巴准铁路王家梁隧道膨胀岩与低瓦斯隧道施工技术
2016-12-12田海洋
田海洋
（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）
巴准铁路王家梁隧道膨胀岩与低瓦斯隧道施工技术
田海洋
（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）
摘 要：王家梁隧道是巴准铁路的一条重点隧道，隧道洞身以砂岩夹泥岩为主要地层，砂岩为薄层－中厚层状构造，泥岩为砂泥质结构，薄层构造状；间夹煤层，全隧道都位于膨胀岩地层，并存在瓦斯有害气体。本文总结了王家梁隧道膨胀岩及低瓦斯隧道施工工艺及注意事项，可为今后类似工程施工提供借鉴。
关键词：膨胀岩；低瓦斯隧道；施工工艺；注意事项
1. 工程概况
巴准铁路是重载煤运铁路通道，铁路正线长128.102km，王家梁隧道是巴准铁路的一条重点隧道，隧道全长3216m，工点位于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗境内，隧道进口里程DK45+600，路肩高程1320.1m，出口里程DK48+812，路肩高程1329.8m，隧道全长3212m，隧道最大埋深83.1m。工程地处鄂尔多斯盆地，该盆地蕴含丰富的煤炭资源。根据地质调绘和钻探揭示，隧址区表覆第四系全新统冲洪积砂质黄土、上更新统风积砂质黄土和第三系上新统泥岩，下伏侏罗系下统砂岩夹泥岩，该套地层中含多层煤及煤线。侏罗系下统泥岩，为弱膨胀岩，自由膨胀率为35%～50%，岩芯风干失水后多龟裂，具有明显的吸水膨胀、软化、强度降低、失水收缩的特征。
2. 施工方案
2.1 膨胀岩段施工方案
隧道洞身穿越膨胀性泥岩地层，开挖后受自由水的影响，引起膨胀压力，对支护结构产生附加的膨胀性地压，使隧道净空断面缩小，支护结构破坏。通过反复比选及现场实践，采用3台阶法施工，开挖后立即初喷砼封闭岩面，减少围岩暴露时间，控制施工用水，减少水的漫流和积水浸泡，减少岩体湿胀干缩对隧道产生不利影响。根据具体情况加大预留变形量，确保设计净空尺寸，避免衬砌厚度不足。开挖完成后及时施作初支，采用格栅钢拱架支撑，喷、锚、网联合支护施工，必要时在中断面设临时仰拱，形成封闭环。及时施作仰拱使支护封闭成环整体受力，根据量测信息确定二次衬砌施作时机，采用钢筋混凝土二次衬砌，提高二次衬砌的承载力。
2.2 含瓦斯段施工方案
通过以下措施进行瓦斯隧道防爆：
（1）超前探孔。
（2）爆破设计。
（3）加强通风。
（4）机电设备防爆。
（5）瓦斯监测。
（6）加强安全教育及检查培训。
3. 施工方法
3.1 超前地质预报
将超前地质预报作为重要工序纳入施工工序管理，采用地质素描、TSP203、地质雷达等进行超前地质预报，及时进行信息收集处理反馈，以调整施工方案和施工方法。
3.2 超前支护
在洞口软弱破碎围岩地段，先施工φ108超前大管棚并注浆加固围岩，以保证暗洞施工安全。洞身施工过程中，在不良地质地段，按设计采取超前预注浆、超前小导管注浆等注浆加固方式，注浆效果达到设计要求标准后方可进行开挖作业。
3.3 开挖支护
洞身开挖采用三台阶临时仰拱法施工，采用挖掘机扒碴，装载机装碴，自卸汽车运碴。
（1）上断面开挖及支护
采用人工配合机械开挖或松动爆破，每循环开挖进尺控制在0.8m～1m。挖掘机扒碴至中断面，为减少上断面扒碴量，上断面开挖高度控制在3.8m，台阶长度控制在4m～5m，上断面开挖支护采用自制简易开挖台架。
（2）中断面开挖及支护
采用人工配合机械或松动爆破，每循环开挖进尺控制与上断面同步，左右错进，错开距离1～2榀拱架，必要时设临时仰拱，并将临时仰拱作为一道重要工序纳入管理中。临时仰拱采用I16钢架，钢架与初支拱架同步施作。施作时要注意保证临时仰拱弧度（防止拱顶下沉），施作完毕后必须回填80cm左右碎石碴，避免大型出碴车通过时形成集中荷载破坏临时仰拱。
（3）下断面开挖及支护
下断面开挖与中上断面同步进行，采用人工配合机械或弱爆破，左右错进，错开距离1～2榀拱架，挖掘机装碴，自卸汽车出碴。
（a）初喷砼
采用湿喷工艺，喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理，完成后立即喷射砼封闭岩面，减少围岩暴露时间。
（b）立拱、锚网喷支护
