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新西山坪隧道采空区施工方法

新西山坪隧道全长3293.49m（YDK117+371.51～YDK120+665）；本隧道位于既有西山坪隧道（2938.50m）右侧，进口位于半径为3500米的左偏曲线上，洞身部分位于直线上，出口位于半径为2800的右偏曲线上，其进口段YDK117+371.51～+451.51段80m已在既有线施工中完成，结合既有隧道一起建成，本次设计新建隧道长3213.49m。隧道里程YDK118+270处设计有一纵向变坡点，其隧道内YDK117+371.51～YDK118+270段（898.49m）为3.0‰的上坡，YDK118+270～YDK120+665段（2395m）为5.1‰的下坡。

洞内YDK118+550～YDK118+630段80m，YDK119+330～YDK118+390段60m范围可能遇采空区或通过采空区影响带，根据既有线施工情况，含煤地层为煤线，矿化度低，较松散，衬砌采用Ⅴ级加强结构。

线路大约在YDK118+553～+623与复兴隆二井、和平煤矿的煤层采空区在平面上大角度相交，该井与和平井在本段也合二为一，根据既有线和收集巷道坡度资料推算，既有线处煤层底板标高215.12m，既有线路标高235.8m，按洞高3m计，既有线隧道底板厚度17.68m，但由于隧道开采年代久远，废弃多年，煤层采空区资料准确性低，可能对新建二线影响较大；在YDK119+328～+381与煤层采空区在平面上约36度相交，据既有线和收集巷道坡度资料推算，此次煤层底板标高在285m以上，既有线路标高232.3m，按洞高3m计，既有线隧道顶板厚度约50m，如上述煤层采空区资料准确性低，不排除对新建二线影响较大。地震动峰值加速度0.05g；地下水只要有第四系松散岩类空隙水、基岩裂隙水，地下水化学腐蚀环境等级H1；隧道涌水量约6000m3/d。该段T3xj3含煤地层存在瓦斯问题，瓦斯含量较低。

超前地质探测必须作为主要施工手段纳入施工工序中。根据现有地质资料：YDK118+550～YDK118+630段自采空区中间通过，该段采空资料不明DB61／T 1084-2017 混凝土超声回弹综合法测强曲线，极有可能遇到基底空虚、巷道空洞、拱顶塌陷、突水突泥、坑道瓦斯涌出等病害情况；YDK119+328～+381段自采空区下方47m处通过，虽然顶板比较厚，但该段地质条件及采空区资料不详细，不排除可能遇到煤层、瓦斯、巷道空洞等情况。因此，超前地质探测预报的重要性可想而知。

尽量调集既有线施工资料，了解既有线施工时遇到的病害情况及处理方法；尽量在当地寻找知情老百姓收集采空区资料，以便可以更详细的了解该段的施工地质情况，做到对可能遇到施工难点心中有数。

有孔探测是施工过程当中最常用到的探测方法，其操作简单，既有施工设备条件也能满足要求。主要方法为：采用Φ89空心钻钻孔，钻孔位置孔顶中一个，边墙最大跨左右各一个，隧道下部左右边墙处各一个。根据岩芯和钻进过程中出露的岩粉、钻速和水质情况，判断前方水文、地质条件；取岩芯，并利用岩芯作试样进行试验，对钻进的地质状态进行判断；钻速测试，根据钻机在岩石中的钻进速度和岩石特性之间的关系来判断。在隧洞开挖正面布置钻孔，根据钻孔深度，可探测到前方30～50m范围内的地质情况。YDK118+550～YDK118+630段施工加强超前探孔探测隧道下部采煤巷道，探孔每隔10m设置一处，每处设3个探孔，探深15m，并根据现场实际情况调整探测深度和探孔分部。根据探测结果综合分析，必要时进行基底加固。

无孔探测如：TSP－203超前地质预报系统、地质雷达探测、防爆红外线探测仪等。施工每100～150m委托相关资质单位进行探测。

IV、地质预报信息反馈

派专人负责：建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，输入信息处理系统，进行综合分析、判断，并将处理结果反馈给施工现场，及时调整施工方法和参数。然后从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工现场，如此往复。通过地质信息系统的及时、准确预报，为信息化施工提供决策依据。

