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    隧道穿越煤層與采空區(qū)施工探討

    2016-07-24 06:38:32四川川交路橋有限責(zé)任公司四川廣漢618300
    四川水泥 2016年6期
    關(guān)鍵詞:采空區(qū)瓦斯煤層

    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

    B

    1007-6344(2016)06-0245-01

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