铁路工程隧道不良地质段施工方案煤层瓦斯 断层破碎带 岩溶

隧道不良地质段施工方案根据设计资料，影响本标段隧道工程施工的主要不良地质为：煤层瓦斯、断层破碎带、岩溶地质、石膏地层等。1煤层瓦斯地段施工XX隧道洞身DK962+725～DK965+000段穿越煤系（T3s）地层，其中DK962+725～DK963+000段隧道埋深40～100m，DK963+000～DK965+000段埋深100～277m。根据附近矿山资料，多数矿井属低瓦斯矿井，浅部瓦斯含量低，一般为0.1m3/min，但随着深度增加瓦斯含量也有所增加。1.1确定煤层准确位置在距设计资料提供的煤层约50m处开始钻探，初步探明煤层位置；然后继续掘进，到初步探明的煤层位置10m处，再施做探测孔，对于煤层隧道上半断面至少打2个超前钻孔，下半断面至少打3个超前钻孔；探明煤层的倾角、走向、厚度、里程等参数。1.2揭煤方式采用台阶揭煤方式，必须使用毫秒延时电雷管和煤矿专用安全炸药，毫秒延时电雷管延期不能超过130ms，故段数只能选用到5段。⑴上半断面揭煤施工工序①根据平导遇煤位置，并结合见煤里程，先确定煤层位置及顶底板岩性等，并从煤系地层从掌子面底部向前方打地质钻孔，孔长不小于8m，煤层拉通，确定煤与瓦斯赋存条件以免误揭煤层。②煤位置及其他参数确定后，通过平导沿煤层打一组（3孔）预测孔（正洞拱部以外7m）对各层煤与瓦斯的突出危险性进行预测，如有突出危险，则从平导内打排放孔（排放范围正洞拱外7m）排放30天后，通过检验孔进行排放效果检验。③排放效果检验，确定煤层无突出危险后，采用Φ42小导管超前支护，同时安装拱部格栅，而后采用震动放炮揭煤。④煤后，随开挖逐段进行超前支护，并对开挖外轮廓进行初喷后，架设拱部格栅钢架，并进行复喷。⑤工至超过煤层底板，进入岩层3m后，方可进行正洞下半断面施工。⑵半断面揭煤施工工序①用平导，从平导内打孔（正洞开挖轮廓线边墙及底部6m范围内）探明煤层参数，确定煤有无崎变及煤层走向、倾向、顶底板岩性等。②半断面探明煤层参数的同时，可从平导内对各煤层进行煤与瓦斯的突出危险进行预测，若有突出危险，则下半断面沿煤层进行瓦斯排放，并打钻孔检查排放效果。③过排放效果检测，确定煤层无突出危险后，采用Φ42小导管对开挖轮廓外岩体进行超前支护，并安装边墙格栅，而后采用震动放炮揭煤。④后，随开挖逐段进行超前支护，紧跟开挖，对开挖外轮廓进行初喷后，架设边墙格栅，并进行复喷。⑤至超过煤层顶板，进入岩层后，方可进行下一工序的施工。⑶过石门施工方法根据探测到的煤层具体倾角、走向、厚度等参数决定揭煤过石门方法，如果煤层与隧道纵向夹角比较大，煤层较薄可采用震动放炮全断面一次揭开石门并穿过煤层，在进行震动放炮时需增加炮眼，增加药量。如果煤层缓倾，煤层较厚可采用低爆力震动放炮部分露煤揭石门，其主要施工工序如下：①面。将石门开挖面刷成如图形状的斜面，斜面的最低处高1.5m，这样可达到减少揭石门炮眼长度以及降低爆破震动，防止突出的目的。②眼及爆破。石门爆破的炮眼按一次揭开石门长3～3.5m确定，断面顶部露煤长度不大于1.5m。爆破时只在岩石炮眼的岩石段装药（装药系数与普通爆破相同），炮眼的煤层段不装药。③斜面顶板要有临时支护：揭开石门进行锚喷支护后，立即进行斜面部分的顶板扩挖，并予以永久支护。图5-56露煤揭开石门示意图1.3瓦斯监测与排放⑴瓦斯检测瓦斯检测可以随时掌握洞内瓦斯浓度情况，以便及时采取措施，确保安全。具体做法如下。①成立瓦斯检测小组专门负责正洞和平导瓦斯检测工作，设专职人员管理，填写《瓦斯检测记录表》和《瓦斯日报表》。