楊 杰（四川川交路橋有限責任公司 四川廣漢 618300）

隧道穿越煤層與采空區(qū)施工探討

楊 杰
（四川川交路橋有限責任公司 四川廣漢 618300）

本文主要介紹隧道施工穿越煤層與采空區(qū)瓦斯段施工工藝及相應的預防與處置措施。

隧道;煤層;采空區(qū)施工

一、工程簡介：

四川宜敘高速公路都良隧道位于興文縣境內(nèi)，為雙向四車道高速公路隧道，設計速度為80km/h，隧道左線1185m，右線1228m。都良隧道進口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1000m，R右=970m；隧道洞身為直線；出口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1206.836m，R右=1350m。

隧址區(qū)屬構造剝蝕、侵蝕、溶蝕低山～丘陵地貌，隧道穿越都良山最高標高約為554米，最低點為隧道進口附近的古宋河河谷底，標高約330m，相對高差約224m,隧址區(qū)山脈谷地總體呈北西～南東走向，微地貌主要受地層巖性及地質(zhì)構造控制，隧址區(qū)進出口段均以志留系上統(tǒng)韓家店組頁巖夾粉砂巖為主，隧道左側為二疊系下統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r。二疊系龍?zhí)督M，是區(qū)域上的主要含煤段之一，主要有11層煤，隧址區(qū)主要開采“K1”和“K11”煤層。龍?zhí)督M煤層為高瓦斯地層，其中左洞ZK76+413～ZK76+645、右洞K76+413～K76+645段為高瓦斯工區(qū)，并伴有老窯采空區(qū)；左洞ZK76+645～ZK77+300、右洞K76+645～K77+318段為低瓦斯工區(qū)，其余為無瓦斯工區(qū)，本隧道瓦斯工區(qū)段落長，為施工安全考慮，全隧道均按高瓦斯隧道進行施工管理。即全隧道在瓦斯設防措施（預測預報、結構防護措施、鉆爆要求）及瓦斯隧道施工管理要求（瓦斯檢測、施工通風、電氣及機械設備）兩方面均按高瓦斯隧道要求執(zhí)行。

二、施工方案：

隧道施工嚴格按照“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則。其中本隧道為高瓦斯隧道，穿越煤層及采空區(qū)時有煤與瓦斯突出風險，應按超前地質(zhì)預報反應的地質(zhì)情況做好揭煤及采空區(qū)周邊加固施工措施。

1、超前地質(zhì)預報

①、TSP法檢測

TSP法的技術原理，是采用回聲測量的原理，進行地震勘探方法，地震波在巖石中傳播時，一部分信號反饋，一部分信號，會繼續(xù)折射傳播。

②、瞬變電磁儀檢測

主要的工作原理，是根據(jù)其向地下發(fā)射的電磁波反饋信息，得知被測目標的物理參數(shù)。在本隧道超前預報工作中，擬采用小回線(發(fā)射線圈一般采用3m×3m)大電流發(fā)射、中心探頭接收方式的小裝置瞬變電磁法。

工作方法，在洞外組裝發(fā)射線框支架，即3m×3m 樹脂材料框架), 在洞內(nèi)，將射機、接收機、探頭、線框進行組合安裝，其次在支架上安裝探頭。按照下圖所示，在掌子面內(nèi)進行0.5m點距逐點移動線框，將采集到的數(shù)據(jù)進行儲存，結束現(xiàn)場測試。

③、地質(zhì)雷達檢測

地質(zhì)雷達(GPR)方法，是一種常用無損檢測方法，根據(jù)地下介質(zhì)典型差異，通過電磁波檢測其路基密實度分層的方法。原理如圖1所示。

地質(zhì)雷達基本原理示意圖1

地質(zhì)雷達在隧道襯砌的質(zhì)量檢測中應用較為普遍，但采用 100MHz低頻天線時，也可以用來對掌子面前方30m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件進行超前預報。地質(zhì)雷達在以下情況下對前方地質(zhì)條件的超前預報取得了較好效果：

· 斷層破碎帶。

· 溶洞等體狀地質(zhì)體。

· 富水帶。

應用地質(zhì)雷達對掌子面測量時，首先根據(jù)目標體的性質(zhì)，其次通過連續(xù)采集、控制輪測量、逐點采集等測量方式進行測量。

2、穿越煤層高瓦斯段

K76+413～K76+645，ZK76+413～ZK77+645段施工，根據(jù)前期設計勘察鉆孔及TsP超前預報，以上左右兩段洞身均穿越多條煤層及煤線，其中K1及K11煤層為可采煤，厚0.6m～0.8m及1.6m～2.2m。

