田海洋

（中鐵隧道集團(tuán)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(tuán)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(diǎn)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(xiàng)，可為今后類(lèi)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(xiàng)

1. 工程概況

巴準(zhǔn)鐵路是重載煤運(yùn)鐵路通道，鐵路正線(xiàn)長(zhǎng)128.102km，王家梁隧道是巴準(zhǔn)鐵路的一條重點(diǎn)隧道，隧道全長(zhǎng)3216m，工點(diǎn)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，隧道進(jìn)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(zhǎng)3212m，隧道最大埋深83.1m。工程地處鄂爾多斯盆地，該盆地蘊(yùn)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(xiàn)。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(qiáng)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(kāi)挖后受自由水的影響，引起膨脹壓力，對(duì)支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)破壞。通過(guò)反復(fù)比選及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，采用3臺(tái)階法施工，開(kāi)挖后立即初噴砼封閉巖面，減少?lài)鷰r暴露時(shí)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(duì)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(jì)凈空尺寸，避免襯砌厚度不足。開(kāi)挖完成后及時(shí)施作初支，采用格柵鋼拱架支撐，噴、錨、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)施工，必要時(shí)在中斷面設(shè)臨時(shí)仰拱，形成封閉環(huán)。及時(shí)施作仰拱使支護(hù)封閉成環(huán)整體受力，根據(jù)量測(cè)信息確定二次襯砌施作時(shí)機(jī)，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(guò)以下措施進(jìn)行瓦斯隧道防爆：

（1）超前探孔。

（2）爆破設(shè)計(jì)。

（3）加強(qiáng)通風(fēng)。

（4）機(jī)電設(shè)備防爆。

（5）瓦斯監(jiān)測(cè)。

（6）加強(qiáng)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(bào)

將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(dá)等進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，及時(shí)進(jìn)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(hù)

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(guò)程中，在不良地質(zhì)地段，按設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。

3.3 開(kāi)挖支護(hù)

洞身開(kāi)挖采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，采用挖掘機(jī)扒碴，裝載機(jī)裝碴，自卸汽車(chē)運(yùn)碴。

（1）上斷面開(kāi)挖及支護(hù)

采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖或松動(dòng)爆破，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在0.8m～1m。挖掘機(jī)扒碴至中斷面，為減少上斷面扒碴量，上斷面開(kāi)挖高度控制在3.8m，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在4m～5m，上斷面開(kāi)挖支護(hù)采用自制簡(jiǎn)易開(kāi)挖臺(tái)架。

（2）中斷面開(kāi)挖及支護(hù)

采用人工配合機(jī)械或松動(dòng)爆破，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制與上斷面同步，左右錯(cuò)進(jìn)，錯(cuò)開(kāi)距離1～2榀拱架，必要時(shí)設(shè)臨時(shí)仰拱，并將臨時(shí)仰拱作為一道重要工序納入管理中。臨時(shí)仰拱采用I16鋼架，鋼架與初支拱架同步施作。施作時(shí)要注意保證臨時(shí)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(chē)通過(guò)時(shí)形成集中荷載破壞臨時(shí)仰拱。

（3）下斷面開(kāi)挖及支護(hù)

下斷面開(kāi)挖與中上斷面同步進(jìn)行，采用人工配合機(jī)械或弱爆破，左右錯(cuò)進(jìn)，錯(cuò)開(kāi)距離1～2榀拱架，挖掘機(jī)裝碴，自卸汽車(chē)出碴。

（a）初噴砼

采用濕噴工藝，噴射前處理危石，檢查開(kāi)挖斷面凈空尺寸，當(dāng)受?chē)娒嬗杏克?、淋水、集中出水點(diǎn)時(shí)，先進(jìn)行引排水處理，完成后立即噴射砼封閉巖面，減少?lài)鷰r暴露時(shí)間。

（b）立拱、錨網(wǎng)噴支護(hù)

