各种不良地质条件控制技术措施

二、各种不良地质条件控制技术措施

(一)大断面软弱围岩控制变形技术措施

1.控制原则

采用“注浆加固、改善构造、以柔克刚、边支边放、底部加强”的主动式控制原则。一是从提高围岩力学性能着手,主动加固围岩,使之承受一部分荷载;二是加长加密锚杆,使支护的荷载传入基岩深部;三是初期支护允许柔性变形消耗围岩中储存的能量;四是预留足够变形量防止断面侵限;五是加强隧道底部结构。

2.具体措施

严格按设计支护参数进行施工;根据监控量测结果反馈的信息预留变形量;采用可缩式钢架支护;改善洞室形状,加大边墙和底部的曲率;采用长锚杆并加密,锚杆垫板加大到25 cm×25 cm;加强掌子面正面的注浆处理以防外鼓;部分地段采用6 m长注浆锚管进行加固;加强二衬配筋。

(二)断裂破碎带施工技术措施

1.采取的措施

利用超前地质探测手段,提前预测松散、破碎带情况,利用地质素描法对断层的长度、高度、倾角做出预测。

选择合理的施工方法进行断层破碎带施工。断层破碎带施工时必须遵守超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、围岩量测、及早衬砌的原则。

根据赋水情况采用超前管棚注浆预加固地层,分步开挖按先软后硬顺序交错进行,要随挖随护、密闭支撑,及时施作仰拱初期支护闭合成环整体受力。如出现大量涌水,则采取排堵相结合的处理措施。

2.施工要求

通过断层带时,应及早施作初期支护,减少岩层的暴露、松动,各施工工序的距离尽量缩短。

断层破碎带尽量采用人工开挖,采用爆破法掘进时,严格掌握炮眼数量、深度及装药量,以减少爆破震动对围岩的影响。

采用分部开挖时,其下部开挖分左右两侧相距交错作业。开挖有水流出时,凿眼安置套管集中引排,使其不漫流,并随工作面向前推进,做好排水沟,并避免积水浸泡拱、墙脚。

断层地带支护宁强勿弱,严格监控量测,掌握围岩收敛变形信息,修改设计支护参数。

(三)突泥、涌水地段施工方案及措施

1.突泥、涌水预测预报

利用TSP203地质预报、地质雷达探测、红外线探水仪预测、地质超前水平钻孔等措施。及时了解和掌握前方地下水情况,并根据地下水含量制定相应的处理措施。

(1)前物探法及红外探水。

(2)超前探孔。

隧道主要采用两种方法探孔:一种是台车接杆钻孔,适用于各类围岩地段,每循环探孔深度15 m,开挖12 m,前后两次探孔搭接3 m;另一种是中长探孔,采用GLP-150地质超前水平钻机钻孔,主要用富水带、断层破碎带等地质条件复杂地段,根据设计资料及其他地质预报结果决定探孔数量。

施工期间,由于高外水压力的存在,必须使用能够控制和处理高压和可能出现的大流量水的先进的钻孔机械。因为,如果钻孔时遇到岩带存在大量的高压水,钻杆一旦控制不好,就会从孔中射出造成损坏和人员伤亡。有效的解决办法之一是在探孔孔口管上安装止水阀,详见图4-4-31超前探孔孔口装置示意图。

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图4-4-31 超前探孔孔口装置示意图

管口伸出部分应能与双液注浆泵连接的,以便遇高压水时及时封堵并实施注浆。超前预注浆效果的好坏直接影响到隧道开挖后涌水量的大小。

通过钻孔进行以下工作:收集分析钻孔的排渣;记录分析钻孔台车的推进压力及钻速;记录分析钻杆不同长度时的涌水量的大小;工作面岩石素描,测定围岩层理、节理的走向。

在拱顶、拱脚和隧道中下部分别设超前钻孔,孔深20 m,孔径φ65 mm,用液压钻孔台车钻孔。推断工作面前方地质构造、岩性、水源位置及水量大小。

2.突泥、涌水地段施工方案

(1)涌水地段施工

根据超前地质预测预报成果,结合超前探孔验证掘进前方涌水量大小、发生部位等采取帷幕注浆、径向注浆等措施,封堵地下水。

施工中要做好应急准备,一旦发生涌水,要尽快安装抽水设施,并且把高压风管和水管切断作为排水管,使涌入洞内的水迅速排出,确保安全。施工中认真研究设计文件,加强地质调查,进行超前钻孔探测,采用综合物探手段预测预报,判明水源补给、涌水量和突出水压等情况,有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案。

