巴準鐵路王家梁隧道膨脹巖與低瓦斯隧道施工技術

田海洋

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

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巴準鐵路王家梁隧道膨脹巖與低瓦斯隧道施工技術

田海洋

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

摘 要：王家梁隧道是巴準鐵路的一條重點隧道，隧道洞身以砂巖夾泥巖為主要地層，砂巖為薄層－中厚層狀構造，泥巖為砂泥質結構，薄層構造狀；間夾煤層，全隧道都位于膨脹巖地層，并存在瓦斯有害氣體。本文總結了王家梁隧道膨脹巖及低瓦斯隧道施工工藝及注意事項，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞：膨脹巖；低瓦斯隧道；施工工藝；注意事項

1. 工程概況

巴準鐵路是重載煤運鐵路通道，鐵路正線長128.102km，王家梁隧道是巴準鐵路的一條重點隧道，隧道全長3216m，工點位于內蒙古鄂爾多斯市準格爾旗境內，隧道進口里程DK45+600，路肩高程1320.1m，出口里程DK48+812，路肩高程1329.8m，隧道全長3212m，隧道最大埋深83.1m。工程地處鄂爾多斯盆地，該盆地蘊含豐富的煤炭資源。根據地質調繪和鉆探揭示，隧址區表覆第四系全新統沖洪積砂質黃土、上更新統風積砂質黃土和第三系上新統泥巖，下伏侏羅系下統砂巖夾泥巖，該套地層中含多層煤及煤線。侏羅系下統泥巖，為弱膨脹巖，自由膨脹率為35%～50%，巖芯風干失水后多龜裂，具有明顯的吸水膨脹、軟化、強度降低、失水收縮的特征。

2. 施工方案

2.1 膨脹巖段施工方案

隧道洞身穿越膨脹性泥巖地層，開挖后受自由水的影響，引起膨脹壓力，對支護結構產生附加的膨脹性地壓，使隧道凈空斷面縮小，支護結構破壞。通過反復比選及現場實踐，采用3臺階法施工，開挖后立即初噴砼封閉巖面，減少圍巖暴露時間，控制施工用水，減少水的漫流和積水浸泡，減少巖體濕脹干縮對隧道產生不利影響。根據具體情況加大預留變形量，確保設計凈空尺寸，避免襯砌厚度不足。開挖完成后及時施作初支，采用格柵鋼拱架支撐，噴、錨、網聯合支護施工，必要時在中斷面設臨時仰拱，形成封閉環。及時施作仰拱使支護封閉成環整體受力，根據量測信息確定二次襯砌施作時機，采用鋼筋混凝土二次襯砌，提高二次襯砌的承載力。

2.2 含瓦斯段施工方案

通過以下措施進行瓦斯隧道防爆：

（1）超前探孔。

（2）爆破設計。

（3）加強通風。

（4）機電設備防爆。

（5）瓦斯監測。

（6）加強安全教育及檢查培訓。

3. 施工方法

3.1 超前地質預報

將超前地質預報作為重要工序納入施工工序管理，采用地質素描、TSP203、地質雷達等進行超前地質預報，及時進行信息收集處理反饋，以調整施工方案和施工方法。

3.2 超前支護

在洞口軟弱破碎圍巖地段，先施工φ108超前大管棚并注漿加固圍巖，以保證暗洞施工安全。洞身施工過程中，在不良地質地段，按設計采取超前預注漿、超前小導管注漿等注漿加固方式，注漿效果達到設計要求標準后方可進行開挖作業。

3.3 開挖支護

洞身開挖采用三臺階臨時仰拱法施工，采用挖掘機扒碴，裝載機裝碴，自卸汽車運碴。

（1）上斷面開挖及支護

采用人工配合機械開挖或松動爆破，每循環開挖進尺控制在0.8m～1m。挖掘機扒碴至中斷面，為減少上斷面扒碴量，上斷面開挖高度控制在3.8m，臺階長度控制在4m～5m，上斷面開挖支護采用自制簡易開挖臺架。

（2）中斷面開挖及支護

采用人工配合機械或松動爆破，每循環開挖進尺控制與上斷面同步，左右錯進，錯開距離1～2榀拱架，必要時設臨時仰拱，并將臨時仰拱作為一道重要工序納入管理中。臨時仰拱采用I16鋼架，鋼架與初支拱架同步施作。施作時要注意保證臨時仰拱弧度（防止拱頂下沉），施作完畢后必須回填80cm左右碎石碴，避免大型出碴車通過時形成集中荷載破壞臨時仰拱。

（3）下斷面開挖及支護

下斷面開挖與中上斷面同步進行，采用人工配合機械或弱爆破，左右錯進，錯開距離1～2榀拱架，挖掘機裝碴，自卸汽車出碴。

（a）初噴砼

采用濕噴工藝，噴射前處理危石，檢查開挖斷面凈空尺寸，當受噴面有涌水、淋水、集中出水點時，先進行引排水處理，完成后立即噴射砼封閉巖面，減少圍巖暴露時間。

（b）立拱、錨網噴支護

初支拱架采用16×16cmΦ22格柵鋼架支護，間距為80cm，環向采用間距1m 的Φ22鋼筋焊接，并在鋼架背后鋪設一層φ8鋼筋網，網格間距20cm，鎖腳錨管采用φ42無縫鋼管長3.5m，每個拱腳打設2根，用Φ22“七字筋”焊接在鋼架上，系統錨桿采用φ22中空錨桿長3m，間距1.2×1.2m，采用風鉆鉆孔，用錘擊或鉆機將錨桿頂入，注漿泵注漿。拱架系統施作完成后，立即進行噴射砼施工，采用c20濕噴砼施工。

