论文部分内容阅读
摘要:文章通过介绍龙排冲隧道安全顺利的通过采煤遗留下来的采空区等不良地质段的施工,对隧道穿过煤层采空区段的施工技术和方法进行分析和探讨。
关键词:铁路隧道 煤层采空区 施工技术 探讨
0 引言
煤层采空区是隧道施工中常遇到的不良地质，因为煤层采空区可能是瓦斯聚集区、积水地带、围岩破碎带等不良地质，原始地层被完全破坏，成洞条件困难，施工中易发生变形或塌方。因此有必要对隧道煤层采空区地段的施工技术进行全面、系统的分析和探讨。本文结合龙排冲隧道煤层采空区地段的施工，对隧道煤层采空区地段的施工方法进行实地分析、探讨，以达到安全、优质、高效施工的目地。
1 工程概况
龙排冲隧道位于云南省建水县面甸乡境内，为单线电气化铁路隧道，起迄桩号DK116+945～DK117+470，隧道全长525m。测段位于区域性北西向断裂石屏-建水活动断裂带之东端，左侧为其支断裂～燕子洞断层，右侧为另一支断裂黑泥地断层，全部为Ⅴ级围岩，隧道从出口向进口独头掘进进行施工。
该隧道地质条件较差，施工过程中遇到了大量的以前采煤遗留下来的采空区。煤层开采时间约为1982年～1987年之间，在洞身DK117＋120以后段线路附近见多处煤洞，洞口已填埋，坡面已垦为旱地，部分煤洞回填后形成小的塌陷区，原始地层被完全破坏，成洞条件困难。施工中发生多次大变形，初期支护最大挤压变形达2m，详见：“施工照片”，因此结合龙排冲隧道的施工，对采空区隧道的施工方法进行探讨和总结，以达到安全快速施工的目地。
DK117+076掌子面有厚约1.5的煤层，在煤层中发现的充填的巷道（见图一）
DK117+150～+222段大变形，右侧向洞内挤入1～1.5m，左侧向洞内挤入1.5～2m（见图二）
2 施工方案、工艺
本着“安全第一、稳扎稳打”的原则，结合现场隧道与采空区的空间位置关系的三种类型：采空区位于隧道顶部，采空区位于隧道中部，采空区位于隧道底部。经反复研究、分析、探讨及方案比选，采用了纵向大管棚、斜向大管棚、型钢支撑加固、小导管注浆加固等施工技术，安全顺利的通过了采空区不良地质段。根据这三种不同的空间类型，采取的不同支护及施工手段如下：
2.1 煤层采空区位于隧道中部的处理 龙排冲隧道在DK117+150～+222穿越采空区，初期支护施工后产生大段变形，右侧向洞内挤入1～1.5m，左侧向洞内挤入1.5～2m。根据现场情况，采用下述施工措施：在未揭开煤层采空区前，根据超前探测结果，对未坍塌充填但有水的地段，采取钻孔排水的方式放水；对已经坍塌充填的地段，采取超前支护，有水时采取超前注浆固结堵水等手段加固。揭开煤层采空区后，在隧道衬砌边墙两侧施做厚度2m的浆砌片石护墙，护墙外侧采用土石回填（厚3m）；当采空区位于隧道断面上部时，在隧道拱部施做1m厚的C25混凝土护拱，并将加强支护的格栅拱架也打入护拱内，护拱上设干砌片石缓冲层。
当出现采空区挤压变形后，制定施工措施：第一步先对塌方影响段进行加固，第二步再组织对塌方段进行处理。
2.1.1 塌方影响段加固 ①对塌方影响地段钢架背后2m范围内压注水泥浆充填，注浆层背后采用吹砂缓冲层，厚度不小于2m；②在初期支护断面内缘再按照1榀/m的间距架设I18型钢钢架做为临时支护，钢架与断面之间的空隙采用钢楔或混凝土楔顶紧，环向按照2m间距打设Φ22锁脚锚杆进行固定，锚杆长度4m，钢架在衬砌前再进行拆除。