（1）、揭煤防突施工方法

①、超前鉆孔以明確相關情況

隧道開挖揭煤，在開挖上導坑時，按照相關的施工參數(shù)進行挖掘，掘進至煤層20m遠，超前鉆孔在3個以上，進入頂(底)板要超過0.5m，記錄好巖芯情況后，根據(jù)資料判斷煤層是否存在畸變。施作超前鉆孔時，直徑控制在108mm，當發(fā)現(xiàn)其地質(zhì)構造出現(xiàn)巖體破碎等情況時，需在輪廓線外5m范圍內(nèi)，布置一定的超前鉆孔，從而更好的明確煤層、瓦斯情況。

②、施作預測孔，進行煤與瓦斯突出危險性預測

施做預測孔，是為了的更好的預防煤與瓦斯問題的危險，采用鉆屑指標法進行預測，隧道開挖采用上、下導坑法。

③、瓦斯突出措施

防治瓦斯突出，常采用多排鉆孔排放，或是抽放的預防措施。鉆孔控制范圍：控制在其隧道輪廓外上方7m左右處、左右兩側6m、底部3m、鉆孔孔徑108mm，進入底板巖層要超過0.5m；抽排半徑控制在1.5m左右。

④、瓦斯排放

在進行排放時，洞內(nèi)施工應停止。

⑤、防突效果檢驗

利用上下導坑打檢查孔的形式，檢測瓦斯排放效果。

⑥、放炮揭開和穿過煤層

排放檢測結束后，將排放鉆孔進行封堵。采用自進式錨桿加固的措施后，進行震動放炮揭煤。

（2）揭煤、防突、瓦斯排放的施工途徑

首先在保證施工情況明確掌握后，對于煤層層位的鉆孔布置進行控制，其中鉆孔布置見圖2。

探測孔布置圖2

然后利用鉆屑指標法為主，鉆孔瓦斯涌出初速度法為輔的方法，進行預測鉆孔；采用多排鉆孔排放，或是條帶抽放的方式，進行突出防治；其中條帶抽放技術，是指通過帶狀預抽鉆孔布置，在進行預抽的同時，控制一個條帶范圍。其中的局部防突技術，包括水力沖孔、超前鉆孔、松動爆破等措施；而通過水力沖孔，消除突出。

其次隧道放炮揭開，以及穿過煤層時，為避免煤層垮落，產(chǎn)生突出的情況，，一般會采用自進式注漿錨桿方式，對于巖體進行超前注漿加固。并按照預測相同的方法，以及指標檢驗措施，進行防突措施效果檢驗；在檢驗結束后，采用“低爆力震動放炮部分露煤揭石門”方法，進行放炮揭煤，以及穿過煤層的爆破設計。施工中的安全防護措施有：遠距離爆破、安裝壓風自救器或隔離式自救器、設置避難所或安全躲避地點、進行爆破或其他容易導致突出的工序時回風系統(tǒng)設置禁區(qū)、瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測瓦斯和瓦斯超限切斷電源、使用防爆電氣、石門揭煤時采用金屬骨架、震動性爆破、設置金屬擋欄等。

3、穿越采空區(qū)

采空區(qū)原則上根據(jù)采空區(qū)大小、填充物以及采空區(qū)與隧道相對位置采取疏導排放、清淤、充填、加固處理措施。

A、本隧道為高瓦斯隧道，采空區(qū)為老煤礦廢棄巷道，采空區(qū)中多聚集瓦斯和積水，揭采空區(qū)施工參見穿越煤層揭煤一項，采空區(qū)中積水采取排放疏導，在施作初期支護與二次襯砌時預留排水管道接入隧道中央排水系統(tǒng)。

B、采空區(qū)巷道坍塌形成堆積體，在隧道上部應清理并用鋼拱架支撐，用噴射混凝土初噴，上部回填2m厚C20混凝土，預留φ100壓沙孔對剩余空洞壓沙回填；

C、采空區(qū)瓦斯抽排：

根據(jù)瓦斯抽采治理實際經(jīng)驗。在巷道輪廓線兩側和中部向前進方向各施工兩個長度為50m，孔徑為 Φ75mm鉆孔，進行預抽排放后，能有效解決施工過程中采空區(qū)瓦斯異常涌出的危害。施工過程中以可根據(jù)實際抽采效果進行調(diào)整。

根據(jù)鉆孔孔口段煤(巖)性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度及孔口負壓等情況，鉆孔封孔方法確定為AB膠或鉆用水泥注漿封孔。

封孔管采用抗靜電、防阻燃的工程塑料管、膠管或鐵管。孔內(nèi)抽采管采用DN32管子，長度控制在10m，抽采管在孔內(nèi)頂端鉆15個左右，且直徑在10mm左右的小孔，最后用鐵篩網(wǎng)包裹扎好。

三、結束語

隧道施工時，不良地質(zhì)情況較普遍，開挖過程中首先應遵循短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤測量的原則，總結施工中處理問題的經(jīng)驗，通過超前地質(zhì)預報出前方圍巖情況，結合設計文件，確定好施工方案，以上提出的幾個不良地質(zhì)施工情況的處理，希望與隧道施工者探討學習。

TU75

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1007-6344（2016）06-0245-01