隧道通過煤礦采空區的施工關鍵技術

尹 明

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

隧道通過煤礦采空區的施工關鍵技術

尹 明

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

針對公路隧道的煤礦采空區施工，結合某隧道實際情況與采空區狀況，首先提出有害氣體與突水兩種危險因素的消除方法，然后對開挖、超前預支護、洞身支護及洞體封閉與回填等隧道穿越煤礦采空區施工關鍵技術進行深入分析，最后通過實踐得出該技術方案切實可行，能很好保障采空區隧道施工安全的結論，為類似隧道工程提供參考。

公路隧道；煤礦采空區；施工關鍵技術

1 工程概況

某公路隧道為分離式隧道，雙向四車道，單洞凈寬度為11 m，凈高度為5 m。該隧道直接穿越山體，受到地質構造等因素的影響，區域內斷裂構造發育明顯，以北東和東西方向的斷裂最為常見。隧道處在侵蝕基準面之上，地表水相對匱乏，洞頂分布弱風化巖，透水性與富水性均較差，未發現具有良好透水性的斷裂構造發育，開挖施工中不產生突水的現象。隧道處在煤系地層中，直接穿越某煤礦，主要煤層通過區域的圍巖級別是VI級。結合當地基本材料，該區域煤系地層屬于低瓦斯區，但煤層切實存在，有一定幾率存在瓦斯富集。

2 煤礦采空區狀況

依據路線和礦線綜合勘探結果，隧道左線發現一處煤礦采空區，該采空區是一個直徑為3 m左右的平硐，長度在50～80 m，采空區直接穿過隧道的軸線，前緣靠近隧道的邊緣和隧道保持平行的位置關系，后緣和軸線呈50°夾角，具體見圖1。通過初步勘測得知，此煤礦采空區的形成時間很長，無支護體系，部分區段已經出現坍塌現象，加之和隧道之間的距離過近，形成一定長度危險區域，對隧道施工造成了很大的影響，此煤礦采空區的主要特點為：

(1)地質條件相對較差。隧道圍巖級別為V級，直接穿越既有煤層，圍巖自身不存在自穩能力，而且地下水集中，在開挖施工中容易造成坍塌事故。

(2)針對煤礦采空區，無針對性超前預報。隧道原設計方案并未涉及采空區，工程設計未提供采空區的相關資料，僅依靠圖紙和采空區實際分布簡圖進行對比判斷，超前預報工作存在極大的難度。

(3)隧道不排除存在有害氣體局部富集與突水等問題的可能。

(4)煤礦采空區影響范圍很長，除了直接穿越的部分，還有一段和隧道之間的距離十分接近。

圖1 隧道和煤礦采空區相對位置

3 危險因素排除

3.1 有害氣體

為預防有害氣體突出(本隧道工程主要為瓦斯)，施工過程中，距煤礦采空區前方約10～15 m的位置運用超前鉆孔的方法對瓦斯進行排放，瓦斯排放孔為108孔，相鄰兩個鉆孔之間的距離為0.5 m。瓦斯排放時，每個斷面都要設置檢測孔，同時增設測壓孔安裝測壓裝置進行測壓，以此完成危險性評測，確保排放安全。若在瓦斯排放以后仍存在危險，則需運用抽放或者是水力沖孔。對于瓦斯濃度，隧道中需要使用混合式的通風系統，在隧道中的凹陷部位，需要安裝小風機，以實現移動吹風，避免瓦斯集中聚集。

3.2 突水

為預防煤礦采空區突水，需要設置移動抽水站，施工中借助平板車安裝大型抽水機，配置相應配件，同時隧道的邊溝實施清理，如果出現涌水的現象，則需立即開啟抽水站。

在隧道的上斷面開挖到指定位置后，應使用地質鉆機鉆孔，鉆孔位置為拱頂、拱腰與起拱線，同時在孔口的位置采用112 mm鉆頭進行開孔，洞中安設長度為2 m左右的鋼管，將其作為孔口管，管外側焊接法蘭盤。如果孔中的出水量過大，則需設置閘閥對水體進行臨時性封堵。

4 隧道穿越煤礦采空區施工關鍵技術

4.1 開挖施工

本隧道使用臺階法進行施工，斷面進尺保持在30 m左右，上斷面和下斷面同時進行掘進。在隧道上斷面開挖到煤礦采空區前方約30 m的位置時，需強化超前預報，準確掌握掌子面的實際情況。在隧道上斷面開挖到煤礦采空區前方約10 m的位置時，需對施工方法進行適當的調整，改用短臺階的方法進行施工，上、下斷面之間的距離需保持在5～7 m之間，斷面掘進的同時還要做好仰拱。對開挖的實際進尺與爆破干擾進行嚴格控制，單次開挖進尺不得超過1 m。開挖施工結束后立即進行初期支護，對開挖面進行全面封閉，增加監控量測的強度和頻率，確保開挖施工安全。