2.1.2 坍方段处理 塌方影响段加固完成以后，首先对坍坑临空面喷射10cm厚混凝土进行封闭，对分段进行管棚超前支护，然后施作此段初期支护，再从塌方起始里程开始打设30m管棚超前支护至未坍塌段，最后采用微台阶法对坍塌体进行开挖支护。①按照纵向间距1.5m打设8排Φ89大管棚；每排自起拱线以上按照环向间距40cm、外倾角45°进行布设，长度深入基岩长度不小于5m；设Φ108导向管，导向管长度根据现场实际情况确定；管棚深入基岩段作梅花形注浆孔，注水泥浆，注浆参数依据现场实际情况确定。②以上措施处理完毕后，对塌方临空面采用锚网喷支护，打设4m长Φ22砂浆锚杆，按照间距1m梅花形布置，挂设Φ8钢筋网，网格间距25cm×25cm，喷射20cm厚C20耐腐蚀混凝土包裹。③打设30m长Φ89大管棚对前方塌方体进行注浆加固。管棚自起拱线以上按照环向间距40cm进行布置，外倾角控制在1o～3o，管棚深入基岩段作梅花形注浆孔，纵向与横向间距均采用1.0米，注浆材料采用纯水泥浆，注浆参数：水灰比为0.5：1～0.8：1，注浆终压为3Mpa，详见“大管棚注浆施工工艺流程图及施工照片”。④超前支护完成后，逐步清除坍塌体，并对原初期支护（半侧已塌垮）逐步进行拆换，按照1榀/0.5m间距重新架设I18型钢钢架，并打设Φ22锁脚锚杆进行固定，锚杆长度4m。纵向采用Φ22钢筋连接固定，环向间距按1m进行布置。钢架背后铺设20cm×20cm的φ8钢筋网。塌方段在钢架内侧挂设5cm厚木板模筑C25耐腐蚀混凝土作为护拱，护拱厚度不小于80cm，护拱净空要保证不小于50cm厚的衬砌厚度（模板台车放大5cm）。护拱顶部预留注浆孔，在混凝土强度达到80％以后注浆回填密实。
2.2 煤层采空区位于隧道顶部的处理 采空区位于隧道顶部，在未揭穿前超前探测揭示的情况属于未坍塌充填时，采取的处理方式与前述采空区位于隧道中部的处理方式相同。当揭示的采空区属于坍塌充填时，采取超前注浆固结、堵水，防止突水、突泥，然后采用台阶法开挖，超前小导管注浆预支护，并在施工中全环架设格栅拱架。
2.3 煤层采空区位于隧道底部的处理 对于隧底采空区的处理，关键在于对隧底的加固处理，采取“探”、“灌”相结合的处理原则。对煤层采空区及其影响范围段隧道基底采用Φ75钢管桩注浆加固，钢管桩纵向与横向间距均采用1.0米，深度原则上不超过10米；但当钻至10米时仍揭示采空区，在查明采空区底板后整孔处理。钢管桩内压注水泥－水玻璃双液浆，水泥和水玻璃浆液比一般为1：1～1：0.6，浆液浓度为1：1.25～1：0.8，水玻璃浓度为35Be′，缓凝剂掺量为2％～2.5％，注浆终压为1.5～2.0Mpa。
3 施工注意事项
3.1 加强对采空区的超前支护，对拱部采空区提前进行大管棚等注浆加固处理。
3.2 开挖时进行弱爆破或不爆破，每循环进尺为一榀格栅钢架，尽量减少爆破对围岩的扰动，保证施工的绝对安全。
3.3 对前方地质情况进行超前地质预报，每次预报长度为85～100米，搭接长度为10米。
3.4 施作超前物探、钻探检测线路前方、侧壁以及隧底地质情况，线路前方超前探孔采用Φ75钻管，长度为30米，每次搭接5米，两侧壁及隧底每隔10米进行一次物探。
3.5 对地表显露煤洞竖井周围5米范围内进行封闭防水，具体为用脚手架搭设防雨棚，周围设截水沟，防止雨水流入采空区；对探测出前方有采空区的进行提前封闭防水，并设置警示带，警示牌等；待衬砌28天后再进行回填处理。
3.6 为保证钢架稳定性，施工的格栅钢架及时成环，二衬及时跟进开挖面，二衬与开挖面距离保持在30m以内。
4 体会及建议
通过本隧道现场施工情况说明：隧道穿过采空区时采用纵向大管棚、斜向大管棚、型钢支撑加固、小导管注浆加固等施工技术，能安全、优质、高效的通过煤层采空区不良地段，是隧道煤层采空区施工中一种有效的、安全的方法；但还有必要进行进一步的探讨，并在实践中不断研究，逐步完善和提高。
