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        隧道穿越煤礦采空區(qū)安全施工技術(shù)研究

        2018-12-03 02:35:36文斌陳藝輝
        消費(fèi)導(dǎo)刊 2018年12期
        關(guān)鍵詞:安全技術(shù)

        文斌 陳藝輝

        摘要:由于隧道勘察手段限制,在隧道穿越煤礦施工過程中會意外遇到煤礦采空區(qū)。煤礦采空區(qū)主要存在突泥突水和瓦斯等有毒有害氣體的地質(zhì)問題。在設(shè)計和施工過程中,采取合理、有效的安全技術(shù)確保隧道施工和運(yùn)營安全極為必要。本文從隧道穿越煤礦采空區(qū)的設(shè)計對策、跨越施工的安全技術(shù)措施、施工工藝等方面進(jìn)行了研究。保障隧道工程在穿越采空區(qū)施工時的人員和設(shè)備安全;對類似工程有一定的借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:穿越 煤礦采空區(qū) 安全技術(shù)

        一、工程概況

        萬開周家壩-浦里快速通道工程鐵峰山隧道是重慶在建第一長市政隧道。采用分離式隧道設(shè)計,全長9228m,雙向4車道,設(shè)計速度80km/h,路基寬24.5m,線路總長11.594km。有四處穿越劉家溝煤礦K3、K5煤層,其上均為采空區(qū),原設(shè)計對隧道穿越該煤層段采取IV-瓦型襯砌支護(hù)。經(jīng)調(diào)查資料,在穿越K5煤層時隧道路面距離采空區(qū)底面約41米,隧道在穿越K3煤層時,隧道拱頂距離采空區(qū)設(shè)計底面約60米。

        二、工程地質(zhì)概述

        劉家溝煤礦位于鐵峰山隧道背斜中段南東翼,總體特征為一單斜構(gòu)造形態(tài),地質(zhì)構(gòu)造簡單,隧洞地段地層為三疊系上統(tǒng)須家河組。K3煤層位于須家河組下亞組頂界的深灰色頁巖、炭質(zhì)頁巖中,頁巖厚度1m~5m,煤層厚度為0.26~0.57m。K5煤線位于須家河組上亞組中上部深灰色砂質(zhì)頁巖內(nèi),頁巖厚度2m~4m,煤呈透鏡狀、條帶狀、線狀產(chǎn)出,黑褐色,質(zhì)較輕,煤層厚度為0.28~0.64m。該段巖層產(chǎn)狀傾角約76°~85°。煤層所在的頁巖層呈薄層狀,巖石較破碎,巖體完整性較差。

        劉家溝煤礦主巷道入口16年已經(jīng)進(jìn)行了查封和斷電處理,目前水位約在+350處,煤礦設(shè)計的出水量為40m3/h。其K3煤線+506巷道為積水巷道。

        三、煤礦巷道及采空區(qū)對隧道施工的影響分析

        (一)煤礦巷道對隧道施工的影響

        目前K5煤層已開采至400m高程。K5煤層豎向分布有+639.15水井灣井,+512m運(yùn)輸大巷、+425m運(yùn)輸大巷,其中+425大巷位于隧道正下方,洞徑約2.5*2.5m,與隧道正交。該段隧洞底板高程約440m,距+425運(yùn)輸大巷小于15m。

        (二)煤礦采空區(qū)對隧洞施工的影響

        隧道穿越煤線處底板高程分別約為443m、440m,施工至采空區(qū)洞段時,地下水位預(yù)計在512m主巷道洞口高程,并沿主巷道排出;隧洞底板高程約440m,地下水位最大水頭差約70m,最大水壓力約0.7MPa。因此,隧道施工時可能產(chǎn)生突水突泥和集中涌水現(xiàn)象。

        (三)瓦斯等有害氣體對隧洞施工的影響

        隧道在該段穿越K3、K5煤層,估計瓦斯涌出量在0.1~0.3m3/min。

        四、隧道穿越采空區(qū)的主要應(yīng)對措施

        (一)采空區(qū)處理原則

        隧道施工中,嚴(yán)密注意圍巖開挖情況,通過有效的超前鉆探和物探方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報,預(yù)測開挖工作面前方幾米至幾十米的圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,結(jié)合掘進(jìn)中地質(zhì)條件的變化,及時提出預(yù)報,以便及時采取各種預(yù)防和施工措施,保證隧道施工的順利進(jìn)行。

        隧道施工通過有突出危險煤層段時,分段采取區(qū)域預(yù)抽措施,消除突出危險;采用鉆孔進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽排放;采用自動監(jiān)控和人工檢測相結(jié)合的模式,對隧道重點(diǎn)部位進(jìn)行全面實(shí)時瓦斯監(jiān)控;施工期間,通風(fēng)采用壓入式獨(dú)頭通風(fēng),加快瓦斯排放能力,稀釋瓦斯并防止局部積聚;開挖、支護(hù)強(qiáng)調(diào)管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測、強(qiáng)通風(fēng)。對隧道施工所可能遇到的含水層、斷層和采空區(qū)提前進(jìn)行探放水,查明水文地質(zhì)及涌水源,據(jù)此經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采取注漿堵水、疏放等措施,涌水處理以排為主。

