隧道过采空区施工技术探讨.doc

1、1隧道过采空区施工技术探讨孔庆暖（中铁六局集团桥隧分公司 北京 100036）摘 要 文章介绍龙排冲隧道穿过煤洞采空区段的施工技术和方法。 龙排冲隧道施工中遇到了大量的采煤遗留下来的采空区，原始地 层被完全破坏，成洞条件困难，施工中发生多次大变形，采取纵向大管棚、斜向大管棚、型钢支撑加固、小导管注浆加固等施工技术，安全顺利的通过了采空区不良地质段。关键词 铁路隧道 采空区 施工技术 1 工 程 概 况龙 排 冲 隧 道 位 于 云 南 省 建 水 县 面 甸 乡 境 内 ， 为 单 线 电 气 化 铁 路 隧 道 ， 起 迄 桩 号DK116+945-DK117+470， 隧 道 全 长 52

2、5m。 测 段 位 于 区 域 性 北 西 向 断 裂 石 屏 -建 水 活动 断 裂 带 之 东 端 ， 左 侧 为 其 支 断 裂 燕 子 洞 断 层 ， 右 侧 为 另 一 支 断 裂 黑 泥 地 断 层 ， 全部 为 级 围 岩 ， 隧 道 从 出 口 向 进 口 独 头 掘 进 进 行 施 工 。 该 隧 道 地 质 条 件 较 差 ， 施 工 过 程 中 遇 到 了 大 量 的 以 前 采 煤 遗 留 下 来 的 采 空 区 ， 开采 时 间 约 为 1982 年 1987 年 之 间 ， 在 洞 身 DK117 120 以 后 段 线 路 附 近 见 多 处 煤 洞 ，洞 口 已

3、 填 埋 ， 坡 面 已 垦 为 旱 地 ， 部 分 煤 洞 回 填 后 形 成 小 的 塌 陷 区 ， 原 始 地 层 被 完 全破 坏 ， 成 洞 条 件 困 难 。 施 工 中 发 生 多 次 大 变 形 ， 初 期 支 护 最 大 挤 压 变 形 达 2m（ 详见 施 工 照 片 图 1、 图 2） 。图 1 在煤层中发现的充填的巷道 图 2 采 空 区 塌 方2 施 工 方 案 、 工 艺本 着 “安 全 第 一 、 稳 扎 稳 打 ”的 原 则 ， 结 合 现 场 隧 道 与 采 空 区 的 空 间 位 置 关 系 的三 种 类 型 ： 采 空 区 位 于 隧 道 顶 部 ， 采

4、空 区 位 于 隧 道 中 部 ， 采 空 区 位 于 隧 道 底 部 。 经 反 复研 究 、 分 析 、 探 讨 及 方 案 比 选 ， 采 用 了 纵 向 大 管 棚 、 斜 向 大 管 棚 、 型 钢 支 撑 加 固 、小 导 管 注 浆 加 固 等 施 工 技 术 ， 安 全 的 通 过 了 采 空 区 不 良 地 质 段 。 根 据 这 三 种 不 同 的2空 间 类 型 ， 采 取 的 不 同 支 护 及 施 工 手 段 如 下 ：2.1 煤 层 采 空 区 位 于 隧 道 中 部 的 处 理龙 排 冲 隧 道 在 DK117+150 +222 穿 越 采 空 区 ， 初 期 支

5、 护 施 工 后 产 生 大 段 变 形 ，右 侧 向 洞 内 挤 入 1 1.5m， 左 侧 向 洞 内 挤 入 1.5 2m。 根 据 现 场 情 况 ， 制 定 如 下 施工 措 施 ： 在 未 揭 开 煤 层 采 空 区 前 ， 根 据 超 前 探 测 结 果 ， 对 未 坍 塌 充 填 但 有 水 的 地 段 ，采 取 钻 孔 排 水 的 方 式 放 水 ； 对 已 经 坍 塌 充 填 的 地 段 ， 采 取 超 前 支 护 ， 有 水 时 采 取 超前 注 浆 固 结 堵 水 等 手 段 加 固 。 揭 开 煤 层 采 空 区 后 ， 在 隧 道 衬 砌 边 墙 两 侧 施 做 厚

