情況進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，每次預(yù)報長度為85～100米，搭接長度為10米。

3.4 施作超前物探、鉆探檢測線路前方、側(cè)壁以及隧底地質(zhì)情況，線路前方超前探孔采用Φ75鉆管，長度為30米，每次搭接5米，兩側(cè)壁及隧底每隔10米進(jìn)行一次物探。

3.5 對地表顯露煤洞豎井周圍5米范圍內(nèi)進(jìn)行封閉防水，具體為用腳手架搭設(shè)防雨棚，周圍設(shè)截水溝，防止雨水流入采空區(qū)；對探測出前方有采空區(qū)的進(jìn)行提前封閉防水，并設(shè)置警示帶，警示牌等；待襯砌28天后再進(jìn)行回填處理。

3.6 為保證鋼架穩(wěn)定性，施工的格柵鋼架及時成環(huán)，二襯及時跟進(jìn)開挖面，二襯與開挖面距離保持在30m以內(nèi)。

4 體會及建議

通過本隧道現(xiàn)場施工情況說明：隧道穿過采空區(qū)時采用縱向大管棚、斜向大管棚、型鋼支撐加固、小導(dǎo)管注漿加固等施工技術(shù)，能安全、優(yōu)質(zhì)、高效的通過煤層采空區(qū)不良地段，是隧道煤層采空區(qū)施工中一種有效的、安全的方法；但還有必要進(jìn)行進(jìn)一步的探討，并在實踐中不斷研究，逐步完善和提高。