施工中每班设一名经培训的专职检测员每班检测3次，有瓦斯时要经常检测。配备4台重庆产AZY-1型双参数便携式瓦斯检测仪，洞内作业面在有瓦斯时设AWBY-2型瓦斯遥测断电报警仪，监测系统与洞内供电开关联网，一旦超限，自动断电，声光报警。②制订检测仪器的使用维修管理制度和安装维修质量标准，检测仪器每周校对一次。⑵瓦斯处理措施浓度超限应急措施见下图5-57：图5-57瓦斯浓度超限应急措施表瓦斯出现地点允许浓度瓦斯CO2处置办法总回风道≤0.75%,≤≤0.755%立即查明原因开挖工作面回风风流≤1.0%,≤≤1.0%%立即停工,撤出出人员。开挖工作面风流流≤1.5%,≤11.5%切断电源，停工工，撤出人人员。爆破点20m内内风流≤1.0%严禁放炮开挖工作面200m内风流流≤1.0%停止钻进电机附近20mm内风流≤1.5%切断电源，撤出出人员避车洞、临时封封堵的横通通道≤2.0%附近20m内停停止工作，撤撤出人员，进行局局部通风在穿过煤层时采用超前钻探，保证足够的通风量，加强监测，同时加强进行洒水降尘工作。瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制订瓦期稀释措施、防爆措施、紧急救援措施等。⑶加强通风XX隧道进口作业区为低瓦斯隧道，加强通风是确保施工安全的重要保证。瓦斯作业区采用2组天津产TZ-100型隧道子午加速轴流风机进行加强型压入式通风，该机每台通风量为63000m3/h，并配以φ1000的软式通风管。当掘进一般超过500～600m时，通风量会因风管阻力等而减小，影响通风效果，因此，在掘进到距洞口约600m、1100m和1600m的位置时，各安装1台同型号的风机进行串联式接力通风，通风设计如图5-58所示。图5-58隧道通风设计示意图1.4煤系瓦斯施工措施⑴瓦期地层利用平导超前，探查瓦斯种类和含量，并稀释瓦斯浓度，同时加强通风。钻爆作业必须遵守下列规定：①在煤层或有瓦斯岩层中，不允许打40cm以下的浅眼，任何炮眼最大抵抗线不得小于30cm；②打眼时应采取湿式凿岩，严禁干式凿岩；③应使用毫秒电雷管和安全炸药，并采取电力起爆；④爆破电闸应安装在新鲜风流中，并与开挖面保持200m左右距离；⑤应采用连续装药方式，雷管安放在最外一节炸药中，不得使用裸露药包。⑥放炮地点附近20m以内风流中瓦斯含量达到1％，禁止放炮。⑦开挖工作面风流中瓦斯含量达到1.5％时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理；电动机或其他开关地点附近20m以内风流中瓦斯含量达到1.5％时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。⑵应加强瓦斯检查制度，在钻眼、装药、放炮前及放炮后四个环节上搞好瓦斯巡回检测工作。瓦斯检查应按下列规定执行：①导坑内瓦斯含量在0.5%以下时，每隔0.5h到1h检查一次，0.5%以上时，应随时检查，不得离开开挖面，发现异常应及时报告；②当发现瓦斯含量在2%时，应加强通风稀释，在瓦斯含量降到允许值后，才可进入检查；③瓦斯检查人员工作时应有安全防护装备。④瓦斯检测手段可采用瓦斯遥测装置、定点报警仪和手持式光波干涉仪。⑶隧道在煤系地层施工的全过程中，严格遵守<<煤矿安全规程>>、<<防止煤与瓦斯突出细则>>有关规定，采取安全防护措施，加强通风确保施工和人身安全，并设双回路电源，以防停电导致事故。同时安全防护应采取以下措施：①本隧道的施工人员必须进行岗前培训，方能上岗，需设专职瓦斯检查员，经常检查、监测瓦斯，掌握突出预兆。