嚴(yán)來章 （中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 隧道工程概況

銅陵市五松山隧道，線路整體地形起伏較大，高差懸殊。圍巖級別Ⅲ～Ⅴ，主要由微風(fēng)化閃長巖、大理巖、硅質(zhì)頁巖和硅質(zhì)巖、第四系可塑至硬塑低液限粘土等構(gòu)成。地下水類型為基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

該隧道為分離式公路隧道，其中左線隧道837m，右線隧道820m；隧道平面均為直線，縱斷面為單坡，坡度2.25%；左右線隧道高差相等，隧道凈距約30m。

隧道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示，外輪廓尺寸為寬16.76m×高11.29m，內(nèi)設(shè)2個(gè)機(jī)動車道、1個(gè)人行道。除標(biāo)準(zhǔn)橫斷面外，隧道穿越采空區(qū)時(shí)采用加高橫斷面（左線18m，右線15m），在起拱線處加高0.5m，外輪廓尺寸為（寬）16.76m×（高）11.79m。

隧道穿越煤層、煤礦采空區(qū)、地裂縫、巖溶等復(fù)雜地質(zhì)，特別是煤層及煤礦采空區(qū)地段，由于隧道橫斷面呈扁平狀且面積大、存在富水軟弱破碎圍巖及瓦斯，施工中易發(fā)生圍巖變形過大或坍塌、瓦斯突出等情況，因此施工方法十分重要。本文主要介紹該隧道在煤層、煤礦采空區(qū)地段的施工技術(shù)。

2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

施工調(diào)查表明，除上述已經(jīng)探明的不良地質(zhì)外，隧址處還存在位置及數(shù)量不明的小型煤炭采空區(qū)。因此，必須通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)查明掌子面前方圍巖的地質(zhì)條件，為施工提供可靠依據(jù)，特別是選擇超前支護(hù)和開挖方法，以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)容包括：地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、地下水。

地質(zhì)預(yù)報(bào)采用洞內(nèi)探測和洞外地質(zhì)勘探相結(jié)合，地質(zhì)方法與物探方法相結(jié)合，貫穿于施工全過程。采用的地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)方法包括地質(zhì)分析法（掌子面編錄預(yù)測法）、洞外地質(zhì)勘探法以及中短距離預(yù)報(bào)。

圖1 隧道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：m）

中距離預(yù)報(bào)：地震反射波法，采用TSP儀器，前后兩次探測重疊長度大于10m。

短距離預(yù)報(bào)：地質(zhì)雷達(dá)法、超前水平鉆孔。中距離預(yù)報(bào)無不良地質(zhì)時(shí)，采用4個(gè)超前水平鉆孔，長度20m，均勻分布于掌子面；煤層地段采用10個(gè)超前水平鉆孔，其中2個(gè)位于掌子面中部（長度60m），8個(gè)均勻分布于掌子面周邊（長度20m）；其他不良地質(zhì)，如采空區(qū)地段，超前水平鉆孔適當(dāng)加密。前后兩循環(huán)鉆孔重疊長度大于5m。

通過地質(zhì)預(yù)報(bào)，不僅進(jìn)一步查明了之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)（煤層、隧道下方的采空區(qū)、地裂縫、巖溶等），還發(fā)現(xiàn)了之前設(shè)計(jì)地質(zhì)勘探未能探明的采空區(qū)4處，其中3處位于隧道開挖面但未貫通至地表，1處位于開挖面且貫通至地表；另外，還確認(rèn)了煤層含有較高濃度的瓦斯及其具體位置。

3 煤層及瓦斯地段施工技術(shù)

3.1 瓦斯地段隧道供風(fēng)