初支拱架采用16×16cmΦ22格栅钢架支护，间距为80cm，环向采用间距1m 的Φ22钢筋焊接，并在钢架背后铺设一层φ8钢筋网，网格间距20cm，锁脚锚管采用φ42无缝钢管长3.5m，每个拱脚打设2根，用Φ22“七字筋”焊接在钢架上，系统锚杆采用φ22中空锚杆长3m，间距1.2×1.2m，采用风钻钻孔，用锤击或钻机将锚杆顶入，注浆泵注浆。拱架系统施作完成后，立即进行喷射砼施工，采用c20湿喷砼施工。
3.4 仰拱施工
膨胀岩隧道施工时，仰拱及时封闭是关键。严格按照铁建设2010（120）号文件要求控制仰拱施工步距，为不影响掌子面正常施工，仰拱采用移动式栈桥，机械开挖，人工修整，严禁欠挖，对超挖部分使用同标号砼进行回填。
3.5 二次衬砌
二衬采用复合式衬砌，整体衬砌模板台车，泵送入模。根据监控量测数据，在变形值基本稳定后方可进行二次衬砌。在围岩变形发展加快或不能趋于稳定时，加强初支保证施工安全，绝不能立即施做二次衬砌。
3.6 监控量测
严格制订量测计划，对于初期支护和二次衬砌进行布点，拱顶下沉及水平相对净空变化量测在同一断面上进行，每5m～10m设置一组观测点，并采用相同的量测频率。当围岩变形值较大时，加大量测频率，根据量测数据指导施工生产。为确保量测信息能够及时反馈，成立监控量测信息管理小组，建立量测信息预警制度，如有变形超过管理标准，及时上报上级领导，以便及时响应，并根据量测数据统计，调整预留变形量大小，达到监控量测指导施工的目的。
4. 瓦斯地段施工技术措施
4.1 超前探孔
按照设计要求在掌子面打设超前探孔，检测瓦斯含量及压力，根据检测数据调整施工措施。
4.2 爆破设计
按瓦斯隧道进行爆破设计，炸药：乳化炸药（规格：φ32mm×200mm，每卷200g）
雷管：电雷管，1～8段毫秒延期雷管。采用正向连续装药，炮泥封口。炮眼布置及装药量根据围岩情况适当调整。
4.3 加强通风
选用110kW×2大功率风机压入式通风，确保掌子面风量及风速，洞内瓦斯含量在限值以下。采用1.8m抗静电、阻燃的风管，风管百米漏风率不大于2%。
4.4 机电设备防爆
洞内设置双回路电源，网电为主回路，配内燃发电机组为备用回路，确保洞内通风、照明、排水等需要。洞内电气设备均采用防爆型煤矿专用设备，包括照明、开关箱、运输设备等。
4.5 瓦斯检测
严格执行“一炮三检”制，即装药前、放炮前和响炮后对掌子面及其他施工部位的瓦斯含量检测。配备专职瓦检员并必须经过国家专业机构关于瓦斯检测员的职业技能培训合格，每班2人，对洞内各施工部位全天巡回检测。
4.6 安全教育及检查培训
所有参与隧道施工的人员必须参加瓦斯隧道安全施工上岗培训，并经考试合格后方可上岗。每日由当班瓦检员在洞口检查所有进洞人员身上的打火机，香烟等易燃物品，严禁将易燃易爆物品带入洞内。严格执行周一安全学习制度，对隧道内存在的风险及注意事项、应急救援能力等进行培训学习。
施工注意事项：
（1）膨胀性泥岩施工，严格控制洞内施工用水，尤其是掌子面打钻后拱脚积水必须及时排除，严禁积水浸泡拱脚。加强洞内供水及抽排水管路维修与保养，防止施工用水流入隧道周边岩体，对洞内排水沟及集水坑及时清理，定期抽排，并加强通风，以降低洞内湿度和温度。
（2）加强监控量测及超前地质预报管理，配备足够的技术人员，严格执行量测预警制度，将监控量测及超前地质预报作为一项重要的工序来管理，加强围岩净空位移、围岩压力及地下水渗透性动态监测，根据监测反馈成果，进行围岩预加固，同时调整初支及二衬参数。
（3）喷射混凝土必须饱满、密实，对拱顶部位应特别注意，严禁出现空洞。
（4）加强洞内通风管理，掌子面不能停风，若有特殊情况必须及时汇报生产负责人，并告知洞内施工人员，以便提前做好准备，经现场负责人同意后方可停风，再次施工前，检查洞内各作业面是否安全。
结论
巴准铁路王家梁隧道自2010年12月进洞施工至2012年9月全隧顺利贯通，历时21个月，通过施工过程中不断地总结和改进，未发生一起质量、安全事故，工程质量、安全、进度达到了目标要求。
参考文献
［1］中铁一局. TZ204-2008.铁路隧道工程施工技术指南［M］.北京：中国铁道出版社，2008：149-150.
［2］ TB10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范［S］.
［3］王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京：人民交通出版社，2010.
中图分类号：U455
文献标识码：A
