隧道穿越煤層與采空區(qū)施工探討

楊 杰（四川川交路橋有限責(zé)任公司 四川廣漢 618300）

隧道穿越煤層與采空區(qū)施工探討

楊 杰
（四川川交路橋有限責(zé)任公司 四川廣漢 618300）

本文主要介紹隧道施工穿越煤層與采空區(qū)瓦斯段施工工藝及相應(yīng)的預(yù)防與處置措施。

隧道;煤層;采空區(qū)施工

一、工程簡(jiǎn)介：

四川宜敘高速公路都良隧道位于興文縣境內(nèi)，為雙向四車道高速公路隧道，設(shè)計(jì)速度為80km/h，隧道左線1185m，右線1228m。都良隧道進(jìn)口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1000m，R右=970m；隧道洞身為直線；出口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1206.836m，R右=1350m。

隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、侵蝕、溶蝕低山～丘陵地貌，隧道穿越都良山最高標(biāo)高約為554米，最低點(diǎn)為隧道進(jìn)口附近的古宋河河谷底，標(biāo)高約330m，相對(duì)高差約224m,隧址區(qū)山脈谷地總體呈北西～南東走向，微地貌主要受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造控制，隧址區(qū)進(jìn)出口段均以志留系上統(tǒng)韓家店組頁(yè)巖夾粉砂巖為主，隧道左側(cè)為二疊系下統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r。二疊系龍?zhí)督M，是區(qū)域上的主要含煤段之一，主要有11層煤，隧址區(qū)主要開采“K1”和“K11”煤層。龍?zhí)督M煤層為高瓦斯地層，其中左洞ZK76+413～ZK76+645、右洞K76+413～K76+645段為高瓦斯工區(qū)，并伴有老窯采空區(qū)；左洞ZK76+645～ZK77+300、右洞K76+645～K77+318段為低瓦斯工區(qū)，其余為無(wú)瓦斯工區(qū)，本隧道瓦斯工區(qū)段落長(zhǎng)，為施工安全考慮，全隧道均按高瓦斯隧道進(jìn)行施工管理。即全隧道在瓦斯設(shè)防措施（預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、結(jié)構(gòu)防護(hù)措施、鉆爆要求）及瓦斯隧道施工管理要求（瓦斯檢測(cè)、施工通風(fēng)、電氣及機(jī)械設(shè)備）兩方面均按高瓦斯隧道要求執(zhí)行。

二、施工方案：

隧道施工嚴(yán)格按照“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”的施工原則。其中本隧道為高瓦斯隧道，穿越煤層及采空區(qū)時(shí)有煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)按超前地質(zhì)預(yù)報(bào)反應(yīng)的地質(zhì)情況做好揭煤及采空區(qū)周邊加固施工措施。

1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

①、TSP法檢測(cè)

TSP法的技術(shù)原理，是采用回聲測(cè)量的原理，進(jìn)行地震勘探方法，地震波在巖石中傳播時(shí)，一部分信號(hào)反饋，一部分信號(hào)，會(huì)繼續(xù)折射傳播。

②、瞬變電磁儀檢測(cè)

主要的工作原理，是根據(jù)其向地下發(fā)射的電磁波反饋信息，得知被測(cè)目標(biāo)的物理參數(shù)。在本隧道超前預(yù)報(bào)工作中，擬采用小回線(發(fā)射線圈一般采用3m×3m)大電流發(fā)射、中心探頭接收方式的小裝置瞬變電磁法。

工作方法，在洞外組裝發(fā)射線框支架，即3m×3m 樹脂材料框架), 在洞內(nèi)，將射機(jī)、接收機(jī)、探頭、線框進(jìn)行組合安裝，其次在支架上安裝探頭。按照下圖所示，在掌子面內(nèi)進(jìn)行0.5m點(diǎn)距逐點(diǎn)移動(dòng)線框，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

③、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)(GPR)方法，是一種常用無(wú)損檢測(cè)方法，根據(jù)地下介質(zhì)典型差異，通過(guò)電磁波檢測(cè)其路基密實(shí)度分層的方法。原理如圖1所示。

地質(zhì)雷達(dá)基本原理示意圖1

地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌的質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用較為普遍，但采用 100MHz低頻天線時(shí)，也可以用來(lái)對(duì)掌子面前方30m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。地質(zhì)雷達(dá)在以下情況下對(duì)前方地質(zhì)條件的超前預(yù)報(bào)取得了較好效果：

· 斷層破碎帶。

· 溶洞等體狀地質(zhì)體。

· 富水帶。

應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)掌子面測(cè)量時(shí)，首先根據(jù)目標(biāo)體的性質(zhì)，其次通過(guò)連續(xù)采集、控制輪測(cè)量、逐點(diǎn)采集等測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量。

2、穿越煤層高瓦斯段

K76+413～K76+645，ZK76+413～ZK77+645段施工，根據(jù)前期設(shè)計(jì)勘察鉆孔及TsP超前預(yù)報(bào)，以上左右兩段洞身均穿越多條煤層及煤線，其中K1及K11煤層為可采煤，厚0.6m～0.8m及1.6m～2.2m。

（1）、揭煤防突施工方法

①、超前鉆孔以明確相關(guān)情況

隧道開挖揭煤，在開挖上導(dǎo)坑時(shí)，按照相關(guān)的施工參數(shù)進(jìn)行挖掘，掘進(jìn)至煤層20m遠(yuǎn)，超前鉆孔在3個(gè)以上，進(jìn)入頂(底)板要超過(guò)0.5m，記錄好巖芯情況后，根據(jù)資料判斷煤層是否存在畸變。施作超前鉆孔時(shí)，直徑控制在108mm，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)巖體破碎等情況時(shí)，需在輪廓線外5m范圍內(nèi)，布置一定的超前鉆孔，從而更好的明確煤層、瓦斯情況。

