田海洋
(中鐵隧道集團二處有限公司,河北 三河 065201)
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巴準鐵路王家梁隧道膨脹巖與低瓦斯隧道施工技術
田海洋
(中鐵隧道集團二處有限公司,河北 三河 065201)
摘 要:王家梁隧道是巴準鐵路的一條重點隧道,隧道洞身以砂巖夾泥巖為主要地層,砂巖為薄層-中厚層狀構造,泥巖為砂泥質結構,薄層構造狀;間夾煤層,全隧道都位于膨脹巖地層,并存在瓦斯有害氣體。本文總結了王家梁隧道膨脹巖及低瓦斯隧道施工工藝及注意事項,可為今后類似工程施工提供借鑒。
關鍵詞:膨脹巖;低瓦斯隧道;施工工藝;注意事項
巴準鐵路是重載煤運鐵路通道,鐵路正線長128.102km,王家梁隧道是巴準鐵路的一條重點隧道,隧道全長3216m,工點位于內蒙古鄂爾多斯市準格爾旗境內,隧道進口里程DK45+600,路肩高程1320.1m,出口里程DK48+812,路肩高程1329.8m,隧道全長3212m,隧道最大埋深83.1m。工程地處鄂爾多斯盆地,該盆地蘊含豐富的煤炭資源。根據(jù)地質調繪和鉆探揭示,隧址區(qū)表覆第四系全新統(tǒng)沖洪積砂質黃土、上更新統(tǒng)風積砂質黃土和第三系上新統(tǒng)泥巖,下伏侏羅系下統(tǒng)砂巖夾泥巖,該套地層中含多層煤及煤線。侏羅系下統(tǒng)泥巖,為弱膨脹巖,自由膨脹率為35%~50%,巖芯風干失水后多龜裂,具有明顯的吸水膨脹、軟化、強度降低、失水收縮的特征。
2.1 膨脹巖段施工方案
隧道洞身穿越膨脹性泥巖地層,開挖后受自由水的影響,引起膨脹壓力,對支護結構產生附加的膨脹性地壓,使隧道凈空斷面縮小,支護結構破壞。通過反復比選及現(xiàn)場實踐,采用3臺階法施工,開挖后立即初噴砼封閉巖面,減少圍巖暴露時間,控制施工用水,減少水的漫流和積水浸泡,減少巖體濕脹干縮對隧道產生不利影響。根據(jù)具體情況加大預留變形量,確保設計凈空尺寸,避免襯砌厚度不足。開挖完成后及時施作初支,采用格柵鋼拱架支撐,噴、錨、網聯(lián)合支護施工,必要時在中斷面設臨時仰拱,形成封閉環(huán)。及時施作仰拱使支護封閉成環(huán)整體受力,根據(jù)量測信息確定二次襯砌施作時機,采用鋼筋混凝土二次襯砌,提高二次襯砌的承載力。
2.2 含瓦斯段施工方案
通過以下措施進行瓦斯隧道防爆:
(1)超前探孔。
(2)爆破設計。
(3)加強通風。
(4)機電設備防爆。
(5)瓦斯監(jiān)測。
(6)加強安全教育及檢查培訓。
3.1 超前地質預報
將超前地質預報作為重要工序納入施工工序管理,采用地質素描、TSP203、地質雷達等進行超前地質預報,及時進行信息收集處理反饋,以調整施工方案和施工方法。
3.2 超前支護
在洞口軟弱破碎圍巖地段,先施工φ108超前大管棚并注漿加固圍巖,以保證暗洞施工安全。洞身施工過程中,在不良地質地段,按設計采取超前預注漿、超前小導管注漿等注漿加固方式,注漿效果達到設計要求標準后方可進行開挖作業(yè)。
3.3 開挖支護
洞身開挖采用三臺階臨時仰拱法施工,采用挖掘機扒碴,裝載機裝碴,自卸汽車運碴。
(1)上斷面開挖及支護
采用人工配合機械開挖或松動爆破,每循環(huán)開挖進尺控制在0.8m~1m。挖掘機扒碴至中斷面,為減少上斷面扒碴量,上斷面開挖高度控制在3.8m,臺階長度控制在4m~5m,上斷面開挖支護采用自制簡易開挖臺架。
(2)中斷面開挖及支護
采用人工配合機械或松動爆破,每循環(huán)開挖進尺控制與上斷面同步,左右錯進,錯開距離1~2榀拱架,必要時設臨時仰拱,并將臨時仰拱作為一道重要工序納入管理中。臨時仰拱采用I16鋼架,鋼架與初支拱架同步施作。施作時要注意保證臨時仰拱弧度(防止拱頂下沉),施作完畢后必須回填80cm左右碎石碴,避免大型出碴車通過時形成集中荷載破壞臨時仰拱。
(3)下斷面開挖及支護
下斷面開挖與中上斷面同步進行,采用人工配合機械或弱爆破,左右錯進,錯開距離1~2榀拱架,挖掘機裝碴,自卸汽車出碴。
(a)初噴砼
采用濕噴工藝,噴射前處理危石,檢查開挖斷面凈空尺寸,當受噴面有涌水、淋水、集中出水點時,先進行引排水處理,完成后立即噴射砼封閉巖面,減少圍巖暴露時間。
(b)立拱、錨網噴支護
初支拱架采用16×16cmΦ22格柵鋼架支護,間距為80cm,環(huán)向采用間距1m 的Φ22鋼筋焊接,并在鋼架背后鋪設一層φ8鋼筋網,網格間距20cm,鎖腳錨管采用φ42無縫鋼管長3.5m,每個拱腳打設2根,用Φ22“七字筋”焊接在鋼架上,系統(tǒng)錨桿采用φ22中空錨桿長3m,間距1.2×1.2m,采用風鉆鉆孔,用錘擊或鉆機將錨桿頂入,注漿泵注漿。拱架系統(tǒng)施作完成后,立即進行噴射砼施工,采用c20濕噴砼施工。
