高速公路隧道过采空区巷道施工技术探讨

高速公路隧道过采空区巷道施工技术探讨

梁开堃

中铁上海工程局集团第四有限公司

摘要：新形势下，随着社会经济发展水平不断提升，各个产业在发展过程中逐渐加大了运输需求，在此背景下推动我国高速公路领域的快速发展。在实际开展高速公路项目建设期间，隧道施工工程项目施工数量逐年递增、施工规模不断扩大，对于整体工程施工质量、施工进度、施工安全等方面都提出很高的要求。基于此，本文以本桓高速公路项目长梁子隧道巷道处理施工技术作为切入点，结合工程总体概况，提出合理性参考建议，希望全面提高整体施工质量。

关键词：高速公路；长梁子隧道；巷道处理；施工技术

引言

当前，我国高速公路领域得到了快速发展，在保障人们日常出行安全、促进当地经济稳定发展等多个方面都产生很多积极影响。在实际开展高速公路项目建设期间，为了更好顺应时代发展，应明确意识到隧道巷道处理施工技术的重要性，有利于不断提高整体施工质量。通过不断完善隧道巷道处理施工技术应用方案，全面落实施工质量监督与管理工作，能够及时发现施工中产生的问题，并结合具体原因制定完善的应对措施，有利于不断提高隧道巷道处理施工技术水平，从而推动我国高速公路领域的长远发展。

1工程概况

长梁子隧道左线起讫里程为ZK48+032～ZK49+562，全长1530m，右线起讫里程为K48+019～K49+592，全长1573m。通过地面调查及收集资料分析，K48+005-K49+590路段调查区内，采矿企业主要为铁牛煤矿及小煤窑。线路位于K49+400-K49+500穿越田师付镇铁牛煤矿矿区。隧区存在许多小煤窑，ZK48+550-ZK49+120内存在许多小煤窑、采煤坑口，分布于隧道线位左右。根据采煤坑口开挖方向推测，采煤方向多为北东向10-40°之间，坑口附近见多处矸石堆、采矿房，局部存在明显地面塌陷，多为乱采乱掘，该段埋深约75米，多为浅层开挖。

图1 ZK49+142采空巷道现场照片

2 施工方案

2.1总体施工方案

（1）对掌子面进行反压回填，对对现裸露的巷道洞口进行封堵，避免巷道内填充物进一步流失。同时掌子面采用喷射混凝土及时封闭；

（2）打设自进式管棚，管棚内安装钢筋笼，对管棚内进行注浆，注浆完成后采用砂浆填满。管棚施工完成后再超前小导管跟进施工；

（3）采空巷道影响范围内采用护拱＋初期支护+加厚二次衬砌进行施工；

（4）对采空巷道影响范围内进行全环径向注浆；

（5）因在发现采空巷道初期，掌子面出现大量涌水，经分析为巷道内长期积存雨水，因此巷道影响范围内环向排水管进行加密施工；

（6）开挖前需对掌子面前方进行短距离超前地质预报，以便更准确获得掌子面前方地质情况，施工过程中加强对已支护段落的监控量测；

（7）因巷道内流出的填充物为大量的煤矸石，因此不排除隧道内存在瓦斯的情况，后续施工加大对于瓦斯及其他有毒有害气体的检测。

2.2反压回填、封闭掌子面

开挖过程中初次发现巷道内流出大量废渣（均为煤矸石），施工队伍组织渣土车辆进行运输。因采空巷道存在时间较长，内部废弃填充物较多，继续往外运输成本较大。为保证掌子面稳定直接对掌子面进行反压回填，并进行喷射混凝土封闭处理。

