隧道通過煤礦采空區(qū)的施工關(guān)鍵技術(shù)

尹 明

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

隧道通過煤礦采空區(qū)的施工關(guān)鍵技術(shù)

尹 明

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

針對公路隧道的煤礦采空區(qū)施工，結(jié)合某隧道實際情況與采空區(qū)狀況，首先提出有害氣體與突水兩種危險因素的消除方法，然后對開挖、超前預(yù)支護(hù)、洞身支護(hù)及洞體封閉與回填等隧道穿越煤礦采空區(qū)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，最后通過實踐得出該技術(shù)方案切實可行，能很好保障采空區(qū)隧道施工安全的結(jié)論，為類似隧道工程提供參考。

公路隧道；煤礦采空區(qū)；施工關(guān)鍵技術(shù)

1 工程概況

某公路隧道為分離式隧道，雙向四車道，單洞凈寬度為11 m，凈高度為5 m。該隧道直接穿越山體，受到地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育明顯，以北東和東西方向的斷裂最為常見。隧道處在侵蝕基準(zhǔn)面之上，地表水相對匱乏，洞頂分布弱風(fēng)化巖，透水性與富水性均較差，未發(fā)現(xiàn)具有良好透水性的斷裂構(gòu)造發(fā)育，開挖施工中不產(chǎn)生突水的現(xiàn)象。隧道處在煤系地層中，直接穿越某煤礦，主要煤層通過區(qū)域的圍巖級別是VI級。結(jié)合當(dāng)?shù)鼗静牧?，該區(qū)域煤系地層屬于低瓦斯區(qū)，但煤層切實存在，有一定幾率存在瓦斯富集。

2 煤礦采空區(qū)狀況

依據(jù)路線和礦線綜合勘探結(jié)果，隧道左線發(fā)現(xiàn)一處煤礦采空區(qū)，該采空區(qū)是一個直徑為3 m左右的平硐，長度在50～80 m，采空區(qū)直接穿過隧道的軸線，前緣靠近隧道的邊緣和隧道保持平行的位置關(guān)系，后緣和軸線呈50°夾角，具體見圖1。通過初步勘測得知，此煤礦采空區(qū)的形成時間很長，無支護(hù)體系，部分區(qū)段已經(jīng)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，加之和隧道之間的距離過近，形成一定長度危險區(qū)域，對隧道施工造成了很大的影響，此煤礦采空區(qū)的主要特點為：

(1)地質(zhì)條件相對較差。隧道圍巖級別為V級，直接穿越既有煤層，圍巖自身不存在自穩(wěn)能力，而且地下水集中，在開挖施工中容易造成坍塌事故。

(2)針對煤礦采空區(qū)，無針對性超前預(yù)報。隧道原設(shè)計方案并未涉及采空區(qū)，工程設(shè)計未提供采空區(qū)的相關(guān)資料，僅依靠圖紙和采空區(qū)實際分布簡圖進(jìn)行對比判斷，超前預(yù)報工作存在極大的難度。

(3)隧道不排除存在有害氣體局部富集與突水等問題的可能。

(4)煤礦采空區(qū)影響范圍很長，除了直接穿越的部分，還有一段和隧道之間的距離十分接近。

圖1 隧道和煤礦采空區(qū)相對位置

3 危險因素排除

3.1 有害氣體

為預(yù)防有害氣體突出(本隧道工程主要為瓦斯)，施工過程中，距煤礦采空區(qū)前方約10～15 m的位置運用超前鉆孔的方法對瓦斯進(jìn)行排放，瓦斯排放孔為108孔，相鄰兩個鉆孔之間的距離為0.5 m。瓦斯排放時，每個斷面都要設(shè)置檢測孔，同時增設(shè)測壓孔安裝測壓裝置進(jìn)行測壓，以此完成危險性評測，確保排放安全。若在瓦斯排放以后仍存在危險，則需運用抽放或者是水力沖孔。對于瓦斯?jié)舛?，隧道中需要使用混合式的通風(fēng)系統(tǒng)，在隧道中的凹陷部位，需要安裝小風(fēng)機(jī)，以實現(xiàn)移動吹風(fēng)，避免瓦斯集中聚集。

3.2 突水

為預(yù)防煤礦采空區(qū)突水，需要設(shè)置移動抽水站，施工中借助平板車安裝大型抽水機(jī)，配置相應(yīng)配件，同時隧道的邊溝實施清理，如果出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，則需立即開啟抽水站。

在隧道的上斷面開挖到指定位置后，應(yīng)使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔位置為拱頂、拱腰與起拱線，同時在孔口的位置采用112 mm鉆頭進(jìn)行開孔，洞中安設(shè)長度為2 m左右的鋼管，將其作為孔口管，管外側(cè)焊接法蘭盤。如果孔中的出水量過大，則需設(shè)置閘閥對水體進(jìn)行臨時性封堵。

4 隧道穿越煤礦采空區(qū)施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 開挖施工

本隧道使用臺階法進(jìn)行施工，斷面進(jìn)尺保持在30 m左右，上斷面和下斷面同時進(jìn)行掘進(jìn)。在隧道上斷面開挖到煤礦采空區(qū)前方約30 m的位置時，需強(qiáng)化超前預(yù)報，準(zhǔn)確掌握掌子面的實際情況。在隧道上斷面開挖到煤礦采空區(qū)前方約10 m的位置時，需對施工方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，改用短臺階的方法進(jìn)行施工，上、下斷面之間的距離需保持在5～7 m之間，斷面掘進(jìn)的同時還要做好仰拱。對開挖的實際進(jìn)尺與爆破干擾進(jìn)行嚴(yán)格控制，單次開挖進(jìn)尺不得超過1 m。開挖施工結(jié)束后立即進(jìn)行初期支護(hù)，對開挖面進(jìn)行全面封閉，增加監(jiān)控量測的強(qiáng)度和頻率，確保開挖施工安全。