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所揭示的地質(zhì)情況，左右線分別掘進(jìn)367m、348m后為瓦斯地段，瓦斯地段長度分別為227m、203m，該地段含有煤層且沿隧道縱向不連續(xù)分布。煤層沿隧道縱向的長度不一，其中左線2處、右線1處的煤層均為20m，其余均不足5m。煤層厚度0m～0.9m，變化較大，傾角62°～75°。經(jīng)現(xiàn)場檢測及計(jì)算，煤層最大瓦斯壓力0.403MPa，瓦斯含量為0.998m3/t，瓦斯涌出量為0.015m3/s。

本工程采用鉆孔排放和通風(fēng)的技術(shù)措施處理瓦斯問題。鉆孔排放主要是防治煤與瓦斯突出。在掌子面處，沿煤層的豎直平面均勻布設(shè)4個(gè)水平鉆孔，采用電煤鉆濕式鉆孔，長度不小于20m且穿透煤層。這些鉆孔與地質(zhì)預(yù)報(bào)的超前水平鉆孔相結(jié)合，經(jīng)檢驗(yàn)，有效解決了煤與瓦斯突出的問題。

隧道所需的風(fēng)量根據(jù)爆破排煙、隧道內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)、瓦斯絕對涌出量、允許最小風(fēng)速、排除施工機(jī)械產(chǎn)生的廢氣等計(jì)算；同時(shí)考慮到開挖存在2個(gè)工作面（先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑），設(shè)置2個(gè)獨(dú)立的主風(fēng)機(jī)風(fēng)管（抗靜電、阻燃），對2個(gè)掘進(jìn)工作面獨(dú)立通風(fēng)，通風(fēng)方式采用送風(fēng)式（壓入式）。采用2個(gè)軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)管直徑均為1m，隧道橫斷面左右側(cè)各設(shè)置1個(gè)。

主風(fēng)機(jī)風(fēng)管末端距離開挖工作面20m～30m，同時(shí)為增強(qiáng)掌子面的通風(fēng)效果，在風(fēng)管末端設(shè)置局扇，局扇風(fēng)管口距離開挖工作面的距離2m～5m。通風(fēng)風(fēng)速要求大于1m/s，另外在瓦斯容易聚集的地方（開挖面上部、采空區(qū)、襯砌臺車內(nèi)部等）進(jìn)行局部通風(fēng)。瓦斯地段采用便攜式瓦檢儀、高濃度瓦檢儀和瓦斯自動檢測報(bào)警斷電裝置，并在掌子面上方設(shè)置瓦斯傳感器，24h監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。洞?nèi)各處的瓦斯稀釋濃度要求在0.5%以下，否則采取超限處理措施。

3.2 煤層地段開挖方法與支護(hù)

根據(jù)煤層沿隧道縱向的長度與走向、圍巖級別、地下水分布等情況，為保證開挖后掌子面的穩(wěn)定性，左線1處煤層地段（沿隧道縱向長度20m）采用超前管棚和超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；左線另1處煤層地段和右線1處煤層地段（沿隧道縱向長度20m）采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；其余煤層地段長度不足5m，圍巖級別Ⅳ～Ⅴ時(shí)設(shè)置超前小導(dǎo)管。

隧道開挖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，先行導(dǎo)坑寬度約0.5倍洞寬，先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑的掌子面之間距離20m左右。開挖時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺0.6m，預(yù)留變形量0.1m。揭煤施工采用微震動爆破法，過煤施工時(shí)在巖石炮眼中裝藥并采用松動爆破法。

管棚采用外徑89mm、壁厚6mm的熱扎無縫鋼花管；管體注漿孔孔徑8mm、縱向間距15cm，呈梅花形布置，管體尾部2m作為止?jié){段。管棚長度20m，由每段長4m～6m的鋼管采用絲扣連接而成；相鄰管棚的接頭前后錯(cuò)開且不小于1m；同一斷面上的管棚接頭數(shù)量不超過50%。管棚環(huán)向間距0.4m，外插角2°。管棚施工前，安裝管棚導(dǎo)向拱架，采用引孔頂入法施工。噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面后，采用水灰比為1∶1的水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力1MPa～2MPa，壓力維持時(shí)間5min～10min。注漿后及時(shí)清理管內(nèi)漿液，插入鋼筋籠，用水泥砂漿填充密實(shí)。

