周波
(中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550001)
隧道穿越煤系地层施工技术
周波
(中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550001)
通常情况下,瓦斯与有害气体等极容易聚集在结构松散的岩层与煤系底层,因此,在进行隧道穿越煤系地层施工时,必须要采取合理的施工技术,以避免瓦斯与有毒气体的大量积聚而引发的安全事故。基于此,本文在分析某工程实例的基础上,对隧道穿越煤系地层施工技术具体措施进行了详细的阐述,以供参考。
隧道施工;穿越;煤系底层;技术
一般情况下,隧道工程项目所在区域大多处于地下,而地下是瓦斯等其他的聚集地,因此,在实际施工过程中,必须要对工程项目实际需求进行全面的分析,并在此基础上,采取适宜的施工技术,以确保项目施工安全与质量,有效规避安全事故与人员伤害现象的发生。
某高速公路设计为双线四车道,途径某隧道,然后相交于另一高速公路。该隧道为左、右线分离式平行双洞,左、右线全长分别为6555m与6557m,且隧道进口部位左、右线总长度达3284m与3285m。同时,隧道经过区域地层大多为层间积压破碎带,且大约有60%为Ⅱ、Ⅲ类围岩,岩层主要包括钙质泥岩、泥质灰岩等。但因受到地质构造影响作用,溶孔、溶穴极其发育,围岩软弱,且其稳定性也较差,极容易发生坍塌事故。
在此隧道工程项目施工中,可能会遇到岩溶、断层等不良地质情况。隧道进出口部位穿越其所在山区某可采煤层,该煤层瓦斯压力达0.12~0.18MPa,其背斜附近存在l8个个大小煤窑,隧道区域内有6个老煤窑及2个正在生产的煤矿。此情况下,隧道设计按照低瓦斯工区需求落实防护措施,施工时还需要进行超前探煤、瓦斯预测工作,以避免安全事故的发生。
此外,在隧道开挖施工过程中,随着岩石破碎与周壁压力的逐渐降低,岩石中的天然气由吸附状态转为游离状态,并释放,基于此,必须进行瓦斯与有害气体监测与防治作业。
3.1 总体施工方案
依据项目设计文件要求,并在综合超前地质预报的情况下,对于隧道内有害气体可能存在的区域,采用超前探测、排放与防护等措施,对有害气体,尤其是瓦斯进行综合治理。同时,还要利用全自动电脑检测仪等设备,对隧道各工作面进行全方位的、详细的监测与防护,例如瓦斯检查等。此外,在施工过程中,还要落实湿式钻眼、喷雾洒水等防尘措施,以保证洞内作业的安全。
3.2 技术措施
3.2.1 超前探测、排放
通过采用物探与钻探地质预报工艺,对隧道开挖面至前方围岩区域进行超前预测,以此来详细的了解其地层构造、采空区等实况。对于已经探测出的裂隙发育、连通性良好的含气层等,利用供水钻机进行湿钻。此外,在作业面前,还需要进行适当的排放,以避免有害气体的异常突出。
3.2.2 加强施工通风
为了避免煤系底层采空区等瓦斯与有害气体的溢出,必须增强对大断面等施工区域的通风。此外,在进行工程设计时,对于项目通风作业,应当采用巷道式射流通风技术进行,并且还要通过射流空气来加快风流速度。
3.2.3 开挖、支护施工措施
在进行隧道穿越煤系地层开挖与支护施工时,需要严格遵循短进尺、弱爆破、强支护、勤监测、强通风、早封闭的原则。同时,还要将每一次开外进尺控制在2m以内,然后再采用导坑开挖方案或长台阶开挖方案进行开挖施工。此外,如果开挖面积较小,瓦斯与有害气体的溢出量也相对较小,此时需要立即关闭开挖轮廓,最大限度的降低瓦斯与有害气体溢出量。
3.2.4 洞内设备、设施的选用
在进行瓦斯部位施工时,其所采用的设备与设施均需要满足防爆要求,并且还要安装照明与电力线等发热体。
要想充分提高瓦斯与其他有害气体监控与预警效果,应当落实“双保险”监控措施,也就是建立自动化监测系统与人工现场监测相结合的措施。在该隧道穿越煤系地层施工过程中,其所构建的自动监测系统主要包括洞口监测中心、洞内控制分站与洞内各作业面,在各巷道、加宽部位、转角处等部位,还需要安装瓦斯浓度探头、风速探头与自动报警器。
