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【摘 要】 在隧道工程施工中，采空区是隧道施工的一大难点，其处理技术及其安全措施实施的好坏直接影响到隧道施工及运营安全。采空区与隧道的空间位置关系是决定采空区处理措施的关键因素。根据两者的位置关系可以分为几类，然后根据采空区的分类给出了相应的采空区处治措施。本文分析了隧道穿越采空区施工技术。
【关键词】 隧道；采空区；施工技术
引言：
近年来，我国经济快速发展，交通网也越来越密集。在地下资源丰富的山岭地区修建公路时，受到特定几何线形和路线纵坡等设计指标的制约以及特定地区的矿区条件等限制，隧道工程将不可避免地穿越既有采空区。随着科技的发展，隧道穿越采空区的施工技术也是越来越先进，但是它还是面临着很多的问题，在一定程度上影响着施工技术。
一、采空区特征及对围岩稳定性影响
（一）采空区探测
隧道采空区形式多样，分布面积广。通过走访矿区与分析原始矿产资料，结合采空区形成的地表裂缝情况，对影响隧道施工的采空区大体范围做了初步确定。
在初步调查的基础上，采用高密度电法、瞬变电磁法和电测深相结合的综合物探方法圈定采空区异常范围，然后采用孔间CT、孔地CT的二维CT方法对具体的采空区边界进行定位，得到采空区的明确状态和范围。从采空区的范围分析得到隧道在穿越采空区时，施工扰动会对老采空区的稳定性产生影响，引起地表裂缝加剧，围岩应力重新分布，施工风险较大。
（二）采空区对隧道围岩的稳定性影响分析
受采矿的影响，煤矿区岩体原有的应力平衡被打破，采空区上覆岩体形成冒落带、裂隙带和弯沉带，使得采空区承载力降低，长期不能稳定。隧道开挖施工的过程中将不可避免地扰动地下岩土体，从面打破原有的平衡状态，并向新的平衡状态过渡。隧道开挖后，自洞室临空面向地层探处一定范围内，地层应力将发生一定幅度的调整，宏观表现为地层物质的移动以及地层物质的变形，进一步造成洞内的严重变形甚至是塌陷。采空区处于相对平衡状态的岩体易产生“活化”，形成新的冒落带，使得采空区稳定性降低，已有采空区和将来的开采都对隧道的设计、施工以及后期运营有重大影响。采空区上覆岩体的冒落塌陷往往会引起地表沉降塌陷，同时引起采空区底板的应力重分布，这给下穿隧道工程的稳定也带来了极大的隐患。
二、设计原则和依据
（一）设计原则
采空区经过处治后，地基能够更有效地保证稳定性，达到公路工程的标准要求。
（二）设计依据
设计文件所依据和参考的主要技术文件有：《高速公路采空区勘察设计与施工手册》
三、隧道穿越采空区处理技术
（一）技术处理方法
隧道施工时需对穿越的采空区进行处治，根据采空区与隧道的空间位置关系，及采空区的走向、分布、规模等因素综合考虑，确定不同类型采空区的处治方案。
在施工过程中对采空区不同类型结构会有不同的处理方法和相应的措施，确保隧道结构的安全性。在我国，由于很多的隧道因采空区内已积水，隧道开挖时对土层扰动可能导致地表帽顶、积水、积泥涌入隧道内。针对这种情况，采用物探、地质雷达扫描对采空区位置进行定位，确定采空区范围，具体分下几种情况：
（1）采空区位于隧道上方
当采空区位于隧道上方时，必须采用加强支护，即在隧道拱部应系统实施超前小导管和超前小管棚两种预支护措施，对松散岩体进行加固。
（2）采空区位于隧道横断面中部
