隧道穿越煤層與采空區施工探討

楊 杰（四川川交路橋有限責任公司 四川廣漢 618300）

隧道穿越煤層與采空區施工探討

楊 杰
（四川川交路橋有限責任公司 四川廣漢 618300）

本文主要介紹隧道施工穿越煤層與采空區瓦斯段施工工藝及相應的預防與處置措施。

隧道;煤層;采空區施工

一、工程簡介：

四川宜敘高速公路都良隧道位于興文縣境內，為雙向四車道高速公路隧道，設計速度為80km/h，隧道左線1185m，右線1228m。都良隧道進口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1000m，R右=970m；隧道洞身為直線；出口左右線均位于曲線上，曲線半徑分別為R左=1206.836m，R右=1350m。

隧址區屬構造剝蝕、侵蝕、溶蝕低山～丘陵地貌，隧道穿越都良山最高標高約為554米，最低點為隧道進口附近的古宋河河谷底，標高約330m，相對高差約224m,隧址區山脈谷地總體呈北西～南東走向，微地貌主要受地層巖性及地質構造控制，隧址區進出口段均以志留系上統韓家店組頁巖夾粉砂巖為主，隧道左側為二疊系下統棲霞茅口組灰巖。二疊系龍潭組，是區域上的主要含煤段之一，主要有11層煤，隧址區主要開采“K1”和“K11”煤層。龍潭組煤層為高瓦斯地層，其中左洞ZK76+413～ZK76+645、右洞K76+413～K76+645段為高瓦斯工區，并伴有老窯采空區；左洞ZK76+645～ZK77+300、右洞K76+645～K77+318段為低瓦斯工區，其余為無瓦斯工區，本隧道瓦斯工區段落長，為施工安全考慮，全隧道均按高瓦斯隧道進行施工管理。即全隧道在瓦斯設防措施（預測預報、結構防護措施、鉆爆要求）及瓦斯隧道施工管理要求（瓦斯檢測、施工通風、電氣及機械設備）兩方面均按高瓦斯隧道要求執行。

二、施工方案：

隧道施工嚴格按照“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則。其中本隧道為高瓦斯隧道，穿越煤層及采空區時有煤與瓦斯突出風險，應按超前地質預報反應的地質情況做好揭煤及采空區周邊加固施工措施。

1、超前地質預報

①、TSP法檢測

TSP法的技術原理，是采用回聲測量的原理，進行地震勘探方法，地震波在巖石中傳播時，一部分信號反饋，一部分信號，會繼續折射傳播。

②、瞬變電磁儀檢測

主要的工作原理，是根據其向地下發射的電磁波反饋信息，得知被測目標的物理參數。在本隧道超前預報工作中，擬采用小回線(發射線圈一般采用3m×3m)大電流發射、中心探頭接收方式的小裝置瞬變電磁法。

工作方法，在洞外組裝發射線框支架，即3m×3m 樹脂材料框架), 在洞內，將射機、接收機、探頭、線框進行組合安裝，其次在支架上安裝探頭。按照下圖所示，在掌子面內進行0.5m點距逐點移動線框，將采集到的數據進行儲存，結束現場測試。

③、地質雷達檢測

地質雷達(GPR)方法，是一種常用無損檢測方法，根據地下介質典型差異，通過電磁波檢測其路基密實度分層的方法。原理如圖1所示。

地質雷達基本原理示意圖1

地質雷達在隧道襯砌的質量檢測中應用較為普遍，但采用 100MHz低頻天線時，也可以用來對掌子面前方30m范圍內的地質條件進行超前預報。地質雷達在以下情況下對前方地質條件的超前預報取得了較好效果：

· 斷層破碎帶。

· 溶洞等體狀地質體。

· 富水帶。

應用地質雷達對掌子面測量時，首先根據目標體的性質，其次通過連續采集、控制輪測量、逐點采集等測量方式進行測量。

2、穿越煤層高瓦斯段

K76+413～K76+645，ZK76+413～ZK77+645段施工，根據前期設計勘察鉆孔及TsP超前預報，以上左右兩段洞身均穿越多條煤層及煤線，其中K1及K11煤層為可采煤，厚0.6m～0.8m及1.6m～2.2m。

（1）、揭煤防突施工方法

①、超前鉆孔以明確相關情況

隧道開挖揭煤，在開挖上導坑時，按照相關的施工參數進行挖掘，掘進至煤層20m遠，超前鉆孔在3個以上，進入頂(底)板要超過0.5m，記錄好巖芯情況后，根據資料判斷煤層是否存在畸變。施作超前鉆孔時，直徑控制在108mm，當發現其地質構造出現巖體破碎等情況時，需在輪廓線外5m范圍內，布置一定的超前鉆孔，從而更好的明確煤層、瓦斯情況。