建立稳妥可靠的通风系统，揭煤施工前，全面检查风管，风机及电源等，保证风机的正常运转，备用风机保持良好状态。②装渣运输使用的金属器机和车辆不得与渣体撞击，铲装前必须将石渣洗湿，防止磨擦和碰击火花。③通风用的风筒、风道、风门和风墙等设施，必须按规定制作，保持密闭，防止漏风和松动塌落，施工中应派专人维修和保养。禁止频繁开启风门，确保风流稳定。④风机用电应单独供给，当其它电源因瓦斯超限而切断时，风机电源必须能正常供电。⑤组织工地救护组，进行专门抢救训练。备齐急救和抢险设备，并指定专人保管，经常保持其良好状态，不得挪做他用。⑥隧道内严禁使用明火照明，不得带入易燃物品。2岩溶地段施工施工时应根据设计文件有关资料，超前地质预报，现场实际调查等手段，确定溶洞及溶穴的分布范围、大小、有无水、是否有充填物等情况，以及岩层的稳定程度和地下水流情况（有无长期补给来源，雨季水量有无增长）等，分别采用引排、堵填等措施进行处理。⑴引排水①当溶洞及溶穴水量大时，宜排不宜堵。在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管或明渠等形式将水排出洞外。②当水的位置在隧道上部或高于隧道时，应在适当距离外，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低至隧道底部位置以下，再行引排。③清除溶洞及溶穴内污物。⑵堵填①对已停止发育，径跨较小，无水的溶洞及溶穴，可根据其与隧道相交的位置及其充填物情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭，根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。处理方案需报请监理工程师批准后实施。②拱顶以上空溶洞及溶穴，可视溶洞及溶穴的岩石破碎程度清空后采用浆砌片石回填至原设计厚度，必要时采用喷锚支护加固，或设护拱及拱顶注浆回填的办法处理。③当隧道一侧遇到较深的溶洞及溶穴，采用浆砌片石回填处理，必要时可加深该侧连接的边墙基础通过。④当隧道底部遇到较大溶洞并有流水时，可在隧底以下砌筑浆砌片石支墙支承隧道结构，并在支墙底设涵管控制溶洞及溶穴水冒出。⑶溶洞及溶穴地段施工注意事项①施工前对地表进行详细勘查，注意分析岩溶状态，是否与地表连通。②了解地表水、出水地点的情况，并对地表进行必要的处理，以防止地表水下渗。③当施工到达溶洞及溶穴边缘，各工序应紧密衔接。同时设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据此制定施工处理方案及安全措施。④施工注意检查溶洞顶板，及时处理危石。当溶洞较大较高时，应设置施工护架或钢筋护网。⑤在岩溶地段的爆破作业，应尽量做到多打眼、浅打眼、并控制爆破药量。⑥在溶洞及溶穴充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护法施工；如充填物极松散的砾、块石堆积或有水可开挖前采取预注浆加固。⑦溶洞及溶穴未处理前，不要将弃碴随意填入溶洞及溶穴中。⑧处理情况复杂的溶洞及溶穴，要根据现场情况制定稳妥安全措施，以确保施工安全。3断层破碎带施工⑴施工方法①根据围岩变化情况分别采用大管棚或小导管注浆超前支护，遇涌水时可采用固结止水、全断面帷幕注浆堵水或局部帷幕注浆堵水措施，开挖时尽量避免采用爆破作业，开挖完成及时施作喷锚网、钢架等初期支护；及时施作仰拱闭合成环整体受力，二次衬砌紧跟。严格按照：“管注浆超前、弱爆破、短进尺、强支护、早成环、二次衬砌紧跟”的原则施工。