图2 巷道口废渣清理

2.3管棚施工

受采空巷道影响，以及洞身自身围岩较破碎。经多方研究探讨，因现场存在滑落的煤矸石，无法形成钢管的成型插孔，在洞内施工管棚采用自进式大管棚，避免塌孔情况的发生。

自进式管棚采用履带式潜孔钻，自带导向架。管棚管采用φ108×6mm热轧无缝钢管，管棚长12m，拱部120°范围内，间距40cm进行打设，管棚内安装钢筋笼。因在洞内施工，紧靠掌子面位置已完成初期支护，为保证掌子面的稳定性，不对掌子面附近钢拱架进行拆除，且后续施工在初期支护外侧还要施工护拱，因此管棚打设角度设定为20°（相对于洞轴线），方向与线路方向平行。钻孔时需间隔施工。

图3 管棚打设示意图

相对于常规管棚施工，自进式管棚适用于围岩较破碎地段。常规管棚施工先进行钻孔，一次性成孔后紧跟着进行管棚管安装，自进式管棚施工是钻孔与装管同时进行，可避免塌孔现象发生。

2.4超前地质预报

管棚施工结束后，现场进行了超前水平钻探、地质雷达与瞬变电磁仪法等短距离超前地质预报。

a.地质素描预报

地质素描在隧道施工中全段进行。地质素描内容为：

对开挖掌子面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，分析判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

b.超前水平钻探

在隧道施工通过断层破碎带段每开挖40m利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。断层破碎带施工中运用开挖用的钻具进行长5米的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。

图4 超前水平钻探施工

c.地质雷达法

隧道开挖全段施工过程中使用地质雷达法进行近距离超前预报，对于初步判断可能发生涌水段，提前20～30m采取TEM（瞬变电磁仪法）探测地下水等情况。

地质雷达法是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接收天线所接收。

图5 地质雷达预报

d.加深炮孔

在围岩较破碎地段适时采用加深炮孔法进行超前地质预报，加深炮孔应在每个开挖循环施做，沿开挖洞身周边均匀布置，根据地质复杂程度，正洞每循环5～7个，孔深超过开挖进尺3m，相邻两循环加深炮孔位置适当错开。

2.5超前支护、护拱与初期支护施工

根据超前地质预报探查结果，最终确定受巷道影响的隧道段结构进行加强，采用26cm护拱+26cm初期支护+80cm钢筋混凝土二次衬砌方案。护拱与初期支护钢拱架交错布置。

（1）超前支护施工

待管棚施工结束后，在开挖前先进行超前小导管施工，小导管采用φ50mm×5mm热轧钢管，在钢筋加工场加工，小导管长度为2.3m。小导管沿隧道拱部120°布置，环向间距30cm，共48根，纵向间距1m，纵向搭接水平长度不小于100cm。小导管外插角控制在5°～10°左右打入围岩，端部与刚拱架焊接，不得在型钢上钻孔安置超前小导管。

图6 超前小导管施工

（2）护拱与初期支护施工

本段围岩受采空巷道影响，采用双层初期支护（即护拱+初期支护），护拱与初期支护均采用26cm厚的C25喷射混凝土。在初喷22mm后铺设一层HPB300Φ8的钢筋网片，护拱网片间距为10cm×10cm，初期支护网片为20cm×20cm，护拱与初期支护的钢架交错布置。

护拱与初期支护拱部与边墙钢拱架均采用I20a工字钢，仰拱初期支护采用I16工字钢，间距均按照0.5m安装。在每处钢架连接接头处都打设锁脚，以增加钢架的稳定性，锁脚采用φ42×4mm小导管。

钢架按设计预先在洞外钢结构厂加工成型，在洞内连接成整体。洞内安装在初喷混凝土之后进行，与定位系筋焊接。钢架间设纵向连接件，钢架间以喷混凝土填平。钢架拱脚必须安放在牢固的基础上，架立时垂直隧道中线，当钢架和围岩之间间隙过大时设置垫块，用喷混凝土喷填。

（3）系统锚杆施工

在受采空巷道影响的范围内，以堵水为主限量排放，优化该段的系统锚杆，对原设计系统锚杆加长加密，采取全断面径向注浆加固（含仰拱底部也进行注浆加固），限值围岩裂隙水进入隧道排水系统，注浆管采用5m长φ42×4mm注浆钢花管，间距0.5m×0.5m，梅花形布置。