不同實習階段護生壓力感受不同。復雜的人際關系、傳統社會輿論、就業壓力等因素均會導致護生實習熱情消退，實習護生在不斷調適個體身心同時，也渴望得到外界支持。理想與現實間差距使實習護生產生落差感，并陷入對職業前景的思考，隨之產生對護理行業的不同情感體驗。

4.2 超前預支護

針對煤礦采空區及其前、后10 m范圍內的洞身可使用雙層小管棚實施超前預支護，其中，采空區的支護工作需要在頂端完成回填施工以后，通過后側預設割空拱架進行打入。管棚體系為：自進式錨桿(長度為1 000 cm，壁厚為8 mm)、小導管(長度為500 cm)、自進式錨桿(長度為1 000 cm，壁厚為8 mm)。錨桿和長管棚之間的搭接長度在3 m左右，每兩排錨桿需要分別設置兩排小導管，以此形成一個穩固的支護體系，注漿材料為純水泥漿。

4.3 洞身支護

在隧道上斷面開挖到煤礦采空區前方約10 m的位置時，隧道圍巖級別按照煤層的通過區進行劃定，劃定結果為VI級，施作洞身支護，加強支護適用于所有煤礦采空區段。施工中使用I22a工字鋼鋼支撐支護，鋼支撐之間的距離為0.3 m左右，連接使用25縱向筋，縱向筋的換向間距為1.0 m；隧道全斷面安裝小導管，長度為4 m，以80 cm間距進行布置，布置成梅花型；布置鋼筋網，共兩層，并噴射強度等級為C30的混凝土，厚度不得超過30 cm。

4.4 洞體封閉與回填

(1)拱頂采空區

(2)兩側采空區

對于隧道洞身兩側的煤礦采空區，首先需要對頂部和周圍進行混凝土噴射以實現安全支護，然后通過之前設置的泵管孔進行回填處理。由于煤礦采空區的平硐長度較大，所以回填的混凝土會逐漸向影響區流動，施工時先對兩側的最外邊進行噴砂，在砂堆實際高度滿足要求以后，再從兩邊到中間按照規定順序進行混凝土泵入。

(3)大型采空區

針對較大規模的煤礦采空區，單一的泵送混凝土很難達到理想的密實程度。對此，可在回填到拱頂的一定高度之后，在拱頂上方設置一個雙層緩沖層。先堆砌厚度為1 m的砂袋將其作為底層緩沖，然后再設置縱向鋼管，鋼管之間使用鋼筋進行連接，管中灌注水泥漿，以此有效提升其抗彎性能。最上層鋪設厚度在0.5～1.0 m之間的鐵皮或鋸末，以此當作頂層緩沖，至此形成一個雙層緩沖層，達到提升密實程度的目的。

對于煤礦采空區的二次襯砌，隧道仰拱處設計采用厚度為60 cm的防水混凝土，強度等級為C30，在其上方施作回填處理，回填材料為C15片石。隧道洞身處設計采用厚度為60 cm的防水混凝土，并在此基礎上運用鋼混結構。

5 總 結

(1)針對隧道的煤礦采空區，其施工中需要嚴格遵循“早預報、短進尺、弱爆破、強支護和勤量測”的基本原則。施工過程中要積極做好預報與量測工作，從而對支護方案進行完善、優化，保證施工安全。

(2)對于施工中可能產生的問題，如塌方、涌泥與瓦斯富集等，需要開展超前預報，并采取針對性措施進行預報，同時制定應急方案。

(3)正式開展施工以前，需要運用雙層小管棚等方法進行超前預支護，通過支護能大幅提升圍巖自身承載力，保持圍巖穩定狀態，從而保障隧道施工安全與進度。

[1] 邱禮球,王彥虎. 高速公路隧道通過煤礦采空區施工技術[J].隧道建設,2012,10(5):616-619.

[2] 葉飛,霍三勝,常文偉. 公路隧道穿越軟弱破碎煤系地層及采空區施工安全控制技術[J]. 公路,2011,12(6):199-205.

[3] 張仲魁. 蘭渝鐵路熊洞灣隧道煤礦采空區施工安全控制技術[J].現代隧道技術,2012,8(4):133-139.

2016-09-12

尹明，男，貴州貴陽人，中級，主要從事公路施工研究。

U455

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1008-3383(2017)03-0173-02