巴準(zhǔn)鐵路王家梁隧道膨脹巖與低瓦斯隧道施工技術(shù)

田海洋

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

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巴準(zhǔn)鐵路王家梁隧道膨脹巖與低瓦斯隧道施工技術(shù)

田海洋

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

摘 要：王家梁隧道是巴準(zhǔn)鐵路的一條重點隧道，隧道洞身以砂巖夾泥巖為主要地層，砂巖為薄層－中厚層狀構(gòu)造，泥巖為砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層構(gòu)造狀；間夾煤層，全隧道都位于膨脹巖地層，并存在瓦斯有害氣體。本文總結(jié)了王家梁隧道膨脹巖及低瓦斯隧道施工工藝及注意事項，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：膨脹巖；低瓦斯隧道；施工工藝；注意事項

1. 工程概況

巴準(zhǔn)鐵路是重載煤運鐵路通道，鐵路正線長128.102km，王家梁隧道是巴準(zhǔn)鐵路的一條重點隧道，隧道全長3216m，工點位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，隧道進口里程DK45+600，路肩高程1320.1m，出口里程DK48+812，路肩高程1329.8m，隧道全長3212m，隧道最大埋深83.1m。工程地處鄂爾多斯盆地，該盆地蘊含豐富的煤炭資源。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探揭示，隧址區(qū)表覆第四系全新統(tǒng)沖洪積砂質(zhì)黃土、上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土和第三系上新統(tǒng)泥巖，下伏侏羅系下統(tǒng)砂巖夾泥巖，該套地層中含多層煤及煤線。侏羅系下統(tǒng)泥巖，為弱膨脹巖，自由膨脹率為35%～50%，巖芯風(fēng)干失水后多龜裂，具有明顯的吸水膨脹、軟化、強度降低、失水收縮的特征。

2. 施工方案

2.1 膨脹巖段施工方案

隧道洞身穿越膨脹性泥巖地層，開挖后受自由水的影響，引起膨脹壓力，對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加的膨脹性地壓，使隧道凈空斷面縮小，支護結(jié)構(gòu)破壞。通過反復(fù)比選及現(xiàn)場實踐，采用3臺階法施工，開挖后立即初噴砼封閉巖面，減少圍巖暴露時間，控制施工用水，減少水的漫流和積水浸泡，減少巖體濕脹干縮對隧道產(chǎn)生不利影響。根據(jù)具體情況加大預(yù)留變形量，確保設(shè)計凈空尺寸，避免襯砌厚度不足。開挖完成后及時施作初支，采用格柵鋼拱架支撐，噴、錨、網(wǎng)聯(lián)合支護施工，必要時在中斷面設(shè)臨時仰拱，形成封閉環(huán)。及時施作仰拱使支護封閉成環(huán)整體受力，根據(jù)量測信息確定二次襯砌施作時機，采用鋼筋混凝土二次襯砌，提高二次襯砌的承載力。

2.2 含瓦斯段施工方案

通過以下措施進行瓦斯隧道防爆：

（1）超前探孔。

（2）爆破設(shè)計。

（3）加強通風(fēng)。

（4）機電設(shè)備防爆。

（5）瓦斯監(jiān)測。

（6）加強安全教育及檢查培訓(xùn)。

3. 施工方法

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

將超前地質(zhì)預(yù)報作為重要工序納入施工工序管理，采用地質(zhì)素描、TSP203、地質(zhì)雷達等進行超前地質(zhì)預(yù)報，及時進行信息收集處理反饋，以調(diào)整施工方案和施工方法。

3.2 超前支護

在洞口軟弱破碎圍巖地段，先施工φ108超前大管棚并注漿加固圍巖，以保證暗洞施工安全。洞身施工過程中，在不良地質(zhì)地段，按設(shè)計采取超前預(yù)注漿、超前小導(dǎo)管注漿等注漿加固方式，注漿效果達到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)后方可進行開挖作業(yè)。