当采空区横跨隧道中部时，先采用大孔径钻孔排放采空区内积水及积聚瓦斯，在进入采空区时采用CD法施工，上导坑开挖面减小，以避免导坑开挖过大发生隧道透水、涌泥等事故；在隧道范围内的采空区，采煤时填充的弃土等应挖除，面两端塑性区范围内的采空区，应采用浆砌片石或素混凝土充填，以便提高隧道开挖后所形成的塑性区范围内的支撑强度，防止出现大的变形。
（3）采空区位于隧道断面内顶部与底部当隧道在倾斜、急倾斜、薄及中厚煤层传过时，采空区将位于隧道断面内的顶部与底部，这时，顶、底部应分别治理，拱部应系统设置超前小导管和管棚，管内应注浆，另外在拱顶采空区也可设置混凝土护拱。至于隧道底板采空区，可换填片石、块石，并注入水泥砂浆固结后采用仰拱通过。
（4）采空区位于隧道底板以下采空区位于隧道底板以下，未在隧道断面内出露，但距隧道底部较接近时，可采用洞内注浆或洞内挖孔桩基础法。若采空区埋深较浅，可采用地表预注浆的方法，加固隧道底，以防止隧道下沉。
（二）技術措施
（1）当掘至预计采空区法向距离10m和4m位置时，都采用地质钻孔施工。地质钻孔参数由项目部设计，原则上要求不少于4个，穿透采空区全厚进入顶板要求不少于O.5m。保证确切掌握采空区位置及围岩厚度、走向和倾角，地质构造及瓦斯涌出情况等，并详细收集钻孔煤、岩芯资料，经整理分析后形成正式资料报项目部总工程师，送相关部门，以利于安全顺利地通过采空区。同时施工队必须将原来使用的岩石炸药改为3#煤矿乳胶炸药爆破，严格按防突过采空区管理的有关规定、措施及批复执行。
（2）掘至距预计采空区法向距离5m位置时，停止掘进，立即进行预测。当测出的指标超过规定值时，由项目部安排，并经总工程师审批后，由施工队按项目部提供的《抽放或排放钻孔设计》施工钻孔。钻孔施工完毕后，立即抽放钻孔。施工队每大对抽放孔检查不少于2次，并留记录可查，保证抽放负压和抽放浓度，使抽放一定时间达到预期效果后（预抽率必须达到25%以上），才能开始采取“探掘”措施。施工队技术员要确切了解每大的进度及见煤、岩情况，掌握工作面迎头的准确位置，防止误穿采空区。施工队必须执行“探三掘一、先探后掘”的措施，探明巷顶及前方情况，探眼长度应根据煤层赋存状况确定，同时控制掘进进度，原则上一次放炮进度不超过1.5m。
（3）掘至距采空区法向距离1.5m位置时，在确保工作面迎头附近安全后，再次施工地质钻孔，对瓦斯、水及地质状况等参数进行再次摸底，分析存在的危害因素。若有危害就必须再次处理，确认安全后，方可采取人工用煤电钻（或岩石电钻）掘穿至采空区。木工程采取的具体步骤先用煤电钻（或岩石电钻）掘穿采空区一个200mm3的孔，经专职瓦斯检查员检查有毒有害气体，确认安全后方可扩大采空区孔洞断面，否则用风筒直吹采空区的断面进行排放，确认安全后方可扩大采空区断面。在扩大采空区断面时，必须有专职瓦斯检查员在场不间断地检查有毒有害气体，一旦发现异常情况应立即汇报并撤离人员。穿越过程中，施工队应派专人负责瓦斯、有毒有害气体、顶板、水害等项管理。
四、结束语
虽然目前隧道建设项目越来越多，但是仍然要保证隧道施工质量，所以对我们的隧道施工技术有了更多更高的要求，随着科学技术的发展，在不断的探索中，施工技术会有很好的提高，隧道穿越采空区施工中的问题也得到很好的解决，更好促进公路建设。
参考文献：
[1]李鹏.隧道穿越采空区施工技术研究[J].筑路机械与施工机械化，2013，10：86-88.
[2]邓洪亮，谢向文，郭玉松.公路隧道穿越采空区注浆加固技术研究[J].地下空间与工程学报，2007，06：1182-1186.
[3]李晓红，姜德义，刘春，任松.公路隧道穿越采空区治理技术研究[J].岩土力学，2005，06：910-914.
