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复杂地质长大隧道采空区处治技术及监理控制措施

复杂地质长大隧道采空区处治技术及监理控制措施

201971  信息来源:365棋牌娱乐新手卡_娱乐吧棋牌电游365_365网络棋牌大厅秘书处

鹿安财 秦先林

摘要:对于复杂地质长大隧道,施工过程中穿越多处煤层采空区,极易出现塌方,施工难度与安全风险大,要求采取切实可行的处治措施才能顺利完成施工,本文着重阐述煤层采空区出现塌方处治措施与监理控制措施。

关键词:煤层采空区;塌方;处治措施;监理控制要点;经验与教训

1、工程概况

1.1 项目概述

本隧道为双洞单向三车道隧道,左线全长4962m,右线全长约4974m,左线隧道的起止桩号为K0+970K5+932,右线隧道的起止桩号为K0+960K5+934,单洞路幅宽度为13.25m,标准间距为30m,属于特长隧道,隧道采用两头掘进。

1.2 采空区工程地质情况

隧道穿越含煤地层,特别是在K2+800-K3+350处穿越了中梁山煤电气有限公司的多处煤矿采空区,且存在瓦斯突出风险。

ZK2+982.8ZK2+994K3+157.417处,隧道底板与矿井280采空巷、290采空巷及280K7消火道之间的距离较近,至三条巷道顶垂直最小高差约5米。且矿井280采空巷、290采空巷两条巷道为运输主巷道

2、采空区塌方与处治

2.1 隧道左线采空区塌方

隧道左线掌子面掘进至ZK3+130时,在隧道拱顶120°的范围内出现采空区(见图1),采空区内充填岩石和煤层发生了滑塌。经参建各方研究讨论决定,对采空区段实施洞内小管棚施工方案,依据《超前水平钻孔报告》确定管棚长度为8m,且管棚端头必须搭在前方未破坏岩体上面,形成有效的受力体系。管棚钢管使用φ80×6mm无缝钢管,外插角度1.5°,环向间距30cm。当洞内小管棚施工完毕,准备掘进时该采空区发生第二次坍塌,使施工的小管棚全部损坏。经参建各方研究讨论决定,对塌方体修整出施工平台,使其适合混凝土输送泵作业,按《穿煤层及煤层采空区处治动态设计图》设计,对塌方区域填充C20混凝土,形成C20混凝土护拱,达到跨越隧道采空区的目的。在填充混凝土达到强度后,尝试短进尺掘进时,发现掌子面前方拱顶120°的范围内有一个纵向直径约12m,高度大约17m的采空区,该采空区形成的空腔与掌子面形成60°的夹角,该采空区煤层两侧的岩石随时存在坍塌的可能。采空区剖面图见图1

根据《工程地质详细勘察报告》及现场踏勘及调查所得的相关资料,该采空区属于中梁山煤矿K1煤层采空区,该煤层厚度为2.41m,该煤层的倾角为65°。据专家介绍,该采空区范围沿65°倾角在拟建隧道拱顶上方100多米,遂底下方200多米,该采空区20多年前已经开采过,许多地质资料不详。

1 隧道左线掌子面采空区剖面图

2.2 隧道左线采空区处治

1)掌子面采空区处治方案

1)采用洞内大管棚施工作为支撑通过采空区。其中导向架长度取1.0m,采用3I25b型钢拱架,拱架间距0.6m,拱架间用Φ22纵向双层连接筋连接,作为导向架,用于固定导向管,导向管采用Φ130普通焊管,长度为1.0m,壁厚4mm,环向间距30cm,外插角3°,导向管位置及角度确定后,采用Φ12的钢筋焊接固定牢固,大管棚采用φ108×6mm热轧无缝钢管,长度15m,装于导向管中。导向架基础采用C20混凝土基础,长1.2m×宽0.4m×高0.5m