3.3 開挖支護

洞身開挖采用三臺階臨時仰拱法施工，采用挖掘機扒碴，裝載機裝碴，自卸汽車運碴。

（1）上斷面開挖及支護

采用人工配合機械開挖或松動爆破，每循環(huán)開挖進尺控制在0.8m～1m。挖掘機扒碴至中斷面，為減少上斷面扒碴量，上斷面開挖高度控制在3.8m，臺階長度控制在4m～5m，上斷面開挖支護采用自制簡易開挖臺架。

（2）中斷面開挖及支護

采用人工配合機械或松動爆破，每循環(huán)開挖進尺控制與上斷面同步，左右錯進，錯開距離1～2榀拱架，必要時設(shè)臨時仰拱，并將臨時仰拱作為一道重要工序納入管理中。臨時仰拱采用I16鋼架，鋼架與初支拱架同步施作。施作時要注意保證臨時仰拱弧度（防止拱頂下沉），施作完畢后必須回填80cm左右碎石碴，避免大型出碴車通過時形成集中荷載破壞臨時仰拱。

（3）下斷面開挖及支護

下斷面開挖與中上斷面同步進行，采用人工配合機械或弱爆破，左右錯進，錯開距離1～2榀拱架，挖掘機裝碴，自卸汽車出碴。

（a）初噴砼

采用濕噴工藝，噴射前處理危石，檢查開挖斷面凈空尺寸，當(dāng)受噴面有涌水、淋水、集中出水點時，先進行引排水處理，完成后立即噴射砼封閉巖面，減少圍巖暴露時間。

（b）立拱、錨網(wǎng)噴支護

初支拱架采用16×16cmΦ22格柵鋼架支護，間距為80cm，環(huán)向采用間距1m 的Φ22鋼筋焊接，并在鋼架背后鋪設(shè)一層φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm，鎖腳錨管采用φ42無縫鋼管長3.5m，每個拱腳打設(shè)2根，用Φ22“七字筋”焊接在鋼架上，系統(tǒng)錨桿采用φ22中空錨桿長3m，間距1.2×1.2m，采用風(fēng)鉆鉆孔，用錘擊或鉆機將錨桿頂入，注漿泵注漿。拱架系統(tǒng)施作完成后，立即進行噴射砼施工，采用c20濕噴砼施工。

3.4 仰拱施工

膨脹巖隧道施工時，仰拱及時封閉是關(guān)鍵。嚴(yán)格按照鐵建設(shè)2010（120）號文件要求控制仰拱施工步距，為不影響掌子面正常施工，仰拱采用移動式棧橋，機械開挖，人工修整，嚴(yán)禁欠挖，對超挖部分使用同標(biāo)號砼進行回填。

3.5 二次襯砌

二襯采用復(fù)合式襯砌，整體襯砌模板臺車，泵送入模。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，在變形值基本穩(wěn)定后方可進行二次襯砌。在圍巖變形發(fā)展加快或不能趨于穩(wěn)定時，加強初支保證施工安全，絕不能立即施做二次襯砌。

3.6 監(jiān)控量測

嚴(yán)格制訂量測計劃，對于初期支護和二次襯砌進行布點，拱頂下沉及水平相對凈空變化量測在同一斷面上進行，每5m～10m設(shè)置一組觀測點，并采用相同的量測頻率。當(dāng)圍巖變形值較大時，加大量測頻率，根據(jù)量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工生產(chǎn)。為確保量測信息能夠及時反饋，成立監(jiān)控量測信息管理小組，建立量測信息預(yù)警制度，如有變形超過管理標(biāo)準(zhǔn)，及時上報上級領(lǐng)導(dǎo)，以便及時響應(yīng)，并根據(jù)量測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，調(diào)整預(yù)留變形量大小，達到監(jiān)控量測指導(dǎo)施工的目的。

4. 瓦斯地段施工技術(shù)措施

4.1 超前探孔

按照設(shè)計要求在掌子面打設(shè)超前探孔，檢測瓦斯含量及壓力，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)整施工措施。

