隧道穿越采空区施工技术

隧道穿越采空区施工技术
[摘要]隧道穿越不良地质段一直是施工过程中存的技术难题，本文主要讲述隧道通过地下小煤窑采空区时的一些施工工艺及技术，有一定的推广价值。

[关键词]隧道采空区施工技术
中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）12-0047-02
1、工程概况
内蒙古伊泰集团准东铁路公沟隧道穿越地隶属鄂尔多斯高原台地、丘陵沟壑区，工点范围内地质构造简单，岩层产状呈平缓波状起伏，工点范围内无控制性大型构造，进口段节理发育。

地表植被较发育，地表标高介于1338～1387m，最大埋深56m.
2、不良地质
不良地质主要为隧道进口段dk45+422～dk45+500位于采空塌陷区，线路行走于满世忽吉图村煤矿与敖家沟煤矿的分界线附近，当前开采的主要为3#煤，采空顶底板标高1316～1321米，采空高度2.5～4米，开采方法为房柱式开采，留有不规则煤柱；该段岩体破碎，裂缝发育，塌陷间距一般为3～5米，塌陷及裂缝走向主导为n40〔o〕e，与煤矿巷道走向基本一致。

该段位于切层深大滑坡前缘，成因为后缘山体采空塌陷导致应力变化，主滑区地貌特征表现为坡面发育多组纵横及环形裂缝，山体前缘微凸，后缘坡面明显错动，后壁高0.5～1.4米，滑体主轴s58
〔o〕e，主轴长度260米，滑体最大厚度为20米，滑体物质组成以泥岩为主，表层为黄土，滑床为泥岩。

3、隧道衬砌支护结构及防排水措施
3.1 衬砌及支护结构
隧道采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以钢拱架、锚杆、喷射混凝土等为初期支护，模筑混凝土为二次衬砌，并在两次衬砌之间敷设eva防水板加土工布。

采空区端洞门形式根据地理状况采用台阶式洞门。

3.2 防排水
3.2.1 洞内防排水
洞内复合式衬砌段采用ф80mm边墙纵向排水管，环向ф50mm的排水半管、eva防水板和土工布进行环向防排水。

环向施工缝采用遇水膨胀止水条和外贴式止水带，纵向施工缝采用钢边橡胶止水带。

隧道防排水充分利用混凝土衬砌结构自防水能力，混凝土衬砌抗渗等级不得低于p6。

3.2.2 洞外排水
进口采空区端洞外线路两侧设检查井，洞内侧沟水排至检查井，洞外设暗管排水，在dk42+140处线路左侧设圆包头式出水口，出水口选择在背风向阳处。

为便于清淤设9个检查井。

4、隧道穿越采煤层空区主要施工技术
隧道进口端dk42+422～dk42+500里程段位于煤层采空区范围内，
采空区顶板高程1321米，洞口路肩设计高程为1330.1米，采空顶板距离隧道内路肩设计线约9米，采空区高度2.5～4米，开采方式为房柱式开采，留有不规则煤柱。

对于隧底采空区的处理，关键在于对隧底的加固填充处理，采取预注浆加固措施。

由于隧道采空去与一般路基采空区注浆不同，且该采空区顶板极薄。

原设计按照隧道开挖与注浆交替进行的方案施工，经过反复论证对比，最终决定采取先进行地表注浆、待注浆完成后在开挖隧道的施工方案。

由于该段地质情况复杂，决定采用“短台阶预留核心土法”开挖，钻爆开挖开挖采用微震动爆破技术，并严格控制超、欠挖量，根据现场情况及时做好监控量测项目并适时调整，要尽早封闭、紧跟衬砌。

4.1 施工工艺及流程
采空区施工采取短台阶法施工方案，其施工步骤为：①拱部超前支护；②上台阶开挖：③上部初期支护；④下台阶左半幅开挖及支护；⑤下台阶右半幅开挖及支护；⑥整体灌注仰拱砼、仰拱回填；
⑦铺设环向水管及防水板；⑧施做二次衬砌。

支护参数为：10cmc25喷射砼， 3m长直径25mm自钻式（中空）锚杆，间距i100×loocm，长度20×20cm直径8mm钢筋网， i16型钢钢架，问距2米/3榀，4m长超前锚杆，环向间距35cm，35cm模注c30砼二次衬砌，仰拱为40cm现浇c25砼；台阶长15m，先超前支护后开挖，微震光面爆破。