采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法,并辅之以超前小导管预注浆止水(浆液为水泥-水玻璃双液浆)穿越突水段。按顺序分部开挖隧道断面,施作支护。支护系统锚杆由厚壁小导管代替,施作支护时,根据渗漏水的情况,在各渗漏水处钻眼引水,设置弹簧排水管。在大面积淋水或水流量仍很大的情况下,设置多层弹簧排水管,通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管,流入排水沟将水排出洞外。

(2)突泥地段施工

涌水在较厚断层泥或溶洞充填物中往往导致突泥,造成坍方,而且使隧道周围岩体产生空隙以至大体积的空洞,危害更大。

施工中,首先要依靠地质超前预报作出判断,根据涌泥量的大小,提前采用超前帷幕注浆或超前小导管预注浆进行封堵,以加固地层并止水。

一旦发生有危害的突泥时,必须尽快将口堵住。堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架,填塞草袋,劈柴和木板。堵口后,用喷混凝土将其封闭,并将周围洞身加固;然后沿开挖面周边设超前钢管支护,采用直径φ40 mm、φ50 mm或φ80 mm长6~8 m的无缝钢管。必要时两层、三层重叠,形成“套管”以增大其抵抗松散地层压力的能力。同时在此断面附近设置监控量测点,监控量测围岩的收敛变形情况。

(四)岩溶地段隧道施工方案及措施

1.岩溶地段隧道施工方案

穿越岩溶地质区域的隧道,根据超前地质预报,确定岩溶地质水文、位置、形态及分布状况等,提出详细施工预案及对策。岩溶隧道总体技术对策见图4-4-32。

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图4-4-32 岩溶隧道总体技术对策图

2.建立预测预报体系

进行隧道通过区域地表勘查,初步确定岩溶地质相对隧道可能存在的范围;利用超前预报了解地质情况,分析正洞岩溶存在的可能性。根据分析预测,通过超前钻探预报,即在开挖工作面向正洞前方超前钻孔探测。

正洞通过可能存在岩溶地质区域后,利用常规的隧底钻探或较先进的地温探查、电法勘探、地质雷达、瑞雷波勘探,确定岩溶发育区域,探明溶洞水文地质状况及存在形式、大小、相对正洞存在位置。提出正洞底板加固预案和对策,为正洞底板整治提供科学依据。

3.对隧道岩溶段地下水的处理

(1)暗沟排水。

隧道穿过无填充的溶洞且顶部常有水流下时,沿溶洞水流通道设置泄水洞。即在隧底修建石砌暗沟使溶洞水通过暗沟仍沿原有通路由泄水洞自行排出。详见图4-4-33。

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图4-4-33 暗沟排水示意图

(2)涵洞、泄水洞排水。

当溶洞自行排水通道不畅,地下水又很发育,不足以排除溶洞涌水时,为不使溶洞地下水危及隧道结构安全,在溶洞底设置涵洞和泄水洞系统引流。

(3)渗沟、铺砌排水。

为保障水流畅通,隧底溶洞水流通道采用渗沟排水,明洞顶铺砌排水,将水引入溶洞另一侧,由溶洞自行排走,见图4-4-34。

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图4-4-34 渗沟、铺砌示意图

4.小型溶洞的处理方法

对地下水不发育的小型溶洞,采用浆砌片石或干砌片石回填处理,必要时压浆填充。

(1)浆砌封闭,回填压实。

对隧道侧墙通过溶洞,经调查及雨季中考验,证明溶洞水对隧道无影响时,施工中采用回填封闭处理。隧道底部用片石混凝土回填,靠边墙1 m范围内用浆砌片石回填,其余回填弃渣,空隙吹砂填满,压注水泥砂浆胶结,详见图4-4-35。