②、施作預(yù)測(cè)孔，進(jìn)行煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

施做預(yù)測(cè)孔，是為了的更好的預(yù)防煤與瓦斯問(wèn)題的危險(xiǎn)，采用鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，隧道開挖采用上、下導(dǎo)坑法。

③、瓦斯突出措施

防治瓦斯突出，常采用多排鉆孔排放，或是抽放的預(yù)防措施。鉆孔控制范圍：控制在其隧道輪廓外上方7m左右處、左右兩側(cè)6m、底部3m、鉆孔孔徑108mm，進(jìn)入底板巖層要超過(guò)0.5m；抽排半徑控制在1.5m左右。

④、瓦斯排放

在進(jìn)行排放時(shí)，洞內(nèi)施工應(yīng)停止。

⑤、防突效果檢驗(yàn)

利用上下導(dǎo)坑打檢查孔的形式，檢測(cè)瓦斯排放效果。

⑥、放炮揭開和穿過(guò)煤層

排放檢測(cè)結(jié)束后，將排放鉆孔進(jìn)行封堵。采用自進(jìn)式錨桿加固的措施后，進(jìn)行震動(dòng)放炮揭煤。

（2）揭煤、防突、瓦斯排放的施工途徑

首先在保證施工情況明確掌握后，對(duì)于煤層層位的鉆孔布置進(jìn)行控制，其中鉆孔布置見圖2。

探測(cè)孔布置圖2

然后利用鉆屑指標(biāo)法為主，鉆孔瓦斯涌出初速度法為輔的方法，進(jìn)行預(yù)測(cè)鉆孔；采用多排鉆孔排放，或是條帶抽放的方式，進(jìn)行突出防治；其中條帶抽放技術(shù)，是指通過(guò)帶狀預(yù)抽鉆孔布置，在進(jìn)行預(yù)抽的同時(shí)，控制一個(gè)條帶范圍。其中的局部防突技術(shù)，包括水力沖孔、超前鉆孔、松動(dòng)爆破等措施；而通過(guò)水力沖孔，消除突出。

其次隧道放炮揭開，以及穿過(guò)煤層時(shí)，為避免煤層垮落，產(chǎn)生突出的情況，，一般會(huì)采用自進(jìn)式注漿錨桿方式，對(duì)于巖體進(jìn)行超前注漿加固。并按照預(yù)測(cè)相同的方法，以及指標(biāo)檢驗(yàn)措施，進(jìn)行防突措施效果檢驗(yàn)；在檢驗(yàn)結(jié)束后，采用“低爆力震動(dòng)放炮部分露煤揭石門”方法，進(jìn)行放炮揭煤，以及穿過(guò)煤層的爆破設(shè)計(jì)。施工中的安全防護(hù)措施有：遠(yuǎn)距離爆破、安裝壓風(fēng)自救器或隔離式自救器、設(shè)置避難所或安全躲避地點(diǎn)、進(jìn)行爆破或其他容易導(dǎo)致突出的工序時(shí)回風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置禁區(qū)、瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)瓦斯和瓦斯超限切斷電源、使用防爆電氣、石門揭煤時(shí)采用金屬骨架、震動(dòng)性爆破、設(shè)置金屬擋欄等。

3、穿越采空區(qū)

采空區(qū)原則上根據(jù)采空區(qū)大小、填充物以及采空區(qū)與隧道相對(duì)位置采取疏導(dǎo)排放、清淤、充填、加固處理措施。

A、本隧道為高瓦斯隧道，采空區(qū)為老煤礦廢棄巷道，采空區(qū)中多聚集瓦斯和積水，揭采空區(qū)施工參見穿越煤層揭煤一項(xiàng)，采空區(qū)中積水采取排放疏導(dǎo)，在施作初期支護(hù)與二次襯砌時(shí)預(yù)留排水管道接入隧道中央排水系統(tǒng)。

B、采空區(qū)巷道坍塌形成堆積體，在隧道上部應(yīng)清理并用鋼拱架支撐，用噴射混凝土初噴，上部回填2m厚C20混凝土，預(yù)留φ100壓沙孔對(duì)剩余空洞壓沙回填；

C、采空區(qū)瓦斯抽排：

根據(jù)瓦斯抽采治理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在巷道輪廓線兩側(cè)和中部向前進(jìn)方向各施工兩個(gè)長(zhǎng)度為50m，孔徑為 Φ75mm鉆孔，進(jìn)行預(yù)抽排放后，能有效解決施工過(guò)程中采空區(qū)瓦斯異常涌出的危害。施工過(guò)程中以可根據(jù)實(shí)際抽采效果進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)鉆孔孔口段煤(巖)性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度及孔口負(fù)壓等情況，鉆孔封孔方法確定為AB膠或鉆用水泥注漿封孔。

封孔管采用抗靜電、防阻燃的工程塑料管、膠管或鐵管?？變?nèi)抽采管采用DN32管子，長(zhǎng)度控制在10m，抽采管在孔內(nèi)頂端鉆15個(gè)左右，且直徑在10mm左右的小孔，最后用鐵篩網(wǎng)包裹扎好。

三、結(jié)束語(yǔ)

隧道施工時(shí)，不良地質(zhì)情況較普遍，開挖過(guò)程中首先應(yīng)遵循短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量的原則，總結(jié)施工中處理問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)出前方圍巖情況，結(jié)合設(shè)計(jì)文件，確定好施工方案，以上提出的幾個(gè)不良地質(zhì)施工情況的處理，希望與隧道施工者探討學(xué)習(xí)。

TU75

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1007-6344（2016）06-0245-01