2)管棚安装采用跟管钻进施工,随钻进加尺将管棚管依次打入,成孔与管棚管埋设一次完成。管棚施工采用先拱脚后拱顶,隔二钻一,成一孔,注一孔的施工顺序。

3)管棚注浆。管棚管壁上钻直径为20mm的溢浆孔,间距20cm,成梅花型布置。管棚顶到位后,钢管与钻孔间隙用速硬水泥等材料堵塞密实,以防注浆时冒浆。并在管棚尾部安装注浆塞(设有进浆孔和排气孔)。注浆目的是固结管棚区围岩及煤层,起加固作用。注浆采用水泥浆液,水泥标号选用P042.5普通硅酸盐水泥,水灰比取1:1,注浆压力0.5MPa1.0MPa,注浆区为松散塌体,孔隙率较大,扩散半径取2.0m。注浆机使用GZJB型液压双液注浆机,系统最高压力7MPa。注浆采用“成一孔,注一孔”的原则。先从两边边墙钻孔和注浆,奇、偶数管棚错开钻孔,钻好一孔注浆一孔。

2)遂底采空区处治方案

采用超前钻探的方法探明遂底采空区的具体位置,在隧道仰拱施工至该采空区时,仰拱开挖深度在原设计深度的基础上加深50cm,开挖完成后,清理干净基岩岩面的虚渣,人工修整岩面平整,然后沿隧道纵向铺设I25b工字钢,环向间距为50cm,工字钢的长度为6m,工字钢间用Φ22的钢筋连接,最后浇筑50cmC30混凝土,形成加固底板。

3)加强采空区隧道支护参数

根据现场实际情况,隧道左线采空区对应里程为ZK3+127~ZK3+137

1)加强初期支护参数。该段初期支护钢拱架工字钢由原设计I20a变更为I25b,钢拱架间距由原设计的80cm变更为50cm,其他支护参数按原设计施工。

2)采空区空腔充填泡沫混凝土。按《穿煤层及煤层采空区处置动态设计图》要求,对采空区空腔充填500cmA06泡沫混凝土,配合比:水泥:泡沫剂:水=4831.02338。泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡,并将泡沫与水泥浆均匀混合,然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型,经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。采空区填充泡沫混凝土主要应用它低弹减震作用,泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量,从而使其对采空区滑塌岩石的冲击载荷具有良好的吸收和分散作用,充分保护采空区或隧道初期支护完整,不被破坏,确保施工安全。在隧道采空区初期支护施工时,预留Φ150的混凝土输送管4根,用来向采空区空腔泵送混凝土的管深入采空区空腔5.3m,作为观察充填混凝土厚度的泵送管深入采空区空腔5.0m

4)加强监控量测

加强该段初期支护监控量测,增设监控量测点和监测频率。

2.3 隧道右线采空区塌方

隧道右线掘进至YK3+129时,在隧道拱顶120°的范围内出现采空区(该采空区与隧道左线采空区非常相似,见图2),采空区内充填岩石和煤层发生了滑塌。隧道右线参照左线采空区处治方案提前在YK3+123处已经施作完毕管棚,当开挖掘进至YK3+129时,施工完毕初期支护,对掌子面滑塌的岩石和煤进行清除时,采空区上方持续滑塌造成YK3+124YK3+129段初期支护明显开裂,加强对该段的拱顶沉降和净空收敛量测,发现拱顶3天累计沉降达3cm,变形较大。

2 隧道右线掌子面采空区剖面图

2.4隧道右线采空区处治

1)初期支护开裂段加固

沿YK3+124YK3+129上台阶初期支护表面施工型钢拱架,型钢拱架采用I20a工字钢,间距40cm,每侧拱脚采用两根Φ42L=4.0m)的注浆小导管,锁定拱脚。型钢拱架采用Φ22钢筋连接,环向间距1.0m。人工对型钢拱架拱脚塌渣进行平整,然后铺设50cm20mm厚的钢板,拱脚落在钢板。对加固型钢拱架喷射C25混凝土形成整体结构。