不同實習(xí)階段護(hù)生壓力感受不同。復(fù)雜的人際關(guān)系、傳統(tǒng)社會輿論、就業(yè)壓力等因素均會導(dǎo)致護(hù)生實習(xí)熱情消退，實習(xí)護(hù)生在不斷調(diào)適個體身心同時，也渴望得到外界支持。理想與現(xiàn)實間差距使實習(xí)護(hù)生產(chǎn)生落差感，并陷入對職業(yè)前景的思考，隨之產(chǎn)生對護(hù)理行業(yè)的不同情感體驗。

4.2 超前預(yù)支護(hù)

針對煤礦采空區(qū)及其前、后10 m范圍內(nèi)的洞身可使用雙層小管棚實施超前預(yù)支護(hù)，其中，采空區(qū)的支護(hù)工作需要在頂端完成回填施工以后，通過后側(cè)預(yù)設(shè)割空拱架進(jìn)行打入。管棚體系為：自進(jìn)式錨桿(長度為1 000 cm，壁厚為8 mm)、小導(dǎo)管(長度為500 cm)、自進(jìn)式錨桿(長度為1 000 cm，壁厚為8 mm)。錨桿和長管棚之間的搭接長度在3 m左右，每兩排錨桿需要分別設(shè)置兩排小導(dǎo)管，以此形成一個穩(wěn)固的支護(hù)體系，注漿材料為純水泥漿。

4.3 洞身支護(hù)

在隧道上斷面開挖到煤礦采空區(qū)前方約10 m的位置時，隧道圍巖級別按照煤層的通過區(qū)進(jìn)行劃定，劃定結(jié)果為VI級，施作洞身支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)適用于所有煤礦采空區(qū)段。施工中使用I22a工字鋼鋼支撐支護(hù)，鋼支撐之間的距離為0.3 m左右，連接使用25縱向筋，縱向筋的換向間距為1.0 m；隧道全斷面安裝小導(dǎo)管，長度為4 m，以80 cm間距進(jìn)行布置，布置成梅花型；布置鋼筋網(wǎng)，共兩層，并噴射強(qiáng)度等級為C30的混凝土，厚度不得超過30 cm。

4.4 洞體封閉與回填

(1)拱頂采空區(qū)

(2)兩側(cè)采空區(qū)

對于隧道洞身兩側(cè)的煤礦采空區(qū)，首先需要對頂部和周圍進(jìn)行混凝土噴射以實現(xiàn)安全支護(hù)，然后通過之前設(shè)置的泵管孔進(jìn)行回填處理。由于煤礦采空區(qū)的平硐長度較大，所以回填的混凝土?xí)饾u向影響區(qū)流動，施工時先對兩側(cè)的最外邊進(jìn)行噴砂，在砂堆實際高度滿足要求以后，再從兩邊到中間按照規(guī)定順序進(jìn)行混凝土泵入。

(3)大型采空區(qū)

針對較大規(guī)模的煤礦采空區(qū)，單一的泵送混凝土很難達(dá)到理想的密實程度。對此，可在回填到拱頂?shù)囊欢ǜ叨戎?，在拱頂上方設(shè)置一個雙層緩沖層。先堆砌厚度為1 m的砂袋將其作為底層緩沖，然后再設(shè)置縱向鋼管，鋼管之間使用鋼筋進(jìn)行連接，管中灌注水泥漿，以此有效提升其抗彎性能。最上層鋪設(shè)厚度在0.5～1.0 m之間的鐵皮或鋸末，以此當(dāng)作頂層緩沖，至此形成一個雙層緩沖層，達(dá)到提升密實程度的目的。

對于煤礦采空區(qū)的二次襯砌，隧道仰拱處設(shè)計采用厚度為60 cm的防水混凝土，強(qiáng)度等級為C30，在其上方施作回填處理，回填材料為C15片石。隧道洞身處設(shè)計采用厚度為60 cm的防水混凝土，并在此基礎(chǔ)上運用鋼混結(jié)構(gòu)。

5 總 結(jié)

(1)針對隧道的煤礦采空區(qū)，其施工中需要嚴(yán)格遵循“早預(yù)報、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)和勤量測”的基本原則。施工過程中要積極做好預(yù)報與量測工作，從而對支護(hù)方案進(jìn)行完善、優(yōu)化，保證施工安全。

(2)對于施工中可能產(chǎn)生的問題，如塌方、涌泥與瓦斯富集等，需要開展超前預(yù)報，并采取針對性措施進(jìn)行預(yù)報，同時制定應(yīng)急方案。

(3)正式開展施工以前，需要運用雙層小管棚等方法進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，通過支護(hù)能大幅提升圍巖自身承載力，保持圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，從而保障隧道施工安全與進(jìn)度。

[1] 邱禮球,王彥虎. 高速公路隧道通過煤礦采空區(qū)施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2012,10(5):616-619.

[2] 葉飛,霍三勝,常文偉. 公路隧道穿越軟弱破碎煤系地層及采空區(qū)施工安全控制技術(shù)[J]. 公路,2011,12(6):199-205.

[3] 張仲魁. 蘭渝鐵路熊洞灣隧道煤礦采空區(qū)施工安全控制技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,8(4):133-139.

2016-09-12

尹明，男，貴州貴陽人，中級，主要從事公路施工研究。

U455

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1008-3383(2017)03-0173-02