超前導(dǎo)管采用外徑50mm、壁厚5mm的熱扎無縫鋼花管；管體注漿孔孔徑6mm、縱向間距15cm，呈梅花形布置，管體尾部1.05m作為止?jié){段。導(dǎo)管長度5m，環(huán)向間距0.4m、縱向間距1.2m，外插角10°。采用上述水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力0.5MPa～1MPa，壓力維持時(shí)間5min～10min。注漿前，同樣采用噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面；注漿超過8h后才能開挖掘進(jìn)。

兩導(dǎo)坑界面處采用噴混凝土和臨時(shí)鋼支撐支護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場檢測，變形滿足要求，因此該處不再設(shè)置導(dǎo)坑錨桿。但考慮到安全需要，施工期間對臨時(shí)鋼支撐及該處的圍巖變形進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。

煤層地段開挖、支護(hù)等各項(xiàng)工序應(yīng)盡量縮短時(shí)間、前后銜接緊湊，以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。施工流程：①超前支護(hù)、爆破掘進(jìn)后，應(yīng)及時(shí)對環(huán)向開挖面進(jìn)行初噴（厚度40mm），初噴采用濕噴工藝，由下至上進(jìn)行，同時(shí)噴射混凝土封閉掌子面以防瓦斯泄露、掌子面塌方；②安裝第一層鋼筋網(wǎng)片后復(fù)噴，在噴射混凝土面上標(biāo)注鋼架（I22a工字鋼）、系統(tǒng)錨桿位置，依次安裝第二層鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、鋼架后再次噴射混凝土，完成先行導(dǎo)坑側(cè)墻、拱的初期支護(hù)；③2個(gè)導(dǎo)坑側(cè)墻、拱的初期支護(hù)全部完成后，拆除臨時(shí)鋼支撐、設(shè)置監(jiān)控量測點(diǎn)，并盡快施工隧道底部初期支護(hù)，使初期支護(hù)全斷面閉合；④初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后盡早施工二襯，并進(jìn)行注漿以填充初期支護(hù)和二襯之間的空隙、進(jìn)一步封閉瓦斯。

4 采空區(qū)地段施工技術(shù)

4.1 隧道開挖面貫穿采空區(qū)

4.1.1 采空區(qū)貫通至地表

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示，隧道左線有一采空區(qū)自開挖面頂部貫通至地表，該采空區(qū)沿隧道長度25m，采用松散的黃土回填。由于施工期間雨水較多，造成雨水浸入圍巖，形成富水軟弱破碎圍巖。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用超前管棚和超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，并對該處地表進(jìn)行注漿。

管棚采用外徑108mm、壁厚6mm的熱扎無縫鋼花管；管體注漿孔孔徑20mm、縱向間距20cm，呈梅花形布置，管體尾部4m作為止?jié){段。管棚長度30m，由每段長4m～6m的鋼管采用絲扣連接而成，管棚內(nèi)部設(shè)置鋼筋籠。管棚環(huán)向間距0.4m，外插角2°?？紤]到圍巖富水，因此注漿材料選用水泥-水玻璃漿液，參數(shù)為：水泥型號P.O42.5；水泥與水重量比1∶1；水玻璃為水泥重量的3%，濃度43Be'～45Be'；注漿壓力1MPa～2MPa。