初支拱架采用16×16cmΦ22格柵鋼架支護(hù)，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(wú)縫鋼管長(zhǎng)3.5m，每個(gè)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(zhǎng)3m，間距1.2×1.2m，采用風(fēng)鉆鉆孔，用錘擊或鉆機(jī)將錨桿頂入，注漿泵注漿。拱架系統(tǒng)施作完成后，立即進(jìn)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(shí)，仰拱及時(shí)封閉是關(guān)鍵。嚴(yán)格按照鐵建設(shè)2010（120）號(hào)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(dòng)式棧橋，機(jī)械開(kāi)挖，人工修整，嚴(yán)禁欠挖，對(duì)超挖部分使用同標(biāo)號(hào)砼進(jìn)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(tái)車(chē)，泵送入模。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，在變形值基本穩(wěn)定后方可進(jìn)行二次襯砌。在圍巖變形發(fā)展加快或不能趨于穩(wěn)定時(shí)，加強(qiáng)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(cè)

嚴(yán)格制訂量測(cè)計(jì)劃，對(duì)于初期支護(hù)和二次襯砌進(jìn)行布點(diǎn)，拱頂下沉及水平相對(duì)凈空變化量測(cè)在同一斷面上進(jìn)行，每5m～10m設(shè)置一組觀(guān)測(cè)點(diǎn)，并采用相同的量測(cè)頻率。當(dāng)圍巖變形值較大時(shí)，加大量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工生產(chǎn)。為確保量測(cè)信息能夠及時(shí)反饋，成立監(jiān)控量測(cè)信息管理小組，建立量測(cè)信息預(yù)警制度，如有變形超過(guò)管理標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)上報(bào)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，以便及時(shí)響應(yīng)，并根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，調(diào)整預(yù)留變形量大小，達(dá)到監(jiān)控量測(cè)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(jì)要求在掌子面打設(shè)超前探孔，檢測(cè)瓦斯含量及壓力，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工措施。

4.2 爆破設(shè)計(jì)

按瓦斯隧道進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，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(qiáng)通風(fēng)

選用110kW×2大功率風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)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(zhuān)用設(shè)備，包括照明、開(kāi)關(guān)箱、運(yùn)輸設(shè)備等。

4.5 瓦斯檢測(cè)

嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制，即裝藥前、放炮前和響炮后對(duì)掌子面及其他施工部位的瓦斯含量檢測(cè)。配備專(zhuān)職瓦檢員并必須經(jīng)過(guò)國(guó)家專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)關(guān)于瓦斯檢測(cè)員的職業(yè)技能培訓(xùn)合格，每班2人，對(duì)洞內(nèi)各施工部位全天巡回檢測(cè)。

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(jìn)洞人員身上的打火機(jī)，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(duì)隧道內(nèi)存在的風(fēng)險(xiǎn)及注意事項(xiàng)、應(yīng)急救援能力等進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

施工注意事項(xiàng)：

（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(shí)排除，嚴(yán)禁積水浸泡拱腳。加強(qiáng)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(duì)洞內(nèi)排水溝及集水坑及時(shí)清理，定期抽排，并加強(qiáng)通風(fēng)，以降低洞內(nèi)濕度和溫度。

（2）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理，配備足夠的技術(shù)人員，嚴(yán)格執(zhí)行量測(cè)預(yù)警制度，將監(jiān)控量測(cè)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為一項(xiàng)重要的工序來(lái)管理，加強(qiáng)圍巖凈空位移、圍巖壓力及地下水滲透性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋成果，進(jìn)行圍巖預(yù)加固，同時(shí)調(diào)整初支及二襯參數(shù)。

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

（4）加強(qiáng)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(shí)匯報(bào)生產(chǎn)負(fù)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(chǎng)負(fù)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(jìn)洞施工至2012年9月全隧順利貫通，歷時(shí)21個(gè)月，通過(guò)施工過(guò)程中不斷地總結(jié)和改進(jìn)，未發(fā)生一起質(zhì)量、安全事故，工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度達(dá)到了目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

［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(guó)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(mèng)恕.中國(guó)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(lèi)號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A