張少秋，吳秀儀，郭 哲, 金偉強(qiáng)

（1. 湖北長(zhǎng)江三峽滑坡國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 引言

道路交通隧道、礦山開發(fā)中平硐在穿越富含巖溶水地層或受老窯水影響的區(qū)域時(shí)，為實(shí)現(xiàn)安全施工，需遵循“安全第一、預(yù)防為主”的方針，堅(jiān)持“有掘必探、先探后掘”原則，從而確保安全施工。

因巖溶水、采空區(qū)范圍資料不祥等情況，將會(huì)給平硐的安全施工帶來了威脅［1-3］。為解除相關(guān)水害威脅，需在平硐掌子面布置鉆孔對(duì)平硐周圍巖溶水、采空區(qū)水進(jìn)行探放。

2 探放水技術(shù)措施現(xiàn)狀

目前探放水技術(shù)措施主要有：

（1）利用采掘技術(shù)資料與少量鉆孔。

當(dāng)平硐穿越的采空區(qū)為大中型礦山所遺留下的，因這些礦山企業(yè)各專業(yè)技術(shù)人員配備齊全，技術(shù)資料完整，各采空區(qū)的分布情況均在采掘平面圖上標(biāo)識(shí)。因此可通過收集礦山的采掘技術(shù)資料而準(zhǔn)確掌握采空區(qū)的分布范圍，同時(shí)施工少量的探放水鉆孔，即可實(shí)現(xiàn)平硐安全穿越采空區(qū)的目的［4-6］。

（2）通過物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與施工鉆孔。

當(dāng)平硐需穿越巖溶水分布區(qū)域較大、含水量豐富時(shí)，根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合物探對(duì)平硐的超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，圈定出巖溶水的分布范圍；然后通過施工探放水鉆孔，實(shí)現(xiàn)平硐安全穿越巖溶水區(qū)域［7］。

（3）通過施工大量的探放水鉆孔。

當(dāng)平硐穿越一些小煤窯所遺留的采空區(qū)，因歷史原因，這些小煤窯存在亂采亂伐而沒有相應(yīng)的技術(shù)資料。故在這些區(qū)域施工平硐，需施工大量的探放水鉆孔來準(zhǔn)確確定老窯水的位置。

這些探放水措施在平硐穿越巖溶水、老窯水時(shí)起到積極有效的作用，保障了平硐的安全施工。但這些措施應(yīng)用到小煤窯所遺留的采空區(qū)，存在以下問題：

（1）物探技術(shù)很難準(zhǔn)確掌握采空區(qū)分布范圍。

因小煤窯以往多采取“巷采”的方式亂采亂挖，所遺留的采空區(qū)極不規(guī)整，采空區(qū)具有面積小、積水量少，但分布范圍廣的特征。故很難通過物探的方法準(zhǔn)確確定采空區(qū)的分布位置。

（2）鉆孔實(shí)施量大、工程周期長(zhǎng)、工程費(fèi)用大。

在平硐掌子面布置大量探放水鉆孔，鉆孔的施工工期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約平硐的掘進(jìn)速度，同時(shí)施工大量的鉆孔使得工程費(fèi)用增加。

因此，為了解決以上問題，需找到一種適合受老窯水影響的平硐探放水技術(shù)，特別是適用于隧道或平硐穿越小煤窯所遺留下的采空區(qū)。

3 受老窯水影響的平硐探放水措施

受老窯水影響的平硐探放水技術(shù)主要包括探放水鉆場(chǎng)的布置、鉆場(chǎng)的支護(hù)，平硐掌子面及探放水鉆場(chǎng)鉆孔相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)為降低施工成本，對(duì)探放水鉆場(chǎng)進(jìn)行綜合利用。

3.1 工程概況

黔西南某煤礦一采區(qū)運(yùn)輸平硐施工為實(shí)例，施工前對(duì)工程地質(zhì)資料、采掘工程平面圖進(jìn)行分析，確定該運(yùn)輸平硐可能穿越采空區(qū)，但因技術(shù)資料的缺乏，無法準(zhǔn)確確定運(yùn)輸平硐穿越采空區(qū)的具體區(qū)域。

因此，為確保運(yùn)輸平硐安全穿越采空區(qū)，施工中采用物探方法對(duì)運(yùn)輸平硐進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。通過物探方法初步確定主要采空區(qū)位于運(yùn)輸平硐右側(cè)，運(yùn)輸平硐施工約220m將穿越采空區(qū)，為使該段運(yùn)輸平硐安全施工，需進(jìn)行相應(yīng)的探放水設(shè)計(jì)、施工。

3.2 設(shè)置探放水鉆場(chǎng)