此情况下,只需要通过探头,仅需要在洞口与检测中心,就能够充分了解隧道内各处瓦斯浓度与风速情况,一旦超出标准,立即报警处理。同时,监控人员也能够掌握各作业面与瓦斯实况,提升对事故的应变能力,尤其是揭煤前的放炮操作,监测人员能够即刻观察到放炮之后瓦斯浓度变化曲线与实际涌出量。
但在进行自动监测系统探头的安装时,需确保其与开挖面之间保留一定的距离,并且还要配合任何进行详细的检查。在进行装药、放炮操作之前,以及爆破作业之后,均需要通过人工的形式对瓦斯进行仔细的检查,以确保开挖过程中瓦斯浓度的实时监测。对于瓦斯监控地面中心站位置,需确保其与隧道口的距离超过20m,并且还要配备相应的设施,例如工控机与数据通讯接设备。
5.1 超前探测
通过详细分析项目现场物探超前地质探测原始资料数据,判断作业面前方是否需要进行钻孔排放作业,以此来为钻孔排放作业的顺利完成提供必要的参考依据。
5.2 钻孔排放施工方法
通过实施探测作业,发现该项目裂隙存在裂隙发育、连通性良好的含气层或是较大的踩空气囊,此时需要利用“QCW-80型偏心潜孔锤”地质钻机进行超前钻孔释放作业。同时,在开始隧道每个开挖循环钻孔作业之前,需要利用YT28手持式凿岩机钻布设浅探孔。
对于探孔的具体位置,则需要依据项目岩层节理面或是产状进行确定,当掘进由煤层顶板进入煤层时,应当在隧道的底部位置布置探孔;而如果掘进由煤层底板进入煤层,则此时应当在隧道的顶部位置布设探孔,这样一来,可有效避免钻机频繁移动,促进隧道掘进作业不间断、正常进行。通过科学布设探孔,可充分发挥钻孔作用。此外,超前探孔还可作为掘进炮孔,从而大大节省项目建设成本减少施工工序,从而提升施工效率。
6.1 封堵墙施工
该隧道工程项目地质结构较为复杂,超前探孔极容易导致气体突出现象,例如在YK5+423位置,右侧探孔在6m位置处,有害气体突出压力达0.35MPa,但由于补给充足,在排放无效的条件下,可通过封堵墙施工方式来封闭作业面。对于封堵墙施工,应当采用C20混凝土现浇,厚度为1.0m。图1为该隧道项目封堵墙施工。
6.2 设备选用
6.2.1 钻孔设备
图1 止气墙施工示意图
对于该项目围岩良好部位钻孔施工,应当采用操作便利的、钻孔效率高的、移动灵活的MD-50潜孔钻机。此外,在进行围岩较差部位的钻孔作业,应当采用QCW-80型偏心潜孔钻机进行。
6.2.2 注浆设备
该隧道工程项目采用单液注浆,注浆机为3SNSA型注浆泵,其注浆压力达8~10MPa,最大注浆量达207L/min,所以,只需要采用一般的砂浆搅拌机就能够拌制浆液。
6.3 配合比选用
为了有效降低普通水泥浆吸水率,并改善其流动性,应当适当掺入膨润土与高效减水剂。此外,通过配比试验结果选择了0.6、0.8两种水灰比,依据项目岩层裂隙渗透性、浆液注入率、注浆压力等情况,在注浆施工时可采用上述两种水灰比,注浆效果较为良好。
6.4 注浆施工
在完成了封堵墙施工之后,对于项目中有害气体含量较高的地段,为了有效避免气体从封堵墙外缘与开挖轮廓结合部位渗漏出来,应当采用小导管注浆,以封闭附近围岩裂隙,并且还可加固止气墙与围岩的交接处,从而避免有害气体渗漏现象的发生。
综上所述,该隧道项目设计属于低瓦斯隧道,进口含煤地段瓦斯含量偏低,但早期施工测试结果显示器瓦斯涌出量超标,因此,为了确保该隧道穿越煤系地层施工安全,应当实施瓦斯监控预警措施,并且还要配备瓦斯监测设备,然后采取适宜的施工技术与施工工艺,降低洞内瓦斯与有害气体浓度,避免瓦斯事故与硫化氢气体中毒事故的发生,为隧道施工的顺利完成提供保障。
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U455.4
A
1004-7344(2016)08-0147-02
2016-3-1
周 波(1982-),男,彝族,工程师,本科,主要从事水利水电工程管理方面的工作。