煤层采空区隧道三层超前小导管预支护施工技术

煤层采空区隧道三层超前小导管预支护施工技术

摘要：煤层采空区是铁路隧道典型的不良地质之一，本文以赣龙铁路小密隧道施工为例，阐述三层超前小导管施工技术在煤层采空区中实际运用

关键词：煤层采空区三层超前小导管预支护

中图分类号：p618.11 文献标识码：a 文章编号：

一、引言

在铁路隧道施工中，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坍方。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。

隧道煤层采空区施工，通常采用的超前预支护工艺是洞内长管棚或洞内5米超前预注浆等施工技术，但由于受开挖断面的局限，洞内长管棚方案施工长度、角度和注浆效果均很难达到设计要求，而洞内预注浆工艺周期长、分台阶施做注浆效果难达到预想要求。本文结合小密隧道煤层采空区地段的实际施工，对隧道煤层采空区地段的超前预支护工艺施工方法进行实地分析、探讨，采用三层超前小导管预支护技术，较好的解决了上述施工难题，对采空区施工中坍方和抑制变形取得了较好的效果。

二、工程概况

小密隧道位于江西省会昌县小密乡内，全长1493m。隧道为时速

200km/h客货共线双线铁路隧道，隧道内线间距为4.4～4. 6m。

该隧道地质条件非常复杂，隧址区表层分布人工填土，第四系残坡积层、第四系下更新统坡洪积层，下伏基岩主要为：石炭系中统黄龙组（c2h）灰岩；石炭系下统梓山组（c1h）泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质页岩、煤层；泥盆系上统三门滩组（d3z）细砂岩；寒武系下统（∈a）凝灰质砂岩、变质砂岩。ⅴ级围岩占42%；地下水较发育；隧址区存在断层破碎带4条及岩层分界线2条。

隧址区dk86+700～+940段线路穿越煤矿开采区。dk86+760～+998段存在煤层，部分地段存在煤层采空区。局部煤层地段可能存在瓦斯富集。经地质勘探分析后确定该段按低瓦斯工区设计和施工，隧道衬砌支护结构按三级瓦斯地段设防。路线附近分布有深浅不一的煤矿探洞，无任何支护，开采后未进行人工回填，部分探洞自然垮塌掩埋，少量洞内存在积水情况，对隧道施工存在一定影响。施工风险极高。

小密隧道是具瓦斯、岩溶、软弱围岩及复杂地质于一身的极高风险隧道，是赣龙铁路的重点控制工程。

小密隧道自开工以来，进尺缓慢，主要是进入煤层采空区施工时先后5次出现采空区拱顶不同程度的坍方。特别是在dk86+ 862掌子面进行钢拱架支护作业，突然听到dk86+866附近拱顶发出较大的坍塌轰鸣声，并持续了较长一段时间，dk86+ 862-- +869段钢架沉降明显发生较大变形，作业工人随即全部撤出现场。dk86+866监控量测资料显示：次日拱顶沉降值247mm。dk86+862段次日设点，

第三天沉降值达54ｍｍ。隧道变形沉降非常大，施工风险剧增。三、三层超前小导管施工技术

剖面图

1、本图为拱部三层小导管注浆预支护，a、b两榀钢架为一循环（图中未示径向系统锚杆和钢架定位系筋）。

2、超前小导管配合钢架使用，相邻两排小导管的水平搭接长度不小于1.5米，纵向间距为3m一环。

3、除按图示布置超前小导管外，为抑制钢架整体下沉，对上台阶两侧拱脚处也需注浆加固处理（可沿径、纵向偏下插打小导管）。上台阶锁脚钢管由原设计的一组增加至两组。

4、超前小导管设计参数：

超前小导管规格：热轧无缝钢花管，单根长5米，外径50mm，壁厚5mm。

a、b单元钢架小导管环向间距60cm且交错布置，直接在a、b单元钢架钻孔定位，b钢架钻孔为竖向椭圆形，以利调整2号导管的角度。

倾角：a单元钢架插打1号小导管，倾角为5°～10°；

b单元钢架插打2号小导管，倾角为20°；

3号小导管在a、b单元之间沿b钢架顶部插打，环向间距30cm，倾角为40°。

5、小导管施工要求：

小导管采用钻孔打入，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，小导管穿

过钢架用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%。

小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，当所有小导管安设完毕后，在a、b单元附近及工作面喷射混凝土。

6、小导管注浆：

水泥浆液水灰比：0.8:1（重量比）。

注浆压力：0.5-1mpa.

注浆顺序：先注1号小导管再注2号小导管最后注3号小导管。所有注浆均自下而上进行，当一次注浆效果达不到设计终压可在较短时间内进行二次补注浆。

注浆过程要分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。并做好注浆记录。

注浆压力达到设计终压时刻结束注浆。

四、施工注意事项

1、开挖时不爆破，采用挖机配破碎器逐榀掘进，循环进尺为一榀格栅钢架，尽量减少对围岩的扰动，保证施工的绝对安全。

2、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。并施作超前物探、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30～50米，每次搭接5米，两侧壁及隧底每隔10米进行一次物探。

3、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。采空区浅埋段地表必须进行全范围封闭防水。

4、

5、为保证钢架稳定性，按三台阶临时仰拱法及时施作临时仰拱，上台阶钢架及时成环。二衬及时跟进开挖面，二衬与开挖面距离保持在45m以内。

6、隧道预留沉降量应放大至50-60cm.

五、结语

通过本隧道现场施工情况说明：隧道穿过采空区时采用三层超前小导管等施工技术，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；三层超前小导管施工技术还可用于浅埋偏压软弱围岩隧道。在今后的隧道施工中进行进一步探讨三层超前小导管施工技术，并在实践中不断研究，逐步完善和提高。

参考文献

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[5]胡扬、李海等.真武山隧道穿越大型采空区的设计施工技术