3.4 仰拱施工
膨脹巖隧道施工時,仰拱及時封閉是關鍵。嚴格按照鐵建設2010(120)號文件要求控制仰拱施工步距,為不影響掌子面正常施工,仰拱采用移動式棧橋,機械開挖,人工修整,嚴禁欠挖,對超挖部分使用同標號砼進行回填。
3.5 二次襯砌
二襯采用復合式襯砌,整體襯砌模板臺車,泵送入模。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù),在變形值基本穩(wěn)定后方可進行二次襯砌。在圍巖變形發(fā)展加快或不能趨于穩(wěn)定時,加強初支保證施工安全,絕不能立即施做二次襯砌。
3.6 監(jiān)控量測
嚴格制訂量測計劃,對于初期支護和二次襯砌進行布點,拱頂下沉及水平相對凈空變化量測在同一斷面上進行,每5m~10m設置一組觀測點,并采用相同的量測頻率。當圍巖變形值較大時,加大量測頻率,根據(jù)量測數(shù)據(jù)指導施工生產。為確保量測信息能夠及時反饋,成立監(jiān)控量測信息管理小組,建立量測信息預警制度,如有變形超過管理標準,及時上報上級領導,以便及時響應,并根據(jù)量測數(shù)據(jù)統(tǒng)計,調整預留變形量大小,達到監(jiān)控量測指導施工的目的。
4.1 超前探孔
按照設計要求在掌子面打設超前探孔,檢測瓦斯含量及壓力,根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調整施工措施。
4.2 爆破設計
按瓦斯隧道進行爆破設計,炸藥:乳化炸藥(規(guī)格:φ32mm×200mm,每卷200g)
雷管:電雷管,1~8段毫秒延期雷管。采用正向連續(xù)裝藥,炮泥封口。炮眼布置及裝藥量根據(jù)圍巖情況適當調整。
4.3 加強通風
選用110kW×2大功率風機壓入式通風,確保掌子面風量及風速,洞內瓦斯含量在限值以下。采用1.8m抗靜電、阻燃的風管,風管百米漏風率不大于2%。
4.4 機電設備防爆
洞內設置雙回路電源,網電為主回路,配內燃發(fā)電機組為備用回路,確保洞內通風、照明、排水等需要。洞內電氣設備均采用防爆型煤礦專用設備,包括照明、開關箱、運輸設備等。
4.5 瓦斯檢測
嚴格執(zhí)行“一炮三檢”制,即裝藥前、放炮前和響炮后對掌子面及其他施工部位的瓦斯含量檢測。配備專職瓦檢員并必須經過國家專業(yè)機構關于瓦斯檢測員的職業(yè)技能培訓合格,每班2人,對洞內各施工部位全天巡回檢測。
4.6 安全教育及檢查培訓
所有參與隧道施工的人員必須參加瓦斯隧道安全施工上崗培訓,并經考試合格后方可上崗。每日由當班瓦檢員在洞口檢查所有進洞人員身上的打火機,香煙等易燃物品,嚴禁將易燃易爆物品帶入洞內。嚴格執(zhí)行周一安全學習制度,對隧道內存在的風險及注意事項、應急救援能力等進行培訓學習。
施工注意事項:
(1)膨脹性泥巖施工,嚴格控制洞內施工用水,尤其是掌子面打鉆后拱腳積水必須及時排除,嚴禁積水浸泡拱腳。加強洞內供水及抽排水管路維修與保養(yǎng),防止施工用水流入隧道周邊巖體,對洞內排水溝及集水坑及時清理,定期抽排,并加強通風,以降低洞內濕度和溫度。
(2)加強監(jiān)控量測及超前地質預報管理,配備足夠的技術人員,嚴格執(zhí)行量測預警制度,將監(jiān)控量測及超前地質預報作為一項重要的工序來管理,加強圍巖凈空位移、圍巖壓力及地下水滲透性動態(tài)監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測反饋成果,進行圍巖預加固,同時調整初支及二襯參數(shù)。
(3)噴射混凝土必須飽滿、密實,對拱頂部位應特別注意,嚴禁出現(xiàn)空洞。
(4)加強洞內通風管理,掌子面不能停風,若有特殊情況必須及時匯報生產負責人,并告知洞內施工人員,以便提前做好準備,經現(xiàn)場負責人同意后方可停風,再次施工前,檢查洞內各作業(yè)面是否安全。
巴準鐵路王家梁隧道自2010年12月進洞施工至2012年9月全隧順利貫通,歷時21個月,通過施工過程中不斷地總結和改進,未發(fā)生一起質量、安全事故,工程質量、安全、進度達到了目標要求。
參考文獻
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