（4）钢筋网片施工

隧道钢筋网预先在洞外钢结构厂加工成型。钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或片状锈蚀。

（5）喷射混凝土施工

喷射混凝土用自动计量拌和站拌和。喷射混凝土分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖完成后立即进行，防止表层风化剥落。复喷混凝土在挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变位。

（6）预埋注浆管

为避免后期巷道内落石对隧道结构产生影响，在吃起支护施工时在巷道口处与埋设三根钢管，分别为砂浆压注管（埋设深度不小于5m）、吹砂管（埋设深度不小于7m）、排气管（埋设深度不小于7.5m），待初期支护施工结束，沉降稳定后，对巷道内压沙注浆。开挖线后砂浆圈厚度不小于5m，可分次压注，砂浆压注完成后，利用吹砂管对巷道内进行吹砂回填，砂层厚度不小于2m。

2.6防排水与衬砌施工

（1）防排水施工

隧道的防排水应采取“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理，保护环境”的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，对地表水与地下水进行妥善处理，使洞内外形成一个完整、可靠的防排水系统。隧道防水应以混凝土结构自防水和防水层防水为主体，以接缝防水为重点，必要时采用注浆加强防水。

（2）二次衬砌施工

本段围岩因受巷道影响以及围岩较破碎，二次衬砌采用Ca35混凝土浇筑，厚80cm，采用双层钢筋布置。钢筋主筋为HRB400φ28，内外侧纵向与环向钢筋间距均按照15cm进行布置。箍筋斜向交叉钩在环向钢筋外侧，弯钩长度必须保证箍住环向钢筋和纵向钢筋，同环箍筋间隔设置，相临两环箍筋呈梅花型布置;限位钢筋环、纵向间距为2m，设限位钢筋处，不设箍筋，限位钢筋与环向主筋内侧焊接，钢筋接头采用单面焊接，焊接长度≥10d。

2.7监控量测与有毒有害气体检测

（1）监控量测

针对本段围岩的特殊性，项目部针对监控量测出具相应的处理措施，安排专人与三方监测单位每天进行监控量测数据的核对，以此保证监控量测数据的准确性。在监控量测频率方面，三方监测单位每日对隧道内各测点进行一次量测，同时项目部也安排专人开展了自主监控量测，每日对各点位进行两次监测。

（2）有毒有害气体检测

因隧道内发现的巷道为采煤巷道，且流出的填充物废渣大部分为煤矸石，因此判定此隧道或存在瓦斯气体等有毒有害气体。针对存在瓦斯等气体的存在，项目部采取人工检测与自动检测两种方式同时进行。

a、人工检测

掌子面气体检测在掌子面前0.5米至1米处断面中检测，回风检测在距回风口往掌子面15米断面中检测，进风检测在压入式扇风机入口处检测，高冒区检测采用五点法在高冒区检测，总回风在抽出式主要扇风机入口前平直巷道中检测。

b、自动检测

本隧道使用WLKY-800IC气体报警控制器进行监测，该仪器具有高稳定性、高准确性、高智能、超方便的优点，通过设置即可进行现场检测与报警，当现场的瓦斯气体浓度高于或低于所设定的报警值时，系统会自动进行一系列报警。

3结束语

新形势下，随着我国社会经济水平不断提高，在实际开展高速公路建设期间，隧道施工项目作为非常重要的组成部分，对于整体施工质量、施工安全都产生很大影响。为满足高速公路工程项目建设要求，应明确意识到隧道巷道处理施工技术的应用意义。本文通过以本桓高速公路项目长梁子隧道巷道处理作为切入点，结合施工质量要求、施工现场情况等，解决了高速公路项目隧道在穿越破碎带地层及采煤巷道等特殊情况下安全掘进施工技术难题，积极探索完善的实施方案，有利于全面提高整体施工质量，从而推动高速公路领域的长远发展。

参考文献

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作者简介：梁开堃，男，大学本科，2008年毕业于东北林业大学，工程师。