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图4-4-35 封闭(回填)处理图

(2)隧底回填,上部护拱防护。

对隧道穿过垂直发育的溶洞,无充填物、干燥、溶洞高大,洞壁有溶蚀裂隙,但已停止发育的情况。采取隧底以下部分用块石、碎石回填密实,距隧底1 m厚度用浆砌片石回填,拱顶浆砌片石护拱厚1 m,其上回填一定厚度干砌片石,以防溶洞有落石掉块时,起到缓冲作用,见图4-4-36。

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图4-4-36 护拱防护处理示意图

(3)换填片石,加强衬砌。

规模较小,沿裂隙发育的槽状溶洞,溶洞有充填物。采取拱部及边墙部位上的溶洞在衬砌外缘设1.0 m厚浆砌片石,隧道底部溶洞(无充填物用洞渣回填),向溶洞方向扩挖l.5 m,回填浆砌片石,其上再作50 cm厚混凝土,混凝土内设P43钢轨。

(4)隧底底板梁处理。

对隧道底部为充填或有不需其他措施处理的小型空洞采用底板梁加强衬砌通过。如图4-4-37所示,将隧道铺底或仰拱设计为平板型,在底板及边墙下部加设钢筋,灌注钢筋混凝土,共同形成钢筋混凝土梁。

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图4-4-37 底板梁处理图

(五)煤层瓦斯地段施工方案及施工技术措施

该地段隧道施工前,先制订超前地质预测预报方案,明确瓦斯隧道的施工方法和瓦斯防治措施,加强通风、检测,制定瓦斯隧道施工安全操作规程,确保安全并严格按照制定的方案施工。当隧道有瓦斯突出危险时,做揭煤处理,按瓦斯隧道施工。

瓦斯隧道所有施工机电设备均采用防爆型,采用煤矿专用炸药及电雷管起爆,按瓦斯隧道相关要求组织施工,并建立健全安检制度,制订各种应急预案。

1.超前探测

隧道正洞及斜井都进行全断面超前探测,超前探孔孔径为108 mm,单孔长度为25 m,搭接长度不小于5 m,在超前探孔处设置检查点,以检测是否有有害气体涌出。若探测到有害气体,根据记录确定有害气体的涌出位置。并在距煤层或出气点垂距10 m处施作φ75 mm探测孔,详细确定煤层位置或瓦斯涌出量。

2.瓦斯气体检测

检测地点及范围应符合下列要求:

(1)开挖工作面风流、回风流中,爆破地点附近20 m内的风流中及局部塌方冒顶处。

(2)局扇及电器开关前后10 m的风流中。

(3)各种作业台车和机械附近20 m内的风流中。

(4)电动机及其开关附近20 m内的风流中。

(5)隧道洞室中,如变电所、水泵站、水仓等瓦斯易于积聚处。

(6)煤线或接近断层破碎带处。

3.瓦斯气体排放

(1)在瓦斯气体涌出孔附近施作排放孔,排放孔直径为89 mm,排放孔设置根据瓦斯涌出部位、涌出量、涌出压力等确定。

(2)实施排放后,必须进行排放效果检验。

(六)浅埋地段施工方案及措施

部分隧道偏压浅埋段采用明挖法开挖,其他地段采用CRD法或微震爆破法(或非爆破法)开挖,锚、网、喷初期支护。隧道内监测网测拱顶下沉、洞内净空水平收敛、钢架应力等;根据监测结果分析调整隧道爆破施工、支护时间及顺序等参数确保地表建筑物安全。采用超前长管棚或超前小导管预注浆的方式,先对隧道周围岩体进行加固,提高岩体的弹模与强度,便于岩体的稳定和隧道的掘进,并在开挖后设置拱墙格栅钢架加强支护。

设置地表监测网、隧道内监测网,地表监测网监测爆破震动速度、地表下沉、地表建筑物下沉及倾斜;根据监测结果分析调整隧道爆破施工、支护时间及顺序等参数确保地表建筑物安全。加强超前支护和临时支护。