3.4 仰拱施工

膨脹巖隧道施工時，仰拱及時封閉是關鍵。嚴格按照鐵建設2010（120）號文件要求控制仰拱施工步距，為不影響掌子面正常施工，仰拱采用移動式棧橋，機械開挖，人工修整，嚴禁欠挖，對超挖部分使用同標號砼進行回填。

3.5 二次襯砌

二襯采用復合式襯砌，整體襯砌模板臺車，泵送入模。根據監控量測數據，在變形值基本穩定后方可進行二次襯砌。在圍巖變形發展加快或不能趨于穩定時，加強初支保證施工安全，絕不能立即施做二次襯砌。

3.6 監控量測

嚴格制訂量測計劃，對于初期支護和二次襯砌進行布點，拱頂下沉及水平相對凈空變化量測在同一斷面上進行，每5m～10m設置一組觀測點，并采用相同的量測頻率。當圍巖變形值較大時，加大量測頻率，根據量測數據指導施工生產。為確保量測信息能夠及時反饋，成立監控量測信息管理小組，建立量測信息預警制度，如有變形超過管理標準，及時上報上級領導，以便及時響應，并根據量測數據統計，調整預留變形量大小，達到監控量測指導施工的目的。

4. 瓦斯地段施工技術措施

4.1 超前探孔

按照設計要求在掌子面打設超前探孔，檢測瓦斯含量及壓力，根據檢測數據調整施工措施。

4.2 爆破設計

按瓦斯隧道進行爆破設計，炸藥：乳化炸藥（規格：φ32mm×200mm，每卷200g）

雷管：電雷管，1～8段毫秒延期雷管。采用正向連續裝藥，炮泥封口。炮眼布置及裝藥量根據圍巖情況適當調整。

4.3 加強通風

選用110kW×2大功率風機壓入式通風，確保掌子面風量及風速，洞內瓦斯含量在限值以下。采用1.8m抗靜電、阻燃的風管，風管百米漏風率不大于2%。

4.4 機電設備防爆

洞內設置雙回路電源，網電為主回路，配內燃發電機組為備用回路，確保洞內通風、照明、排水等需要。洞內電氣設備均采用防爆型煤礦專用設備，包括照明、開關箱、運輸設備等。

4.5 瓦斯檢測

嚴格執行“一炮三檢”制，即裝藥前、放炮前和響炮后對掌子面及其他施工部位的瓦斯含量檢測。配備專職瓦檢員并必須經過國家專業機構關于瓦斯檢測員的職業技能培訓合格，每班2人，對洞內各施工部位全天巡回檢測。

4.6 安全教育及檢查培訓

所有參與隧道施工的人員必須參加瓦斯隧道安全施工上崗培訓，并經考試合格后方可上崗。每日由當班瓦檢員在洞口檢查所有進洞人員身上的打火機，香煙等易燃物品，嚴禁將易燃易爆物品帶入洞內。嚴格執行周一安全學習制度，對隧道內存在的風險及注意事項、應急救援能力等進行培訓學習。

施工注意事項：

（1）膨脹性泥巖施工，嚴格控制洞內施工用水，尤其是掌子面打鉆后拱腳積水必須及時排除，嚴禁積水浸泡拱腳。加強洞內供水及抽排水管路維修與保養，防止施工用水流入隧道周邊巖體，對洞內排水溝及集水坑及時清理，定期抽排，并加強通風，以降低洞內濕度和溫度。

（2）加強監控量測及超前地質預報管理，配備足夠的技術人員，嚴格執行量測預警制度，將監控量測及超前地質預報作為一項重要的工序來管理，加強圍巖凈空位移、圍巖壓力及地下水滲透性動態監測，根據監測反饋成果，進行圍巖預加固，同時調整初支及二襯參數。

（3）噴射混凝土必須飽滿、密實，對拱頂部位應特別注意，嚴禁出現空洞。

（4）加強洞內通風管理，掌子面不能停風，若有特殊情況必須及時匯報生產負責人，并告知洞內施工人員，以便提前做好準備，經現場負責人同意后方可停風，再次施工前，檢查洞內各作業面是否安全。

結論

巴準鐵路王家梁隧道自2010年12月進洞施工至2012年9月全隧順利貫通，歷時21個月，通過施工過程中不斷地總結和改進，未發生一起質量、安全事故，工程質量、安全、進度達到了目標要求。

參考文獻

［1］中鐵一局. TZ204-2008.鐵路隧道工程施工技術指南［M］.北京：中國鐵道出版社，2008：149-150.

［2］ TB10120-2002，鐵路瓦斯隧道技術規范［S］.

［3］王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京：人民交通出版社，2010.

中圖分類號：U455

文獻標識碼：A