浅谈隧道穿越采空区时设计施工技术

浅谈隧道穿越采空区时设计施工技术

周廷达

甘肃综合铁道工程承包有限公司甘肃兰州730000

摘要：本文通过对内蒙准旗境内公沟隧道穿越采空区的研究，分析采空区对隧道施工和运营安全的影响，对影响隧道安全的采空区范围进行注浆和回填处理，确保隧道的安全施工及今后安全运营。

关键词：采空区、施工风险、帷幕注浆、地表回填注浆、巷道回填、监控量测、地表观测，安全施工。

一、隧道概况

公沟隧道位于准格尔旗境内，全长1342m，隧道洞身最大埋深约56m；沿线地貌隶属鄂尔多斯高原台地、丘陵沟壑区。线路经过地段地形起伏较大，坡面冲沟发育、深切，沟谷纵横，冲沟两侧基岩裸露、破碎，具典型干旱地区高原剥蚀丘陵地貌；地势总体呈北西高南东低的趋势，隧道进口端分布满世忽吉图村煤矿开采的采空区范围内。

二、地质概况；

隧道洞身通过区主要沉积地层有第四系全新统人工填土、第四系上更新统砂质黄土、侏罗系砂岩、泥岩、煤层等，属Ⅳ～Ⅴ级围岩。隧道洞身通过区主要沉积地层有第四系全新统（Q4）人工填土，第四系上更新统（Q3）砂质黄土、第三系上新统(N2)泥岩、侏罗系中下统延安组（J1-2y）砂岩、泥岩及煤层等，三叠系上统（T3）砂岩、泥岩等。

隧道通过区域分布满世忽吉图村煤矿采空区，采空区详情如下：

1、隧道进口端DzK41+328～DzK41+410段分布满世忽吉图村煤矿开采的采空区，开采的5(#)煤；采空底板标高1317～1323m，采空高度约3.5m，开采方法为残柱式开采，留有不规则煤柱，回采率约60%。既有铁路施工中对该段采空区进行了注浆处理，目前运营良好;

2、DzK41+850～DzK42+200段，线路左侧22～33m处分布满世忽吉图村煤矿开采的采空区，开采的5(#)煤；采空底板标高1309～1314m，采空高度约3.5m，开采方法为房柱式开采，留有煤柱，回采率约60～70%，目前采空区顶板完好。

3、隧道出口方向DzK42+387～DzK42+690段，中线左侧14.7～37.78m处分布满世集团四道柳忽吉图煤矿5012老工作面的回风巷道，巷道断面尺寸为4.5m（宽）×2.8m（高），有简易支护措施，巷道底板标高为1308.17～1311.29m；

工点范围内地质构造简单，隧道通过区段为贫水区，隧道范围内地下水主要为砂岩地层中赋存的孔隙水及少量基岩裂隙水。

三、设计重点与特殊设计

本隧道设计与施工难点主要为：洞身由煤窑采空区上方20～４0m范围内通过，由于采空区的存在，影响隧道稳定性，隧道施工期间易发生变形、塌方等施工风险，铁路运营期间由于动载作用，可能引起隧道不均匀沉降，出现隧道衬砌变形开裂、仰拱下沉、路面断裂，甚至隧道坍塌，引发重大安全事故。所以我们应高度重视采空区的处理，确保治理措施有效，施工质量可靠。根据煤层厚度、倾角及倾向不同，使采空区与隧道空间位置不同，导致采空区对隧道稳定性的影响也不同，因此应根据煤层的赋存条件及采空区的状态不同采用相应的处理措施。

隧道施工前对进口端DzK41+338～DzK41+410段采空区进行地表注浆回填，地表注浆采用钻孔地面预注浆加固的方式，最外缘帷幕注浆孔，中间填充注浆孔，注浆孔为竖直钻孔。地面帷幕注浆孔偏离中线水平距离按砂、泥岩岩移角采用65°，洞身衬砌外缘距破裂面安全距离不小于2m以及注浆扩散半径5m确定。根据隧道与采空区相对位置以及上述方式确定注浆加固范围，布置七排注浆钻孔，最外缘两排为帷幕注浆孔，中间五排为填充注浆孔；钻孔按梅花型以隧道中线轴对称布置，排距5m，纵向间距为4m。在地质提供的隧道采空区边界里程DzK41+410往侯家梁方向布置探测孔，初拟探孔按梅花型布置，纵、横间距均按5m考虑。若探孔发现采空区，应根据现场实际情况增加探孔，直至确认已探明隧道侯家梁方向基底再无采空区为止。空洞采取填、注相间办法进行，填满之后为保证施工安全和隧道基础稳定，对隧道拱脚与采空区之间可能存在（根据现场调查，地表未见塌陷）的跨落带和断裂带的岩层进行加固，采取高压注浆至隧道拱脚（隧道拱部已设计Φ42小导管与注浆支护），将破碎的岩层用水泥浆重新粘结在一起，在隧道洞身的四周形成较完整的围岩，高压注浆浆液采用纯水泥浆。

隧道DzK41+850～DzK42+200段通过围岩属Ⅳ～Ⅵ级围岩，采用Ⅵ级围岩安息角（65°）检查采空区对隧道的影响，结果如下：DzK41+900断面处：采空区影响围岩距隧道基础水平距离10.33m，距隧道拱脚衬砌外缘6.68m；DzK42+000断面处：采空区影响围岩距隧道基础水平距离12.55m，距隧道拱脚衬砌外缘8.61m；DzK42+100断面处：采空区影响围岩距隧道基础水平距离14.39m，距隧道拱脚衬砌外缘10.29m；DzK42+200断面处：采空区影响围岩距隧道基础水平距离16.93m，距隧道拱脚衬砌外缘12.6m；通过检查该采空区对本线新建隧道无影响，但施工及运营期间仍应对该采空区进行高度关注，隧道施工期间洞内应加强监控量测，并对洞外地表进行观测。

隧道DzK42+387～DzK42+680段施工前应先完成对线路左侧煤矿回风巷的进行回填，其中DzK42+387～DzK42+550段163m对应的巷道采用M7.5浆砌片石满砌回填，DzK42+550～DzK42+690段140m对应的巷道采用土石回填，其中每隔10m设置一道M7.5浆砌片石隔墙，隔墙厚1m。

隧道洞身开挖施工前应完成采空区的地表回填注浆，经过检测确保影响隧道安全的采空区回填注浆密实后方可进行，在采空区影响范围内施工时隧道开挖采用短台阶留核心土法施工，拱部超强支护采用双排Ф42超前小导管注浆预支护加固围岩，初期支护紧跟开挖面，尽可能减少原岩暴露时间，初期支护完成后应及时施做二次衬砌，同时应加强隧道的监控量测及地表观测必要时对围岩进行洞内径向注浆等措施保证隧道的安全施工。

四、结论

公沟隧道穿行在煤窑采空区上方山体内，隧道施工风险较大，在设计阶段对隧道下方有安全通行条件的巷道进行了浆砌片石或土石回填，其余线路两侧影响隧道安全的采空区按围岩的安息角确定影响范围，对影响隧道安施工和运营安全的区域进行帷幕注浆和地表回填注浆，确保隧道走行于密实坚固的山体内，在施工阶段加强围岩或地表的监控量测，确保施工安全。

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