关键词:铁路隧道 煤层采空区 施工技术 探讨
0 引言
煤层采空区是隧道施工中常遇到的不良地质，因为煤层采空区可能是瓦斯聚集区、积水地带、围岩破碎带等不良地质，原始地层被完全破坏，成洞条件困难，施工中易发生变形或塌方。因此有必要对隧道煤层采空区地段的施工技术进行全面、系统的分析和探讨。本文结合龙排冲隧道煤层采空区地段的施工，对隧道煤层采空区地段的施工方法进行实地分析、探讨，以达到安全、优质、高效施工的目地。
1 工程概况
龙排冲隧道位于云南省建水县面甸乡境内，为单线电气化铁路隧道，起迄桩号DK116+945～DK117+470，隧道全长525m。测段位于区域性北西向断裂石屏-建水活动断裂带之东端，左侧为其支断裂～燕子洞断层，右侧为另一支断裂黑泥地断层，全部为Ⅴ级围岩，隧道从出口向进口独头掘进进行施工。
该隧道地质条件较差，施工过程中遇到了大量的以前采煤遗留下来的采空区。煤层开采时间约为1982年～1987年之间，在洞身DK117＋120以后段线路附近见多处煤洞，洞口已填埋，坡面已垦为旱地，部分煤洞回填后形成小的塌陷区，原始地层被完全破坏，成洞条件困难。施工中发生多次大变形，初期支护最大挤压变形达2m，详见：“施工照片”，因此结合龙排冲隧道的施工，对采空区隧道的施工方法进行探讨和总结，以达到安全快速施工的目地。
DK117+076掌子面有厚约1.5的煤层，在煤层中发现的充填的巷道（见图一）
DK117+150～+222段大变形，右侧向洞内挤入1～1.5m，左侧向洞内挤入1.5～2m（见图二）
2 施工方案、工艺
本着“安全第一、稳扎稳打”的原则，结合现场隧道与采空区的空间位置关系的三种类型：采空区位于隧道顶部，采空区位于隧道中部，采空区位于隧道底部。经反复研究、分析、探讨及方案比选，采用了纵向大管棚、斜向大管棚、型钢支撑加固、小导管注浆加固等施工技术，安全顺利的通过了采空区不良地质段。根据这三种不同的空间类型，采取的不同支护及施工手段如下：
2.1 煤层采空区位于隧道中部的处理 龙排冲隧道在DK117+150～+222穿越采空区，初期支护施工后产生大段变形，右侧向洞内挤入1～1.5m，左侧向洞内挤入1.5～2m。根据现场情况，采用下述施工措施：在未揭开煤层采空区前，根据超前探测结果，对未坍塌充填但有水的地段，采取钻孔排水的方式放水；对已经坍塌充填的地段，采取超前支护，有水时采取超前注浆固结堵水等手段加固。揭开煤层采空区后，在隧道衬砌边墙两侧施做厚度2m的浆砌片石护墙，护墙外侧采用土石回填（厚3m）；当采空区位于隧道断面上部时，在隧道拱部施做1m厚的C25混凝土护拱，并将加强支护的格栅拱架也打入护拱内，护拱上设干砌片石缓冲层。
当出现采空区挤压变形后，制定施工措施：第一步先对塌方影响段进行加固，第二步再组织对塌方段进行处理。
2.1.1 塌方影响段加固 ①对塌方影响地段钢架背后2m范围内压注水泥浆充填，注浆层背后采用吹砂缓冲层，厚度不小于2m；②在初期支护断面内缘再按照1榀/m的间距架设I18型钢钢架做为临时支护，钢架与断面之间的空隙采用钢楔或混凝土楔顶紧，环向按照2m间距打设Φ22锁脚锚杆进行固定，锚杆长度4m，钢架在衬砌前再进行拆除。