②、施作預測孔，進行煤與瓦斯突出危險性預測

施做預測孔，是為了的更好的預防煤與瓦斯問題的危險，采用鉆屑指標法進行預測，隧道開挖采用上、下導坑法。

③、瓦斯突出措施

防治瓦斯突出，常采用多排鉆孔排放，或是抽放的預防措施。鉆孔控制范圍：控制在其隧道輪廓外上方7m左右處、左右兩側6m、底部3m、鉆孔孔徑108mm，進入底板巖層要超過0.5m；抽排半徑控制在1.5m左右。

④、瓦斯排放

在進行排放時，洞內施工應停止。

⑤、防突效果檢驗

利用上下導坑打檢查孔的形式，檢測瓦斯排放效果。

⑥、放炮揭開和穿過煤層

排放檢測結束后，將排放鉆孔進行封堵。采用自進式錨桿加固的措施后，進行震動放炮揭煤。

（2）揭煤、防突、瓦斯排放的施工途徑

首先在保證施工情況明確掌握后，對于煤層層位的鉆孔布置進行控制，其中鉆孔布置見圖2。

探測孔布置圖2

然后利用鉆屑指標法為主，鉆孔瓦斯涌出初速度法為輔的方法，進行預測鉆孔；采用多排鉆孔排放，或是條帶抽放的方式，進行突出防治；其中條帶抽放技術，是指通過帶狀預抽鉆孔布置，在進行預抽的同時，控制一個條帶范圍。其中的局部防突技術，包括水力沖孔、超前鉆孔、松動爆破等措施；而通過水力沖孔，消除突出。

其次隧道放炮揭開，以及穿過煤層時，為避免煤層垮落，產生突出的情況，，一般會采用自進式注漿錨桿方式，對于巖體進行超前注漿加固。并按照預測相同的方法，以及指標檢驗措施，進行防突措施效果檢驗；在檢驗結束后，采用“低爆力震動放炮部分露煤揭石門”方法，進行放炮揭煤，以及穿過煤層的爆破設計。施工中的安全防護措施有：遠距離爆破、安裝壓風自救器或隔離式自救器、設置避難所或安全躲避地點、進行爆破或其他容易導致突出的工序時回風系統設置禁區、瓦斯監測系統連續監測瓦斯和瓦斯超限切斷電源、使用防爆電氣、石門揭煤時采用金屬骨架、震動性爆破、設置金屬擋欄等。

3、穿越采空區

采空區原則上根據采空區大小、填充物以及采空區與隧道相對位置采取疏導排放、清淤、充填、加固處理措施。

A、本隧道為高瓦斯隧道，采空區為老煤礦廢棄巷道，采空區中多聚集瓦斯和積水，揭采空區施工參見穿越煤層揭煤一項，采空區中積水采取排放疏導，在施作初期支護與二次襯砌時預留排水管道接入隧道中央排水系統。

B、采空區巷道坍塌形成堆積體，在隧道上部應清理并用鋼拱架支撐，用噴射混凝土初噴，上部回填2m厚C20混凝土，預留φ100壓沙孔對剩余空洞壓沙回填；

C、采空區瓦斯抽排：

根據瓦斯抽采治理實際經驗。在巷道輪廓線兩側和中部向前進方向各施工兩個長度為50m，孔徑為 Φ75mm鉆孔，進行預抽排放后，能有效解決施工過程中采空區瓦斯異常涌出的危害。施工過程中以可根據實際抽采效果進行調整。

根據鉆孔孔口段煤(巖)性質、裂隙發育程度及孔口負壓等情況，鉆孔封孔方法確定為AB膠或鉆用水泥注漿封孔。

封孔管采用抗靜電、防阻燃的工程塑料管、膠管或鐵管。孔內抽采管采用DN32管子，長度控制在10m，抽采管在孔內頂端鉆15個左右，且直徑在10mm左右的小孔，最后用鐵篩網包裹扎好。

三、結束語

隧道施工時，不良地質情況較普遍，開挖過程中首先應遵循短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤測量的原則，總結施工中處理問題的經驗，通過超前地質預報出前方圍巖情況，結合設計文件，確定好施工方案，以上提出的幾個不良地質施工情況的處理，希望與隧道施工者探討學習。

TU75

B

1007-6344（2016）06-0245-01