        (二)采空區(qū)位于隧道底部或下方的施工方法

        當(dāng)采空區(qū)貫穿隧道并位于隧道斷面底部,對于仰拱以下規(guī)模較小的采空區(qū)可采用洞渣和C15混凝土回填,采空區(qū)規(guī)模較大時,采用樁基托梁、擴(kuò)大基礎(chǔ)等方式跨越。采空區(qū)位于隧道之下時,采用“探灌結(jié)合”的原則處理,在仰拱初期支護(hù)封閉成環(huán)后,在工字鋼鋼架之間布置150mm鉆孔,鉆孔布置順?biāo)淼揽v向間距5m,橫向2.5m,壓注M10水泥砂漿,注漿壓力0.5~1.0MPa,如注漿時漿液消耗量大而壓力無法上升時,應(yīng)采用帷幕注漿。

        施工流程為:超前地質(zhì)預(yù)報→地下水及瓦斯氣體排放(若有)→φ108超前長管棚施工→采空區(qū)前段機(jī)械開挖及支護(hù)→采空區(qū)鋼筋混凝土底板及套拱加固→采空區(qū)后段機(jī)械開挖及支護(hù)。

        1.超前地質(zhì)預(yù)報

        隧道采空區(qū)超前探孔施工如下:

        隧道開挖接近預(yù)計采空區(qū)位置前20m(垂距)處掌子面打超前探孔1個(φ80孔),對地下水及瓦斯氣體進(jìn)行探測,若探測無水且無瓦斯氣體,則繼續(xù)朝前掘進(jìn)至距離采空區(qū)10米處,再進(jìn)行瓦斯氣體及地下水的探測。如此循環(huán)至采空區(qū),若通過超前探孔發(fā)現(xiàn)有瓦斯氣體或有水,則立即停止施工,按照設(shè)計要求施工瓦斯氣體排放孔或排水孔,以確保在超前探水過程中的施工安全。

        2.超前長管棚施工

        根據(jù)超前探孔進(jìn)行初探后的情況,在距離煤層17米處開始施工長管棚工作室,長管棚工作室長7米,長管棚采用φ108×6無縫鋼管,總長25米,擴(kuò)挖后應(yīng)及時支護(hù),待長管棚施工完成后,再進(jìn)行隧道開挖及支護(hù),見圖5:長管棚施工縱斷面示意圖。

        3.采空區(qū)前段開挖及支護(hù)

        待長管棚施工完成后,采用機(jī)械開挖工藝,每次開挖進(jìn)尺不超過鋼架間距,隧道襯砌形式采用采空區(qū)加強(qiáng)段襯砌結(jié)構(gòu),開挖后及時支護(hù),并觀測隧道已開挖段及掌子面出水量,若出水量較大,則按照施工圖文件進(jìn)行環(huán)向注漿堵水等措施。

        長管棚工作室起點(diǎn)至采空區(qū)段采取機(jī)械開挖,長管棚工作室前5米按IV級圍巖瓦斯段襯砌進(jìn)行擴(kuò)挖及支護(hù),后2米按抗水壓襯砌進(jìn)行擴(kuò)挖及支護(hù),長管棚工作室終點(diǎn)至采空區(qū)段采用抗水壓襯砌進(jìn)行支護(hù)。

        4.采空區(qū)采用套拱加固及C35鋼筋混凝土底板

        采空區(qū)拱部及邊墻施作1m厚的C15混凝土套拱,采空區(qū)下部采用2m厚C35鋼筋砼板,隧道底板以下2m回填C15混凝土,邊墻兩側(cè)回填土石宜選用洞渣中的片塊石碼砌。

        5.采空區(qū)后段開挖及支護(hù)

        采空區(qū)后段10米范圍內(nèi)采用機(jī)械開挖,其支護(hù)按抗水壓襯砌進(jìn)行支護(hù),并觀測隧道已開挖段及掌子面出水量,若出水量較大,則按照施工圖文件進(jìn)行環(huán)向注漿堵水等措施。

        (三)隧道通風(fēng)安全保證措施

        施工采用壓入式通風(fēng)方式,左、右洞外均安裝一臺4SDF-6-N0.15/90*4的軸流送風(fēng)機(jī),用拉鏈軟風(fēng)管相連,從而將新鮮空氣送入左洞作業(yè)面。用1.3m比托管、U形壓力計以五環(huán)10點(diǎn)法測試管道全壓和靜壓,用1.3m比托管、DGm29型補(bǔ)償式微壓計測試通風(fēng)管內(nèi)風(fēng)的動壓。用電子風(fēng)速儀以9點(diǎn)法測試風(fēng)速、風(fēng)量。

        (四)隧道逃生救援通道設(shè)置安全保證措施

        逃生主通道采用φ800鋼管,壁厚10毫米,連接鋼板連接,同救生管道一樣布置于二襯到掌子面之間。逃生主通道在洞內(nèi)掌子面與下導(dǎo)坑之間安裝鋪設(shè)長度為50m作為逃生管道,發(fā)生突發(fā)事件后可確保遇險人員順管道脫離危險區(qū)。

        五、結(jié)語

        在隧道施工過程中,遇到穿越煤礦的情況比較常見,在施工過程中,必須做好預(yù)測、預(yù)報、分析工作,從而采取提前措施。防止突發(fā)情況發(fā)生,確保人員安全與施工的正常進(jìn)行。對于特殊的地段和地層,需要設(shè)置專門的手段和方法,從科學(xué)的角度合理的解決問題,以確?,F(xiàn)場施工安全順利進(jìn)行。

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