严格按照0.6～1.0m的循环进尺进行施工。②加强围岩监控量测和地质超前预报，及时反馈信息，确定合理可行的施工技术措施，科学调整支护参数和二次混凝土衬砌的类型与时间。⑵施工注意事项①各施工工序之间距离尽量缩短，并尽快使衬砌全断面闭合，以减少岩层的暴露松动和地压增大。②开挖后有渗水或股流水时，凿眼安设套管集中引排，使其不漫流。③开挖面向隧道前进方向钻凿不少于2个超前钻孔，以探明前方地质。④下部开挖时，如遇两侧软硬不同时，应用跳挖法，按先软后硬顺序交错进行。4石膏地层的通过方案本隧道通过的嘉陵江组四段含石膏岩地层具有硫酸根离子的侵蚀性，另外石膏岩的饱和抗压强度低，易软化，具有饱水及失水易崩解膨胀的特征。隧道通过该地层时应及时取水化验，分析地下水中硫酸根离子对混凝土的侵蚀性，以确定耐腐蚀混凝土衬砌方案。含石膏地层往往抗压强度低，且硬石膏转变为石膏时体积膨胀，产生膨胀力，在开挖这些地层岩性段临空后易出现塑性变形，由侧壁向洞内挤入或在洞底出现底鼓现象。隧道在穿越上述地段时，应注意局部发生掉块及坍塌、滑移剥落现象。在施工过程中，应对围岩的压力和流变情况进行调查、量测，掌握围岩变形及压力的增长特性。还应注意产生挤压变形，施工中注意隔水防水。5隧道施工主要技术措施（1）一般施工技术措施隧道开挖采用APS自动极坐标系统布眼，缩短测量放线的时间；配备先进的钻孔台车或自制凿岩台车等进行钻孔，提高施工的机械化程度；采用水压爆破新工艺，提高爆破效率，缩短排烟时间。（2）加快施工进度的技术措施隧道采用无轨运输方式，装载机装碴，自卸汽车运输，提高工作效率，加快施工进度。（3）提高喷射混凝土质量的技术措施喷射混凝土施工采用湿喷施工技术，提高喷射混凝土的施工质量，减少混凝土的回弹量和粉尘。（4）二次衬砌技术措施隧道二次衬砌采用全断面整体衬砌台架整体衬砌，确保衬砌混凝土内实外光，结构轮廓线条顺直美观。隧道铺底混凝土一次浇筑完成，减少铺底混凝土的施工缝。（5）隧道穿越不良地质段技术措施隧道穿越岩溶发育区、煤层采空区等不良地层时，采用MZ150地质钻机、TSP203地质超前预报仪、地质雷达和红外线探水仪等仪器对隧道地质进行超前预测预报，探明掌子面前方的工程地质和水文地质情况。根据探明的地质和水文情况制定相应的施工对策，确保施工安全。隧道穿越煤层施施工时，采采用加强衬衬砌，隧道道周边采用用浆砌片石石和片石混混凝土回填填或采用径径向钢花管管注浆加固固。施工进入煤层段段，采用超超前钻孔排排放瓦斯，同同时加强洞洞内施工通通风，将洞洞内瓦斯浓浓度控制在在安全警戒戒线0.5%以内。（6）隧道开挖光面面爆破施工工技术措施施对所有爆破作业业人员进行行岗前培训训，使他们们充分了解解光面爆破破的重要性性及一些有有效可行的的施工方法法，以提高高操作熟悉悉程度；选用低爆速、低低猛度、低低密度、传传爆性能好好、爆炸威威力大的2号岩石铵铵梯炸药；；采用不耦合装药药结构，光光面爆破不不耦合系数数大于2，但药卷卷直径不应应小于该炸炸药的临界界直径，以以保证稳定定传爆；隧道爆破采用电电雷管起爆爆，严禁使使用火雷管管。严格掌握与周边边眼相邻的的内圈眼的的爆破效果果，为周边边眼爆破创创造临空面面。炮眼深深度大于22.5m时时，内圈眼眼应与周边边眼有相同同的外插角角，周边眼眼应尽量同同时起爆；；严格控制装药集集中度，必必要时采取取间隔装药药结构，为为克服眼底底岩石的夹夹制作用，可可在眼底加加强装药；；当岩石层理明显显时，炮眼眼方向尽量量垂直于层层理面，如如节理发育育，炮眼应应尽量避开开节理，以以防卡钻和和影响爆破破效果。（7）保证隧道不渗渗、不漏、不不裂的技术术措施做好隧道的防排