2)掌子面注浆固结

鉴于该采空区范围比较大、地质条件复杂,岩性以泥岩、页岩为主,局部煤线、灰岩,围岩的整体性和自稳性较差,施工风险大,为确保施工安全。经参建各方充分分析研究决定:在隧道右线掌子面YK3+129拱顶120°范围内的塌渣松散堆积体进行注浆固结,确保隧道安全穿越采空区。

经对采空区钻孔探测分析,推断采空区内塌渣松散堆积体厚度约为6.0m,故拟定注浆孔深6.0m,间距50cm。对塌渣松散堆积体进行注浆固结,注浆小导管长6.0m,管径Φ42,间距50cm,按30°外插角在拱部120°的范围内扇形辐射状布设。确保注浆后塌渣沿隧道开挖轮廓线以外6.0m范围的松散渣体胶结成整体,使其形成一个稳定的承压拱。注浆采用水泥浆液,水泥标号选用P042.5普通硅酸盐水泥,注浆机使用GZJB型液压双液注浆机。注浆管壁上钻20mm的溢浆孔,间距20cm,成梅花型布置。注浆管顶到位后,钢管与钻孔间隙用速硬水泥等材料堵塞密实,以防注浆时冒浆。注浆配合比和注浆压力通过现场试验确定。

3)遂底采空区处治方案

隧道右线遂底采空区处治方案采用与隧道左线遂底采空区处治相同的方案。

4)加强采空区隧道支护参数

根据现场实际情况,隧道右线从YK3+129~YK3+139段支护参数参照隧道左线采空区处治段的加强支护参数。

5)加强监控量测

加强该段初期支护监控量测,增设监控量测点和监测频率。

3、监理控制要点

1)隧道掌子面出现塌方险情后,立即要求施工单位暂停掌子面施工,撤离人员,避免出现人员伤亡。

2365棋牌娱乐新手卡)主持召开采空区处治现场专题会,参加单位包括业主、监理、施工、设计、地勘、跟踪审计、第三方监测单位、其他有关单位及专家。要求施工单位根据会议形成的处治措施尽快编制采空区处治专项施工方案,并及时报监理与业主审批。

3)对于管棚施工质量管控,重点检查导向架钻孔深度、角度、管棚安装位置、深度、注浆效果等。

4)对掌子面注浆固结进行全过程旁站监理,重点检查配合比及注浆压力。

5)临时仰拱支撑、初期支护双层钢拱架加强支护检查及临时支撑拆除时间的控制。

6)监督现场严格按CRD工法进行掘进施工。

4、经验与教训

1)重视地质勘察报告与超强地质预报资料,多做调查和分析,及时采取预控措施,决不能抱以侥幸心态进行施工。本隧道在临近踩空区施工前对中梁山煤层的开采的具体情况(煤层上部踩空100多米,下步踩空近200米)了解和重视不够,因而采取的预控措施不及时,如提前介入洞内管棚、CRD工法可避免首次塌方,采用CRD工法施工大大减小了爆破振动,同时加强了支撑,掌子面塌方的范围可以有效地控制。

2)对于复杂地质长大隧道,常用的超前加固措施(超前锚杆、洞内管棚、注浆等)在煤层采空区的效果不是很理想,特别是超前注浆,由于采空层面与隧道相交65°左右,隧道顶部沉积了大量粉煤,注浆固结相当困难,所以需要清除粉煤再进行初期支护,然后通过注浆或灌注C20砼护顶。

3)监理工作重点:瓦斯监测、超前地质预报、CRD工法质量、洞内管棚施作、爆破振动控制与监测、初期支护质量控制。

作者简介:

鹿安财:重庆华兴工程咨询有限公司总监代表、工程师。

秦先林:重庆华兴工程咨询有限公司专业监理工程师、程师。

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