施工时严格遵守“早预报、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、
强支护、勤量测、快封闭、紧衬砌”的原则。

超前注浆锚杆的施工采用先护后挖，然后上台阶开挖采用简易台架人工风枪钻眼，三角形三中孔眼直眼掏槽，微震光面爆破开挖，循环进尺1.5～2.om；拱部初期支护施工顺序为初喷、架立钢架、径向中空22锚杆、挂 8钢筋网、复喷c25砼至设计厚度，必要时增设拱脚锁脚锚杆；下部开挖后及时将工字钢拱架连接闭合，进行锚喷初期支护，灌注c25号仰拱混凝土，c20混凝土仰拱填充；铺设环向排水管及隧道专用防水卷材，初期支护基本稳定后施做整体模筑二次衬砌（图1）。

同时加强超前地质预报和围岩量测，超前探测采用雷达$1]tsp进行，通过雷达探测了解采空区情况，通过tsp探测了解掌握隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）和位置及规模；隧道通过煤层地区，因煤层有沼气溢出，围岩软弱，应力较大。

每次开挖进尺控制在2m以内，保持每次开挖面积小，瓦斯溢量不大，开挖后初期支护要紧跟掌子面，做到快锚喷，尽快闭合，初喷砼紧跟工作面能及时封闭岩面，防止瓦斯向隧道泄漏；弱爆破，采用低爆力部份露煤震动放炮方案。

即采用低爆力的矿用安全炸药（目前大量生产和使用的2号和3号煤矿许用炸药以及相应的抗水型，其对瓦斯的安全性随号数递增，威力则随号数递减）与安全雷管（煤矿许用毫秒电雷管最后一段延期小于130ms），装药系数与普通掘进爆破相同，只在岩石段装药，煤段不装药；加强瓦斯检测、监控量测和超前地质预报工作，了解前方围岩的变化，使整个施工过程都在受控范围之中，加强通风，把瓦斯浓度
降低到爆炸界限以下。

4.2 监控量测
监控量测的目的
为保证隧道通过采空区施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息，使隧道结构既安全、能满足其使用要求，又经济合理，在采空区地段设置必要的监控量测断面，进行全面、系统的监控量测。

①根据监测围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和通过采空区施工安全，掌握围岩和支护的状态，根据监测数据和结果进行日常施工管理。

②通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，为采空区变形发展情况及研究决策提供基础资料，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。

③将监控量测结果及时反馈于隧道设计、施工、建设管理中，确定施工管理等级。

监控量测内容，见表1：
拱顶下沉监测通过对隧道拱顶下沉位移的实际监测，及时掌握支护衬砌情况及地下采空区注浆后的稳定性，具体监测点布置见表2：在隧道洞身地段，出入口边仰坡地段，沿隧道轴线方向布设地表下沉量测断面，其纵向间距见表3：
4.3 施工注意事项
①开挖时进行弱爆破或不爆破，每循环进尺为一榀型钢钢架，尽
量减少爆破对围岩的扰动，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。

③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米，每次搭接5米，两侧壁及隧底每隔10米进行一次物探。

④为保证钢架稳定性，施工的型钢钢架及时成环，二衬及时跟进开挖面，二衬与开挖面距离保持在30m以内。

5、施工效果和建议
隧道通过采空和浅埋的不良地段，通过改进隧道开挖支护方案和施工工艺，使隧道的施工安全和质量得以保证。

经过注浆加固的破碎岩体，爆破开挖后自稳能力得到增强，有效保证了施工作业安全。

在隧道投入使用后，该铁路隧道通过采空区地段一直保持良好的运营状态，未发生过任何地质下沉及衬砌裂缝现象，有良好的社会效益。

参考文献
[1] 姚占虎.大断面黄土隧道穿越煤层采空区施工技术与研究[j]北方交通，2011（2）.
[2] 郭涛.隧道通过采空区施工技术探讨[j]山西建筑，2012（12）.
[3] 赵庚亮，文富源.隧道通过岩溶和采空区施工方案探讨[j]隧道建设，2008（6）.。