6、 度2m 的 浆 砌 片 石 护 墙 ， 护 墙 外 侧 采 用 土 石 回 填 （ 厚 3m） ； 当 采 空 区 位 于 隧 道 断 面 上 部时 ， 在 隧 道 拱 部 施 做 1m 厚 的 C25 混 凝 土 护 拱 ， 并 将 加 强 支 护 的 格 栅 拱 架 也 打 入 护 拱内 ， 护 拱 上 设 干 砌 片 石 缓 冲 层 。当 出 现 采 空 区 挤 压 变 形 后 ， 制 定 施 工 措 施 ： 第 一 步 先 对 坍 方 影 响 段 进 行 加 固 ， 第二 步 再 组 织 对 塌 方 段 进 行 处 理 。1） 塌 方 影 响 段 加 固 对 塌 方 影 响 地 段

7、钢 架 背 后 2m 范 围 内 注 水 泥 浆 充 填 ， 注 浆 层 背 后 采 用 吹 砂 缓 冲层 ， 厚 度 不 小 于 2m； 在 初 期 支 护 断 面 内 缘 再 按 照 1 榀 /m 的 间 距 架 设 I18 型 钢 钢 架 做 为 临 时 支 护 ，钢 架 与 断 面 之 间 的 空 隙 采 用 钢 楔 或 混 凝 土 楔 顶 紧 ， 环 向 按 照 2m 间 距 打 设 22 锁脚 锚 杆 进 行 固 定 ， 锚 杆 长 度 4m， 钢 架 在 衬 砌 前 再 进 行 拆 除 。2） 坍 方 段 处 理塌 方 影 响 段 加 固 完 成 以 后 ， 首 先 对 坍 坑

8、临 空 面 喷 射 10cm 厚 混 凝 土 进 行 封 闭 ， 对分 段 进 行 管 棚 超 前 支 护 ， 然 后 施 作 此 段 初 期 支 护 ， 再 从 塌 方 起 始 里 程 开 始 打 设30m 管 棚 超 前 支 护 至 未 坍 塌 段 ， 最 后 采 用 微 台 阶 法 对 坍 塌 体 进 行 开 挖 支 护 。 按 照 纵 向 间 距 1.5m 打 设 8 排 89 大 管 棚 ； 每 排 自 起 拱 线 以 上 按 照 环 向 间 距40cm、 外 倾 角 45进 行 布 设 ， 长 度 深 入 基 岩 长 度 不 小 于 5m； 设 108 导 向 管 ， 导向 管 长

9、 度 根 据 现 场 实 际 情 况 确 定 ； 管 棚 深 入 基 岩 段 作 梅 花 形 注 浆 孔 ， 注 水 泥 浆 ， 注 浆 参数 依 据 现 场 实 际 情 况 确 定 。 以 上 措 施 处 理 完 毕 后 ， 对 塌 方 临 空 面 采 用 锚 网 喷 支 护 ， 打 设 4m 长 22 砂浆 锚 杆 ， 按 照 间 距 1m 梅 花 形 布 置 ， 挂 设 8 钢 筋 网 ， 网 格 间 距 25cm25cm， 喷 射20cm 厚 C20 耐 腐 蚀 混 凝 土 包 裹 。 打 设 30m 长 89 大 管 棚 对 前 方 塌 方 体 进 行 注 浆 加 固 。 管 棚 自

10、 起 拱 线 以 上 按照 环 向 间 距 40cm 进 行 布 置 ， 外 倾 角 控 制 在 1 3， 管 棚 深 入 基 岩 段 作 梅 花 形 注 浆孔 ， 纵 向 与 横 向 间 距 均 采 用 1.0 米 ， 注 浆 材 料 采 用 纯 水 泥 浆 ， 注 浆 参 数 ： 水 灰 比 为0.5： 1 0.8： 1， 注 浆 终 压 为 3Mpa， 详 见 “注 浆 施 工 工 艺 流 程 图 图 4”。3图 4 注 浆 施 工 工 艺 流 程 图 超 前 支 护 完 成 后 ， 逐 步 清 除 坍 塌 体 ， 并 对 原 初 期 支 护 （ 半 侧 已 塌 垮 ） 逐 步 进 行

11、拆换 ， 按 照 1 榀 /0.5m 间 距 重 新 架 设 I18 型 钢 钢 架 ， 并 打 设 22 锁 脚 锚 杆 进 行 固 定 ，锚 杆 长 度 4m。 纵 向 采 用 22 钢 筋 连 接 固 定 ， 环 向 间 距 按 1m 进 行 布 置 。 钢 架 背 后 铺设 20cm20cm 的 8 钢 筋 网 。 塌 方 段 在 钢 架 内 侧 挂 设 5cm 厚 木 板 模 筑 C25 耐 腐 蚀混 凝 土 作 为 护 拱 ， 护 拱 厚 度 不 小 于 80cm， 护 拱 净 空 要 保 证 不 小 于 50cm 厚 的 衬 砌 厚度 （ 模 板 台 车 放 大 5cm） 。 护