根据超前地质预报反馈信息，如前方遇到拱顶巷道、开采空洞、留碴破碎层等，必须采取超前支护通过。

如果巷道与隧道联通时，超前探孔探测：巷道内是否虚碴覆盖、积水多大、淤泥多深、瓦斯浓度等情况，以便确定施工方案。

a、探明巷道内情况后，如果水大，淤泥多，虚碴方比较大，则利用地质钻打孔，将水排出；插入￠110钢花管，钢花管深至巷道顶部，利用喷射机向巷道内吹砂，待砂满后，注水玻璃，注浆压力2.0Mpa；相交较大处，可视情况调整钢花管根数及注浆范围；最后根据巷道与隧道相交宽度，施工超前小导管或者￠89大管棚，注水泥浆，压力1.0Mpa。超前支护完成，即可进行开挖。开挖时必须遵循，短进尺、弱爆破、快支护的原则，快速封闭成环，二衬紧跟。二衬施作时，防排水系统加密，可能时，可在巷道内插入42mm钢管，将水引入隧道排水沟中。如图2所示。

b、若水小，泥少，虚碴少。可将联通道挖开即可。初期支护紧跟，并埋入42mm钢管连接至隧道排水沟中。最后二衬尽快施作。

利用地质钻打孔，将空洞水排出；插入￠110钢花管，钢花管深至洞顶，利用喷射机向巷道内吹砂，待砂满后，注水泥浆，注浆压力1.0Mpa；相交较大处，可视情况调整钢花管根数及注浆范围；最后根据空洞宽度，施工超前小导管或者￠89大管棚，注水泥浆，压力1.0Mpa。超前支护完成，即可进行开挖。开挖时必须遵循，短进尺、弱爆破、快支护的原则，快速封闭成环，二衬紧跟。

探明情况后，使用超前小导管或者￠89大管棚，注水泥浆，压力1.0Mpa。开挖时必须遵循，短进尺、弱爆破、快支护的原则，快速封闭成环，二衬紧跟。

隧道穿越煤矿区，瓦斯及天然气丰富，虽然有可能已经采空，但不排除坑道聚气涌出，瓦斯缓慢渗出、喷出等情况，对隧道施工造成严重威胁。隧道施工中，必须采取措施将工作面瓦斯浓度降至1%以下才能钻爆掘进。为加快瓦斯排放速度，避免事故发生，必须建预报系统。充分做好钻孔超前探测预报工作，并派专人持瓦斯浓度探测仪进行探测，做到细微变化都能察觉的程度，并将信息反馈至作业队伍，指导施工。具体方法如下：

a、向工作面前方钻若干个孔，使钻孔范围的瓦斯提前排放出来，使裂隙逐渐卸压，应力集中带逐渐移往裂隙深处，从而在一定范围内消除或降低瓦斯突出的危险。

超前钻孔：在工作面按平行与隧道掘进方向或略向外倾斜布置钻孔。孔径一般为75～300mm，孔深一般在15m以上。钻孔控制在开挖断面周边外2～3m的范围。

超前距离：超前距离是超前孔的长度与允许掘进长度的长度之差。超前距离不小于5m，即每次掘进均能保留不小于5m的经过瓦斯排放和应力转移的安全距离。

注意事项：在超前钻孔过程中，随着已完钻孔的增多，瓦斯的排放量将逐渐增大，因此需要加强对工作面瓦斯浓度的检测，当工作面瓦斯浓度超过1.5%时必须停止钻孔，待其浓度降至允许范围后再继续作业。

b、采用半断面、微台阶的施工方法，台阶长度控制在3~5m，在开挖上半段面前，视围岩情况进行超前小钢管或设超前锚杆补强，开挖后及时喷锚。

必须及时铺底或施做仰拱，及时用气密性砼做全封闭衬砌。

当超前孔排放瓦斯的效果不够理想时，采用深孔松动爆破，炮眼直径采用42mm，深为8～12m，装药长度为孔深减去5.5～6.0m，药卷必须送至孔底，每个药卷1个雷管；采用孔内外大串联连线方式。

