摘要：本文结合工程实例针对某隧道工程煤层及采空区工程地质的特点,探讨了隧道工程在煤层采空区地段的治理措施,并在此基础上,提出了煤层隧道施工应严格执行“动态设计、动态施工，以防为主，防治并重，杜绝安全事故出现”的原则。
关键词：隧道：煤层；采空区
1.引言
近年来，随着高速公路建设的飞速发展，在煤炭资源富集区跨越煤层及其顶板的隧道越来越多，隧道安全跨越煤层及采空区已成为隧道施工重非常重要的问题。因此,如何提高隧道穿越煤层及采空区部位及其周边围岩的强度,以满足公路的通行要求,便成为采空区处治方法研究中的主要问题。
2.工程概况
明月山隧道位于梁平县七星镇、礼让镇境内。隧道井口位于七星镇金柱村蒋家沟；出口位于礼让镇河川村流长沟。隧道船业明月峡背斜，构造形迹呈北北~北东向，隧道区无大的区域性断裂隙构造。隧址区的主要不良地质为岩溶、煤层、瓦斯、采空区及膏岩膨胀性及腐蚀性。本文主要探讨了该隧道穿越煤层及采空区的施工方法和措施。
2.1煤层
煤炭主要分布于明月峡背斜两翼的侏罗系上统珍珠冲组、三叠系上统须家河组一、三、五段地层中。
隧道穿越区分布的煤层虽然多，但煤层的分布不均，煤层名称也不统一，煤层厚度变化较大，具极不稳定的特点。各煤层受构造的影响，背斜两翼倾角变化较大，北西翼煤层倾角较平缓(25～30°)；南东翼煤层倾角陡，一般为63～73°，局部达80°以上。
2.2采空区
隧道区范围内分布规模较大且对隧道有较大影响的煤矿主要有重庆市邵新煤化有限公司邵新煤矿、梁平县铜桥煤矿、沙子沟煤矿及分布凌乱的煤窑。
隧道范围分布的采空区对隧道的主要影响为穿越煤层采空区段时岩体的完整性差，采空区内的集水及有毒有害气体对隧道施工的影响。
3.隧道穿越煤层及采空区地段施工措施
根据地质资料制定不良地质处治预案设计，加强施工过程的地质观测、预报工作，采用TSP203地质预报系统、超前钻探、地质雷达等超前地质预报预测手段进一步探明掌子面前方的工程地质、水文地质的活动态势等情况，主要探测不良地质段岩石的强度、岩性、岩层的破碎程度、有害气体、煤层分布等情况，从而正确选择处治方案。
煤系地层采用综合处治措施：施工接近预计煤层时，进行超前预报、钻孔验证确定煤层的确切位置，测定瓦斯浓度和压力，抽排释放瓦斯，达到安全标准（瓦斯浓度低于0.5%）后，进行揭煤施工处理，穿煤及前后15m范围采用全封闭防瓦斯衬砌结构（S5w型衬砌），施工流程如下图。.png)
3.1施工原则
1、含煤地层施工时严格遵循“动态设计、信息法施工”和“管超前、严注浆、强支护、快封闭、勤测量”的原则，严禁盲目开挖，确保隧道施工安全。
2、距离预计煤系地层15m，对围岩进行地质观察与地勘资料对照分析，报告驻地监理工程师共同确定地层与地勘资料吻合程度。
3、现场情况复杂，难以确认煤层是否吻合地勘资料时，应先实施超前探孔，以确保施工安全。
3.2隧道煤层及瓦斯处治措施
在隧道开挖接近煤系地层前15～20m打超前探孔进行超前探测，标定煤层的准确位置，掌握其赋存情况及瓦斯状况。根据煤层赋存情况及瓦斯状况采取相应处理措施，并按瓦斯衬砌施作。
揭煤前应进行石门揭煤设计，石门揭煤宜用微震动爆破法，煤层掘进应检验工作面是否存在瓦斯突出，每循环进尺不宜超过1.0m。
瓦斯段考虑瓦斯压力，隧道衬砌结构予以加强，为隔绝瓦斯，防止运营过程中瓦斯逸入隧道，瓦斯段采用全封闭衬砌，二次衬砌采用气密混凝土。
隧道瓦斯衬砌段位置和长度应根据现场瓦斯检测结果确定，当设计瓦斯衬砌段检测无瓦斯时，应采用一般段设计施工；当检测吨煤瓦斯含量＜0.5m³/t且瓦斯压力＜0.15MPa时，可仅在二次衬砌采用气密混凝土,施工缝注浆气密处理，其它按一般段施工。
3.3采空区处治措施
分布于隧道区的重庆市邵新煤化有限公司邵新煤矿、梁平县铜桥煤矿、沙子沟煤矿采空区对隧道建设有重要的影响。设计拟采取以下措施进行处治。
隧道开挖接近预计采空区位置15m处增加物探并在掌子面采用超前钻孔探明采空区分布规律，采空区段衬砌采用衬砌加强支护，在普通衬砌的基础上增加仰拱防水层，形成全包结构，防止运营期间瓦斯溢出进入隧道，采空区衬砌地段的确定按动态设计原则办理。
隧道穿煤层采空区每循环进尺0.5m，有需要时可采取机械开挖，确保隧道施工安全。遵循动态处治原则，施工中若遇特殊情况，则根据开挖揭露采空区情况，针对性处治。
当煤层采空范围在隧道底以下40m至隧道顶以上20m，仰拱以下采空区采用洞渣回填后钻孔压注水泥砂浆充填处理。压浆钻孔布置：在仰拱初期支护封闭成环后，在工字钢钢架之间布置Ф150mm钻孔，钻孔布置顺隧道纵向间距5m，横向2.5m，可采用行列式布置，间距5m×2.5m。仰拱以下钻孔深度可根据采空区位置合理确定，原则上深度不超过40m。对于塌孔严重段可边压浆边钻孔，逐段推进；压浆：压注M10水泥砂浆，注浆压力0.5～1.0MPa，如注浆时浆液消耗量大而压力无法上升时，采用帷幕注浆。
对于仰拱以下3m深度范围内的采空区可参照小型溶洞处治方法进行C15混凝土回填；对于边墙和拱部存在的采空区可在边墙及拱部外浇筑C25泵送砼护拱，厚度不小于1.5m，护拱外两侧回填土石宜选用洞渣中的片块石码砌；采空区底部圆管进出口不能堵塞，出口顺接原采煤巷道的排水通道。
4.综合分析和评价
通过对高速公路施工中隧道掘进记录分析来看,该处治措施基本满足了公路隧道工程的要求,即经治理后的煤层及采空区,在隧道开挖施工和运营过程中,都能够有效地承受公路和车辆荷载,未产生破坏和影响隧道工程正常使用的变形,进而保证了隧道的安全营运。
5.结语
该处治措施对压浆范围的划定是比较科学的,压浆中所采取的具体施工工艺和措施亦是切实可行的。采空治理区压浆效果满足设计要求,注浆工程质量可靠,压浆原材料质量及浆液质量合格。通过该项研究,优化了原设计,节约工程造价约1/3。事实证明,采用特殊的压浆加固方法,是对隧道穿越煤层和采空区这一特殊现象的一种较好的处治措施。
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论文作者:卢志敏
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/9
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