隧道过煤巷采空区施工方法

2010-07-30温小亮

山西建筑 2010年9期

温小亮

1 工程概况

郑家坪隧道为襄渝铁路增建Ⅱ线增建项目之一,位于四川省万源市境内、大巴山腹地。起讫里程为YDK466+310～YDK467+235,全长925 m。隧道区内最高海拔高程为800 m,相对高差近100 m～200 m。进出口都与210国道斜交,交通较为便利。该工程的重难点在于不良地质,特别是煤巷采空区给施工带来的高风险。为避免盲目性,使技术措施更科学、更合理,特制定和实施以下采空区施工专项方案。

2 地质条件

郑家坪隧道地质复杂,主要通过的地层有:第四系全新统人工填筑(Qml4)碎石土;第四系全新统滑坡堆积层(Qdel4)块石土;第四系全新统坡、崩积层(Qdl+col4)碎石土;第四系全新统坡、残积层(Qdl+el4)粉质黏土;侏罗系下统(J1)砂岩、砾岩夹泥岩、页岩及煤层。隧道范围内不良地质主要为滑坡、岩堆、危岩落石及采空区,特殊地质为煤层瓦斯。给施工带来较大困难,也存在很大的安全隐患和施工风险。YDK466+375～YDK467+175段为图纸揭示采空区影响带。

3 采空区施工方案

3.1 初步判断采空区位置

采用综合地质超前预报、瓦斯监控量测、隧道施工监控量测等多种测量手段进行综合预报,从而初步确定采空区的位置。

3.1.1 综合地质超前预报方法

采用地质雷达每20 m～40 m进行一次探测预报,每完成一个施工循环对掌子面进行一次现场地质描述;每15 m～30 m进行一次红外探测,对探测出的地质异常带,宁可信其有,不可信其无;采用超前水平钻探的方法进行验证。验证孔每25 m一个循环,30 m/孔,当超前物探及验证孔确认有煤时,增加不少于3个φ 108超前钻孔,进一步确认煤层厚度、煤层位置、岩体破碎程度。形成长—中—短预报距离相结合,即中长距离(20 m～40 m)与近距离(5 m)钻孔相结合,物探预报与地质预报相结合,微观地质与宏观地质相结合。

施工期间建立瓦斯监测、报警和施工通风系统,稀释和排出洞内瓦斯,防治瓦斯积累。当超前物探及验证孔初步分析为采空区时,临近预测采空区30 m时,采用地质雷达对采空区地质条件、赋存位置,红外探测仪对含水状态进行探测,临近预测采空区10 m时,利用超前水平钻孔(要求穿透采空区进入基岩),对采空区充填、坍塌、瓦斯积聚的情况进行探察,当采空区积聚瓦斯时,利用并加密钻孔进行排放;通过地质超前预报确定了涌(突)水、突泥地段的准确位置及规模大小后,保留不小于5 m的安全岩柱,采用全液压钻机向工作面钻眼,使泥和水有控制的排出,避免突水突泥情况的发生。

3.1.2 瓦斯监控量测

施工期间在建立瓦斯巡回检测制度的同时,加强凿眼过程中及装药前和放炮后的瓦斯检测,并对隧道顶部、顶部超挖的空洞、避车洞和电气开关附近加强检测,以防瓦斯局部超限和机械及电气开关防爆性能下降产生火花而引起瓦斯爆炸。在掘进台车上悬挂瓦斯检测报警仪,当工作面瓦斯浓度大于1%时,禁止装药、放炮;瓦斯浓度大于1.5%时,撤人停电,持续通风。建立瓦斯监测、报警和施工通风系统。

3.1.3 隧道施工监控量测

1)量测目的。在施工过程中作好监控量测工作,有效的避免了施工时的盲目性。另外通过对围岩参数的描述,可以分析出围岩自身所处的稳定状态,从而进一步确定支护参数,指导施工,预防隧道地质灾害的发生。a.提供监控设计的依据和信息;b.指导施工,预报险情;c.校核工程理论,完善工程类比方法。

2)量测方法。a.洞内、外观察。洞内观察:开挖面观察:每次开挖后进行一次。观察后应绘制开挖面略图,填写工作面状态记录及围岩级别判定卡。初期支护完成区段观察:每天至少进行一次,观察内容包括喷混凝土、锚杆、钢架的状态。洞外观察:洞口地表情况、地表沉陷、边坡、仰坡的稳定、地表水渗漏的观察。b.水平净空变化量测。每次开挖后尽早进行,最迟不大于12 h,在下一循环开挖前应完成读数。采用全断面开挖方式时,可设一条测线,采用台阶法开挖时,可在拱腰及边墙各设一条测线。c.拱顶下沉量测。拱顶下沉量测应与水平净空变化量测在同一量测断面内进行,其量测频率应相同;当地质条件复杂,下沉量大或偏压明显时,除量测拱顶下沉外,还应量测拱腰及基底鼓起量。d.浅埋段地表下沉量测。浅埋段地表下沉量测断面布置宜与拱顶下沉量测及水平净空变化量测在同一量测断面内,横断面方向应在隧道中心及两侧间距2 m～5 m处设地表下沉测点,范围应在隧道开挖影响范围以外;地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始,直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。e.绘制速度—位移曲线,整理数据,分析围岩的稳定性。

3.2 煤层采空区处理方案

煤层采空区处理工序流程见图1。

方案一:对位于隧道开挖轮廓范围隧顶以上,对已被坍落土石填充的采空区采用超前帷幕注浆加固松散岩体,防止突水突泥危害;对未被坍落土石填充的采空区,在隧道拱部施作1 m厚的C15混凝土护拱,并将加强支护的工字钢架也打入护拱内,护拱上设干砌片石缓冲层,确保施工安全和工程结构安全。

方案二:对位于隧道断面下方,且已被坍落土石填充的采空区,如隧底距基岩面不超过3.0 m时,先开挖后清除隧底煤层采空区填充物,并采用C20混凝土回填,回填时基础应嵌入基岩内50 cm,如隧底距基岩面超过3.0 m时,对采空区基底进行φ 75钢管桩注浆加固。

方案三:对位于隧道断面中,且未被坍落土石填充的采空区,在隧道衬砌边墙施作2 m的C15护墙,护墙外侧采用土石回填,厚度为3 m,当采空区位于隧道断面之上且未被坍落土石填充的采空区,在隧道拱部施作1 m厚的C15混凝土护拱,并将加强支护的工字钢架也打入护拱内,护拱上设干砌片石缓冲层,当采空区位于隧道基底之下,且未坍塌充填的采空区,采用土石回填。