爆破前必须停电，人员全部撤出洞外，在洞外控制爆破。

措施主要是加强通风，确保洞内风速保持在0.25m/s以上。

达到1.5%：发出报警，撤出人员，停止一切作业，加速通风，同时打开高压风阀门进行送风。

超过1%：发警戒信号，指挥员、安全员随时监测，禁止放炮，切断掌子面电源，加强通风。

超过0.5%：洞内所有设备均应是矿用防暴型，发出第一次警报，加强监测，强化通风。

超过0.25%：停止洞内焊接作业。

低于0.25%：正常作业及通风。

洞内机械设备均采用防爆型。出碴进料采用有轨运输，洞内禁止进行电焊、气焊作业，特殊的、不可避免的焊接，在焊接过程中要有检测人员旁站检测，瓦斯浓度需低于0.5%。

施工人员严禁穿戴化纤衣物进洞，不使用各种塑料管材。

为防治产生撞击火花，装碴前要将石碴洒水湿润，拆卸钢模板和铺设轨道时，均使用木锤。

初期支护依据‘岩变我变’的原则，及时调整支护参数，及早封闭围岩，防止瓦斯、天然气渗出。

必须及时铺底或施做仰拱，及时用气密性砼做全封闭支护。施工中每一次仰拱填充循环都必须对隧底进行探测，目前已知YDK118+550～YDK118+630段自采空区中部通过，隧道下部可能存在巷道，采空洞室等。隧道施工开挖及施作仰拱前必须采用大量探、物探等措施进行超前探测。探孔每隔10m设置一处，每处设3个探孔，探深15m，并根据现场实际情况调整探测深度和探孔分部。根据探测结果综合分析，必要时进行基底加固。具体加固措施如下：

基底采用Φ76钢花管注浆加固，间距1.2m，梅花形布置，加固深度为20.0m。见图3。

注浆材料——根据钻孔揭示的隧底情况酌情采用，空洞选采用掺加速凝剂的浓浆、超细水泥浆，一般采空区破碎带和煤巷回填体可选水泥沙浆，水泥标号不能少于32.5。

注浆配合比，注浆终压——水灰比一般0.5～1.0、注浆压力一般1～2Mpa，具体可根据现场注浆试验结果适当调整；单孔注浆结束条件：“注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续10min以上，进浆速度为开始进浆速度的1/4；有一定的注入量，一般当注浆量小于10L/min”即可结束，但要求隧道纵向每隔10m设检查孔。检查孔应取岩心观察浆液充填饱满，并通过压水检查：在1Mpa的压力下，观察进水量是否小于1L/min.m，如不合格应补钻孔注浆。

根据探明的地质情况，采空区及采煤巷道范围内每20m设置一道环向沉降缝，沉降缝用沥青麻絮填充。

监控量测作为隧道施工的主要指导手段，必须纳入施工工序当中。

我隧道施工至采空区时，监控量测点进行加密。每8m一个量测断面，拱顶一个点，边墙四个点，隧底中线处一个点。量测频率每天3次，稳定后每天1次。严密监控隧道围岩的变化及隧道下沉情况，及时将信息反馈。当变化异常时，及时采取相应措施进行处理。

及时施作衬砌，衬砌砼采用气密性砼。根据探明的地质情况，采空区及采煤巷道范围内每20m设置一道环向沉降缝，与仰拱沉降缝连成一个断面，沉降缝用沥青麻絮填充。

1、超前地质探测必须严格谨密，不能应付将就，信息反馈及时DB11／T 1670-2019标准下载，以便迅速调整施工方法及参数。

2、监控量测及时到位，数据采集及处理严格谨密，信息反馈及时。

3、开挖施工时，要注意进尺及爆破控制，减小对周边围岩的扰动，专人盯守，严密观察开挖面，防止出现突水突泥，造成不可估量后果。

4、隧道注浆压力及注浆时间必须满足施工要求。

5、瓦斯监测必须持之以恒DB32／T 4035-2021 实体市场知识产权管理规范.pdf，不能间断。

6、采空区仰拱施工前必须进行基底探测，需要加固时在基底处理前不能施作仰拱。

7、因为隧道穿越煤层，我隧道施工时，应在隧道线路两侧设置禁采区域，并设置警示牌标明禁采区域。具体如图4。