隧道過采空區(qū)施工技術(shù)探討

1、隧道過采空區(qū)施工技術(shù)探討陶憲忠摘要: 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(duì)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)探討引言煤層采空區(qū)是隧道施工中常遇到的不良地質(zhì)，因?yàn)槊簩硬煽諈^(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(duì)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(duì)隧道煤層采空區(qū)地段的施工方法進(jìn)行實(shí)地分析、探討，以達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工的目地。工程概況龍排沖隧道位于云南

2、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(hào)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(dòng)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?cái)鄬樱繛榧?jí)圍巖，隧道從出口向進(jìn)口獨(dú)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(shí)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

3、結(jié)合龍排沖隧道的施工，對(duì)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）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

4、護(hù)及施工手段如下：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(duì)未坍塌充填但有水的地段，采取鉆孔排水的方式放水；對(duì)已經(jīng)坍塌充填的地段，采取超前支護(hù)，有水時(shí)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(shí)，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

5、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(duì)塌方影響段進(jìn)行加固， 第二步再組織對(duì)塌方段進(jìn)行處理。塌方影響段加固對(duì)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；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(shí)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) 22 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。坍方段處理塌方影響段加固完成以后，首先對(duì)坍坑臨空面噴射10cm厚混凝土進(jìn)行封閉，對(duì)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

6、坍塌段，最后采用微臺(tái)階法對(duì)坍塌 體進(jìn)行開挖支護(hù)。按照縱向間距1.5m 打設(shè) 8 排 89 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) 108 導(dǎo)向管，導(dǎo)向管長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(shí)際情況確定。以上措施處理 完畢后，對(duì)塌方臨空面采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，打設(shè)4m長 22 砂漿錨桿，按照間距1m梅花形布置，掛設(shè)8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm25cm，噴射 20cm厚 C20 耐腐蝕混凝土包裹。打設(shè)30m長 89 大管棚對(duì)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

7、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 ：10.8 ： 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”。超前支護(hù)完成后，逐步清除坍塌體，并對(duì)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)22 鎖腳錨桿進(jìn)行固定，錨桿長度4m?？v向采用 22 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)20cm20cm的 8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

8、厚的襯砌厚度（模板臺(tái)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(shí)。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(shí)，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(shí)，采取超前注漿固結(jié)、堵水，防止突水、突泥，然后采用臺(tái)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。煤層采空區(qū)位于隧道底部的處理對(duì)于隧底采空區(qū)的處理，關(guān)鍵在于對(duì)隧底的加固處理，采取“探”、“灌”相結(jié)合的處理原則。對(duì)煤層采空區(qū)及其影響范圍段隧道基底采用75 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

9、則上不超過10 米；但當(dāng)鉆至 10 米時(shí)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 1：11：0.6 ，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。施工注意事項(xiàng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)的超前支護(hù)，對(duì)拱部采空區(qū)提前進(jìn)行大管棚等注漿加固處理。開挖時(shí)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(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證施工的絕對(duì)安全。對(duì)前方地質(zhì)情況進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，每次預(yù)報(bào)長度為85100 米，搭接長度為 10 米。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 75 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。對(duì)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(duì)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。為保證鋼架穩(wěn)定性，施工的格柵鋼架及時(shí)成環(huán)，二襯及時(shí)跟進(jìn)開挖面，二襯與開挖面距離保