在平硐的右側(cè)布置探放水鉆場(chǎng)，探放水鉆場(chǎng)距離掌子面的距離為5m，鉆場(chǎng)底板標(biāo)高比平硐底板低0. 3m。

通過布置探放水鉆場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了掌子面與鉆場(chǎng)的探放水鉆孔平行施工，大幅縮短探放水鉆孔的施工時(shí)間。如圖1所示。

圖1 探放水鉆場(chǎng)布置側(cè)視圖 (單位：cm)

鉆孔采用ZK-150鉆機(jī)施工，該鉆機(jī)要求硐室斷不小于4.24m2，寬度不小于2.3m，高度不小于1.8m。同時(shí)考慮到該探放水鉆場(chǎng)在平硐完工后可作為躲避硐室，故鉆場(chǎng)的參數(shù)設(shè)置為：高2.7m、寬2.5m、深2.5 m。

3.3 鉆場(chǎng)的支護(hù)

采用工字鋼架棚支護(hù)，由頂梁與棚腿組成［8］，棚距為0.7m，探放水鉆場(chǎng)內(nèi)支設(shè)3個(gè)架棚。頂梁上鋪網(wǎng)格為50mm×50mm鋼筋網(wǎng)，棚腿后鋪設(shè)800mm×100mm×50mm木板進(jìn)行背幫。

為增強(qiáng)棚架支護(hù)的穩(wěn)定性、整體性，棚架之間支設(shè)5根撐木，其中頂梁之間布置1根撐木，兩幫棚腿之間各布置2根撐木，詳見圖2所示。

圖2 探放水鉆場(chǎng)支護(hù)圖

3.4 布置鉆孔

為防止老窯水大量透入平硐，需設(shè)計(jì)探水鉆孔11個(gè)，各探放水鉆孔的布置詳見圖3。

圖3 探放水鉆孔布置圖 （單位cm）

8#鉆孔為中心孔，布置在掌子面3的中部，方位與運(yùn)輸平硐掘進(jìn)方位相同，孔口距運(yùn)輸平硐底板的距離為1m，位于平硐中線，鉆孔深度為80m；1#、3#、5#、7#、10#鉆孔布置掌子面的左側(cè)，2#、3#、6#、9#、11#鉆孔布置在鉆場(chǎng)中部，各鉆孔間的距離為0.5m，各探放水鉆孔的參數(shù)詳見表1。

表1 探放水鉆孔參數(shù)表

通過施工這些探放水鉆孔可控制運(yùn)輸平硐上方35m、下方15m、左右各12m的圍巖，從而確保運(yùn)輸平硐的安全施工。

3.5 鉆場(chǎng)的多次用途

鉆場(chǎng)底板比運(yùn)輸平硐底板低0.3m，故探放水鉆孔完工后，該鉆場(chǎng)可作為運(yùn)輸平硐施工期間平硐圍巖滲水、施工污水的沉淀池，沉淀后的水通過運(yùn)輸平硐的排水系統(tǒng)排出地表。

當(dāng)平硐施工完成后，將鉆場(chǎng)底板回填至平硐頂板的高程，根據(jù)安全生產(chǎn)需要，將鉆場(chǎng)設(shè)置成運(yùn)輸平硐的躲避硐室，實(shí)現(xiàn)了鉆場(chǎng)的綜合利用。

4 結(jié)論

道路交通隧道、礦山開發(fā)中平硐在穿越受老窯水影響的區(qū)域時(shí)，通過在掌子面附近布置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)底板的標(biāo)高低于平硐標(biāo)高，在掌子面、鉆場(chǎng)同時(shí)布置探放水鉆孔。該探放水措施具有如下特點(diǎn)：

（1）短探放水鉆孔的施工時(shí)間，提高掘進(jìn)效率：通過施工鉆場(chǎng)，在平硐掌子面與鉆場(chǎng)中布置探放水鉆孔，且鉆場(chǎng)離掌子面5m，實(shí)現(xiàn)了掌子面鉆孔與鉆場(chǎng)鉆孔平行施工，大幅降低探放水施工時(shí)間，提高平硐掘進(jìn)效率。

（2）場(chǎng)的綜合應(yīng)用、降低工程的造價(jià)：在探放水過程中，鉆場(chǎng)可作為鉆孔的施工場(chǎng)所；探放水結(jié)束后，可作為平硐施工期間圍巖滲水、施工污水的沉淀池；平硐完工后，根據(jù)生產(chǎn)需要又可作為躲避硐室，提高了鉆場(chǎng)的使用效率，降低工程造價(jià)。

（3）學(xué)設(shè)計(jì)探放水鉆孔，保障平硐安全通過采空區(qū)：通過在掌子面、鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)探放水鉆孔，控制平硐上方、下方、左右一定范圍內(nèi)的圍巖，有效防止老窯水大量透入平硐，從而確保施工期間的安全。