2.1.2 坍方段处理 塌方影响段加固完成以后，首先对坍坑临空面喷射10cm厚混凝土进行封闭，对分段进行管棚超前支护，然后施作此段初期支护，再从塌方起始里程开始打设30m管棚超前支护至未坍塌段，最后采用微台阶法对坍塌体进行开挖支护。①按照纵向间距1.5m打设8排Φ89大管棚；每排自起拱线以上按照环向间距40cm、外倾角45°进行布设，长度深入基岩长度不小于5m；设Φ108导向管，导向管长度根据现场实际情况确定；管棚深入基岩段作梅花形注浆孔，注水泥浆，注浆参数依据现场实际情况确定。②以上措施处理完毕后，对塌方临空面采用锚网喷支护，打设4m长Φ22砂浆锚杆，按照间距1m梅花形布置，挂设Φ8钢筋网，网格间距25cm×25cm，喷射20cm厚C20耐腐蚀混凝土包裹。③打设30m长Φ89大管棚对前方塌方体进行注浆加固。管棚自起拱线以上按照环向间距40cm进行布置，外倾角控制在1o～3o，管棚深入基岩段作梅花形注浆孔，纵向与横向间距均采用1.0米，注浆材料采用纯水泥浆，注浆参数：水灰比为0.5：1～0.8：1，注浆终压为3Mpa，详见“大管棚注浆施工工艺流程图及施工照片”。④超前支护完成后，逐步清除坍塌体，并对原初期支护（半侧已塌垮）逐步进行拆换，按照1榀/0.5m间距重新架设I18型钢钢架，并打设Φ22锁脚锚杆进行固定，锚杆长度4m。纵向采用Φ22钢筋连接固定，环向间距按1m进行布置。钢架背后铺设20cm×20cm的φ8钢筋网。塌方段在钢架内侧挂设5cm厚木板模筑C25耐腐蚀混凝土作为护拱，护拱厚度不小于80cm，护拱净空要保证不小于50cm厚的衬砌厚度（模板台车放大5cm）。护拱顶部预留注浆孔，在混凝土强度达到80％以后注浆回填密实。
2.2 煤层采空区位于隧道顶部的处理 采空区位于隧道顶部，在未揭穿前超前探测揭示的情况属于未坍塌充填时，采取的处理方式与前述采空区位于隧道中部的处理方式相同。当揭示的采空区属于坍塌充填时，采取超前注浆固结、堵水，防止突水、突泥，然后采用台阶法开挖，超前小导管注浆预支护，并在施工中全环架设格栅拱架。
2.3 煤层采空区位于隧道底部的处理 对于隧底采空区的处理，关键在于对隧底的加固处理，采取“探”、“灌”相结合的处理原则。对煤层采空区及其影响范围段隧道基底采用Φ75钢管桩注浆加固，钢管桩纵向与横向间距均采用1.0米，深度原则上不超过10米；但当钻至10米时仍揭示采空区，在查明采空区底板后整孔处理。钢管桩内压注水泥－水玻璃双液浆，水泥和水玻璃浆液比一般为1：1～1：0.6，浆液浓度为1：1.25～1：0.8，水玻璃浓度为35Be′，缓凝剂掺量为2％～2.5％，注浆终压为1.5～2.0Mpa。
3 施工注意事项
3.1 加强对采空区的超前支护，对拱部采空区提前进行大管棚等注浆加固处理。
3.2 开挖时进行弱爆破或不爆破，每循环进尺为一榀格栅钢架，尽量减少爆破对围岩的扰动，保证施工的绝对安全。
3.3 对前方地质情况进行超前地质预报，每次预报长度为85～100米，搭接长度为10米。
3.4 施作超前物探、钻探检测线路前方、侧壁以及隧底地质情况，线路前方超前探孔采用Φ75钻管，长度为30米，每次搭接5米，两侧壁及隧底每隔10米进行一次物探。
3.5 对地表显露煤洞竖井周围5米范围内进行封闭防水，具体为用脚手架搭设防雨棚，周围设截水沟，防止雨水流入采空区；对探测出前方有采空区的进行提前封闭防水，并设置警示带，警示牌等；待衬砌28天后再进行回填处理。
3.6 为保证钢架稳定性，施工的格栅钢架及时成环，二衬及时跟进开挖面，二衬与开挖面距离保持在30m以内。
4 体会及建议
通过本隧道现场施工情况说明：隧道穿过采空区时采用纵向大管棚、斜向大管棚、型钢支撑加固、小导管注浆加固等施工技术，能安全、优质、高效的通过煤层采空区不良地段，是隧道煤层采空区施工中一种有效的、安全的方法；但还有必要进行进一步的探讨，并在实践中不断研究，逐步完善和提高。