4.2 爆破設(shè)計

按瓦斯隧道進行爆破設(shè)計，炸藥：乳化炸藥（規(guī)格：φ32mm×200mm，每卷200g）

雷管：電雷管，1～8段毫秒延期雷管。采用正向連續(xù)裝藥，炮泥封口。炮眼布置及裝藥量根據(jù)圍巖情況適當(dāng)調(diào)整。

4.3 加強通風(fēng)

選用110kW×2大功率風(fēng)機壓入式通風(fēng)，確保掌子面風(fēng)量及風(fēng)速，洞內(nèi)瓦斯含量在限值以下。采用1.8m抗靜電、阻燃的風(fēng)管，風(fēng)管百米漏風(fēng)率不大于2%。

4.4 機電設(shè)備防爆

洞內(nèi)設(shè)置雙回路電源，網(wǎng)電為主回路，配內(nèi)燃發(fā)電機組為備用回路，確保洞內(nèi)通風(fēng)、照明、排水等需要。洞內(nèi)電氣設(shè)備均采用防爆型煤礦專用設(shè)備，包括照明、開關(guān)箱、運輸設(shè)備等。

4.5 瓦斯檢測

嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制，即裝藥前、放炮前和響炮后對掌子面及其他施工部位的瓦斯含量檢測。配備專職瓦檢員并必須經(jīng)過國家專業(yè)機構(gòu)關(guān)于瓦斯檢測員的職業(yè)技能培訓(xùn)合格，每班2人，對洞內(nèi)各施工部位全天巡回檢測。

4.6 安全教育及檢查培訓(xùn)

所有參與隧道施工的人員必須參加瓦斯隧道安全施工上崗培訓(xùn)，并經(jīng)考試合格后方可上崗。每日由當(dāng)班瓦檢員在洞口檢查所有進洞人員身上的打火機，香煙等易燃物品，嚴(yán)禁將易燃易爆物品帶入洞內(nèi)。嚴(yán)格執(zhí)行周一安全學(xué)習(xí)制度，對隧道內(nèi)存在的風(fēng)險及注意事項、應(yīng)急救援能力等進行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

施工注意事項：

（1）膨脹性泥巖施工，嚴(yán)格控制洞內(nèi)施工用水，尤其是掌子面打鉆后拱腳積水必須及時排除，嚴(yán)禁積水浸泡拱腳。加強洞內(nèi)供水及抽排水管路維修與保養(yǎng)，防止施工用水流入隧道周邊巖體，對洞內(nèi)排水溝及集水坑及時清理，定期抽排，并加強通風(fēng)，以降低洞內(nèi)濕度和溫度。

（2）加強監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報管理，配備足夠的技術(shù)人員，嚴(yán)格執(zhí)行量測預(yù)警制度，將監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報作為一項重要的工序來管理，加強圍巖凈空位移、圍巖壓力及地下水滲透性動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測反饋成果，進行圍巖預(yù)加固，同時調(diào)整初支及二襯參數(shù)。

（3）噴射混凝土必須飽滿、密實，對拱頂部位應(yīng)特別注意，嚴(yán)禁出現(xiàn)空洞。

（4）加強洞內(nèi)通風(fēng)管理，掌子面不能停風(fēng)，若有特殊情況必須及時匯報生產(chǎn)負責(zé)人，并告知洞內(nèi)施工人員，以便提前做好準(zhǔn)備，經(jīng)現(xiàn)場負責(zé)人同意后方可停風(fēng)，再次施工前，檢查洞內(nèi)各作業(yè)面是否安全。

結(jié)論

巴準(zhǔn)鐵路王家梁隧道自2010年12月進洞施工至2012年9月全隧順利貫通，歷時21個月，通過施工過程中不斷地總結(jié)和改進，未發(fā)生一起質(zhì)量、安全事故，工程質(zhì)量、安全、進度達到了目標(biāo)要求。

參考文獻

［1］中鐵一局. TZ204-2008.鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［M］.北京：中國鐵道出版社，2008：149-150.

［2］ TB10120-2002，鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

中圖分類號：U455

文獻標(biāo)識碼：A