[4]张坤，张学民，李斌.高速公路隧道穿越小型采空区安全施工技术[J].公路交通科技（应用技术版），2013，08：195-198.
[5]姜同虎.浅埋破碎岩层隧道施工关键技术研究[D].长安大学，2012.
【关键词】 隧道；采空区；施工技术
引言：
近年来，我国经济快速发展，交通网也越来越密集。在地下资源丰富的山岭地区修建公路时，受到特定几何线形和路线纵坡等设计指标的制约以及特定地区的矿区条件等限制，隧道工程将不可避免地穿越既有采空区。随着科技的发展，隧道穿越采空区的施工技术也是越来越先进，但是它还是面临着很多的问题，在一定程度上影响着施工技术。
一、采空区特征及对围岩稳定性影响
（一）采空区探测
隧道采空区形式多样，分布面积广。通过走访矿区与分析原始矿产资料，结合采空区形成的地表裂缝情况，对影响隧道施工的采空区大体范围做了初步确定。
在初步调查的基础上，采用高密度电法、瞬变电磁法和电测深相结合的综合物探方法圈定采空区异常范围，然后采用孔间CT、孔地CT的二维CT方法对具体的采空区边界进行定位，得到采空区的明确状态和范围。从采空区的范围分析得到隧道在穿越采空区时，施工扰动会对老采空区的稳定性产生影响，引起地表裂缝加剧，围岩应力重新分布，施工风险较大。
（二）采空区对隧道围岩的稳定性影响分析
受采矿的影响，煤矿区岩体原有的应力平衡被打破，采空区上覆岩体形成冒落带、裂隙带和弯沉带，使得采空区承载力降低，长期不能稳定。隧道开挖施工的过程中将不可避免地扰动地下岩土体，从面打破原有的平衡状态，并向新的平衡状态过渡。隧道开挖后，自洞室临空面向地层探处一定范围内，地层应力将发生一定幅度的调整，宏观表现为地层物质的移动以及地层物质的变形，进一步造成洞内的严重变形甚至是塌陷。采空区处于相对平衡状态的岩体易产生“活化”，形成新的冒落带，使得采空区稳定性降低，已有采空区和将来的开采都对隧道的设计、施工以及后期运营有重大影响。采空区上覆岩体的冒落塌陷往往会引起地表沉降塌陷，同时引起采空区底板的应力重分布，这给下穿隧道工程的稳定也带来了极大的隐患。
二、设计原则和依据
（一）设计原则
采空区经过处治后，地基能够更有效地保证稳定性，达到公路工程的标准要求。
（二）设计依据
设计文件所依据和参考的主要技术文件有：《高速公路采空区勘察设计与施工手册》
三、隧道穿越采空区处理技术
（一）技术处理方法
隧道施工时需对穿越的采空区进行处治，根据采空区与隧道的空间位置关系，及采空区的走向、分布、规模等因素综合考虑，确定不同类型采空区的处治方案。
在施工过程中对采空区不同类型结构会有不同的处理方法和相应的措施，确保隧道结构的安全性。在我国，由于很多的隧道因采空区内已积水，隧道开挖时对土层扰动可能导致地表帽顶、积水、积泥涌入隧道内。针对这种情况，采用物探、地质雷达扫描对采空区位置进行定位，确定采空区范围，具体分下几种情况：
（1）采空区位于隧道上方
当采空区位于隧道上方时，必须采用加强支护，即在隧道拱部应系统实施超前小导管和超前小管棚两种预支护措施，对松散岩体进行加固。
（2）采空区位于隧道横断面中部
当采空区横跨隧道中部时，先采用大孔径钻孔排放采空区内积水及积聚瓦斯，在进入采空区时采用CD法施工，上导坑开挖面减小，以避免导坑开挖过大发生隧道透水、涌泥等事故；在隧道范围内的采空区，采煤时填充的弃土等应挖除，面两端塑性区范围内的采空区，应采用浆砌片石或素混凝土充填，以便提高隧道开挖后所形成的塑性区范围内的支撑强度，防止出现大的变形。