12、 拱 顶 部 预 留 注 浆 孔 ， 在 混 凝 土 强 度 达 到 80 以 后 注 浆回 填 密 实 。2.2 煤 层 采 空 区 位 于 隧 道 顶 部 的 处 理采 空 区 位 于 隧 道 顶 部 ， 在 未 揭 穿 前 超 前 探 测 揭 示 的 情 况 属 于 未 坍 塌 充 填 时 ， 采取 的 处 理 方 式 与 前 述 采 空 区 位 于 隧 道 中 部 的 处 理 方 式 相 同 。 当 揭 示 的 采 空 区 属 于 坍 塌 充填 时 ， 采 取 超 前 注 浆 固 结 、 堵 水 ， 防 止 突 水 、 突 泥 ， 然 后 采 用 台 阶 法 开 挖 ， 超 前止 浆

13、墙布 孔埋孔口管钻 孔注水试验注 浆洗孔复注浆若干次终 孔检 查测定渗水量追加注浆钻孔注浆结束设置注浆泵站注浆前地质检查连通试验注浆观测浆液材料准备施工准备4小 导 管 注 浆 预 支 护 ， 并 在 施 工 中 全 环 架 设 格 栅 拱 架 。2.3 煤 层 采 空 区 位 于 隧 道 底 部 的 处 理对 于 隧 底 采 空 区 的 处 理 ， 关 键 在 于 对 隧 底 的 加 固 处 理 ， 采 取 “探 ”、 “灌 ”相 结合 的 处 理 原 则 。 对 煤 层 采 空 区 及 其 影 响 范 围 段 隧 道 基 底 采 用 75 钢 管 桩 注 浆 加 固 ，钢 管 桩 纵 向

14、与 横 向 间 距 均 采 用 1.0 米 ， 深 度 原 则 上 不 超 过 10 米 ； 但 当 钻 至 10 米时 仍 揭 示 采 空 区 ， 在 查 明 采 空 区 底 板 后 整 孔 处 理 。 钢 管 桩 内 压 注 水 泥 水 玻 璃 双 液 浆 ，水 泥 和 水 玻 璃 浆 液 比 一 般 为 1： 1 1： 0.6， 浆 液 浓 度 为 1： 1.25 1： 0.8， 水 玻璃 浓 度 为 35Be， 缓 凝 剂 掺 量 为 2 2.5 ， 注 浆 终 压 为 1.5 2.0Mpa。三 、 施 工 注 意 事 项1、 加 强 对 采 空 区 的 超 前 支 护 ， 对 拱 部

15、 采 空 区 提 前 进 行 大 管 棚 等 注 浆 加 固 处 理 。2、 开 挖 时 进 行 弱 爆 破 或 不 爆 破 ， 每 循 环 进 尺 为 一 榀 格 栅 钢 架 ， 尽 量 减 少 爆 破 对 围 岩的 扰 动 ， 保 证 施 工 的 绝 对 安 全 。3、 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 。4、 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 75 钻 管 ， 长 度 为

16、 30 米 ， 每 次 搭 接 5 米 ， 两 侧 壁 及 隧 底 每 隔 10 米 进 行 一 次物 探 。5、 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 ； 对 探 测 出 前 方 有 采 空 区 的 进 行 提 前 封 闭 防 水 ，并 设 置 警 示 带 ， 警 示 牌 等 。 待 衬 砌 28 天 后 再 进 行 回 填 处 理 。6、 为 保 证 钢 架 稳 定 性 ， 施 工 的 格 栅 钢 架 及 时 成 环 ， 二

17、 衬 及 时 跟 进 开 挖 面 ， 二 衬 与 开挖 面 距 离 保 持 在 30m 以 内 。四 、 体 会 及 建 议通 过 本 隧 道 现 场 施 工 情 况 表 明 ， 隧 道 穿 过 采 空 区 时 采 用 纵 向 大 管 棚 、 斜 向 大 管 棚 、型 钢 支 撑 加 固 、 小 导 管 注 浆 加 固 等 施 工 技 术 ， 能 安 全 、 保 质 的 通 过 采 空 区 不 良 地 段 ， 是采 空 区 隧 道 施 工 中 一 种 有 效 的 、 安 全 的 方 法 ； 但 还 有 必 要 进 行 进 一 步 的 探 讨 ， 并 在 实践 中 不 断 研 究 ， 逐 步 完 善 和 提 高 。作 者 简 介 :孔 庆 暖 ， 男 ， 工 程 师 。 1999 年 毕 业 于 河 北 建 筑 科 技 学 院 。 联 系 电 话 :13368732186