（3）采空区位于隧道断面内顶部与底部当隧道在倾斜、急倾斜、薄及中厚煤层传过时，采空区将位于隧道断面内的顶部与底部，这时，顶、底部应分别治理，拱部应系统设置超前小导管和管棚，管内应注浆，另外在拱顶采空区也可设置混凝土护拱。至于隧道底板采空区，可换填片石、块石，并注入水泥砂浆固结后采用仰拱通过。
（4）采空区位于隧道底板以下采空区位于隧道底板以下，未在隧道断面内出露，但距隧道底部较接近时，可采用洞内注浆或洞内挖孔桩基础法。若采空区埋深较浅，可采用地表预注浆的方法，加固隧道底，以防止隧道下沉。
（二）技術措施
（1）当掘至预计采空区法向距离10m和4m位置时，都采用地质钻孔施工。地质钻孔参数由项目部设计，原则上要求不少于4个，穿透采空区全厚进入顶板要求不少于O.5m。保证确切掌握采空区位置及围岩厚度、走向和倾角，地质构造及瓦斯涌出情况等，并详细收集钻孔煤、岩芯资料，经整理分析后形成正式资料报项目部总工程师，送相关部门，以利于安全顺利地通过采空区。同时施工队必须将原来使用的岩石炸药改为3#煤矿乳胶炸药爆破，严格按防突过采空区管理的有关规定、措施及批复执行。
（2）掘至距预计采空区法向距离5m位置时，停止掘进，立即进行预测。当测出的指标超过规定值时，由项目部安排，并经总工程师审批后，由施工队按项目部提供的《抽放或排放钻孔设计》施工钻孔。钻孔施工完毕后，立即抽放钻孔。施工队每大对抽放孔检查不少于2次，并留记录可查，保证抽放负压和抽放浓度，使抽放一定时间达到预期效果后（预抽率必须达到25%以上），才能开始采取“探掘”措施。施工队技术员要确切了解每大的进度及见煤、岩情况，掌握工作面迎头的准确位置，防止误穿采空区。施工队必须执行“探三掘一、先探后掘”的措施，探明巷顶及前方情况，探眼长度应根据煤层赋存状况确定，同时控制掘进进度，原则上一次放炮进度不超过1.5m。
（3）掘至距采空区法向距离1.5m位置时，在确保工作面迎头附近安全后，再次施工地质钻孔，对瓦斯、水及地质状况等参数进行再次摸底，分析存在的危害因素。若有危害就必须再次处理，确认安全后，方可采取人工用煤电钻（或岩石电钻）掘穿至采空区。木工程采取的具体步骤先用煤电钻（或岩石电钻）掘穿采空区一个200mm3的孔，经专职瓦斯检查员检查有毒有害气体，确认安全后方可扩大采空区孔洞断面，否则用风筒直吹采空区的断面进行排放，确认安全后方可扩大采空区断面。在扩大采空区断面时，必须有专职瓦斯检查员在场不间断地检查有毒有害气体，一旦发现异常情况应立即汇报并撤离人员。穿越过程中，施工队应派专人负责瓦斯、有毒有害气体、顶板、水害等项管理。
四、结束语
虽然目前隧道建设项目越来越多，但是仍然要保证隧道施工质量，所以对我们的隧道施工技术有了更多更高的要求，随着科学技术的发展，在不断的探索中，施工技术会有很好的提高，隧道穿越采空区施工中的问题也得到很好的解决，更好促进公路建设。
参考文献：
[1]李鹏.隧道穿越采空区施工技术研究[J].筑路机械与施工机械化，2013，10：86-88.
[2]邓洪亮，谢向文，郭玉松.公路隧道穿越采空区注浆加固技术研究[J].地下空间与工程学报，2007，06：1182-1186.
[3]李晓红，姜德义，刘春，任松.公路隧道穿越采空区治理技术研究[J].岩土力学，2005，06：910-914.
[4]张坤，张学民，李斌.高速公路隧道穿越小型采空区安全施工技术[J].公路交通科技（应用技术版），2013，08：195-198.
[5]姜同虎.浅埋破碎岩层隧道施工关键技术研究[D].长安大学，2012.