采用的超前導(dǎo)管與煤層地段超前導(dǎo)管相同，注漿也選用水泥-水玻璃漿液。注漿超過4h后才能開挖掘進(jìn)。

為確保掌子面穩(wěn)定，采用環(huán)形開挖留核心土法，核心土長度3m～5m，核心土與下臺階的距離12m～15m，開挖進(jìn)尺0.6m。

4.1.2 采空區(qū)未貫通至地表

由于隧道內(nèi)所遇采空區(qū)大小不一、位置變化，因此需要針對每個(gè)采空區(qū)逐一分析，采取不同的處理措施。

①隧道右線右上角處的采空區(qū)。該采空區(qū)沿拱的橫斷面長度約5m。首先采用10cm厚C25噴射混凝土封閉采空區(qū)，然后施工早強(qiáng)砂漿錨桿（直徑22mm，間距1m×1m）對采空區(qū)進(jìn)行加固。在初期支護(hù)外1m～3m區(qū)域內(nèi)施工M7.5漿砌片石，初期支護(hù)與漿砌片石之間澆筑C25混凝土護(hù)拱，最后通過預(yù)留孔對漿砌片石上方的空洞進(jìn)行注漿填充。

②貫通左線中下部的采空區(qū)。該采空區(qū)高度約10m，體積較大且為空洞。處理時(shí)兼顧處理效果與費(fèi)用，在初期支護(hù)外5m～10m區(qū)域內(nèi)施工干砌片石，初期支護(hù)與干砌片石之間砌筑C15片石混凝土并插入工字鋼，防止片石混凝土因外力開裂。

③隧道下部的采空區(qū)。左右線各一處但大小不同，主要從節(jié)約成本方面考慮采取不同的處理措施。體積較大的采空區(qū)噴射C25混凝土封閉后，用C25片石混凝土填充。體積較小的采空區(qū)噴射C25混凝土封閉后，采用混凝土填充。

4.2 采空區(qū)位于隧道下方

根據(jù)地質(zhì)勘探，隧道左右線底板下方30m處有一采空區(qū)，采空區(qū)（高）50m×（寬）7m，并經(jīng)放頂填充但密實(shí)度不詳。為確保施工質(zhì)量，控制后期沉降，對采空區(qū)及其附近圍巖注漿加固。采用水泥粉煤灰漿液，水∶水泥∶粉煤灰為0.8∶0.05∶0.95，注漿壓力2MPa～4MPa，壓力維持時(shí)間5min～10min。另外，對采空區(qū)附近75m范圍的圍巖進(jìn)行注漿，注漿采用外徑50mm、壁厚5mm、長度8m的鋼管，注漿孔間距由現(xiàn)場試漿液擴(kuò)散半徑確定，注漿壓力0.3MPa～0.4MPa，采用上述水泥粉煤灰漿液。

考慮到采空區(qū)未來沉降需要，該段隧道橫斷面比標(biāo)準(zhǔn)橫斷面加高0.5m。施工中采用超前導(dǎo)管、減小開挖進(jìn)尺（0.6m）的措施確保在變截面處平穩(wěn)過渡。

5 安全注意事項(xiàng)

①施工期間應(yīng)持續(xù)通風(fēng)以稀釋瓦斯，同時(shí)應(yīng)有備用電源和備用通風(fēng)機(jī)用以應(yīng)急，施工中防止火源出現(xiàn)。

②開挖面應(yīng)采用噴射混凝土及時(shí)封閉，以保證掌子面穩(wěn)定，防止瓦斯持續(xù)溢出。初期支護(hù)應(yīng)盡早封閉成環(huán)，從而提高整體性，增強(qiáng)受荷能力，減小支護(hù)變形，全斷面封閉瓦斯。要合理組織施工，盡量縮短各工序和工序銜接時(shí)間。

③做好鋼架基礎(chǔ)保護(hù)。鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定是鋼架受力的前提，因此必須牢固可靠。由于圍巖較差，除鎖腳錨桿外，鋼架底部也要進(jìn)行可靠支撐，以減小變形，必要時(shí)采用摻加速凝劑的混凝土包裹鋼架底部。

④加強(qiáng)監(jiān)控量測，成立監(jiān)控量測小組，按照要求布點(diǎn)、監(jiān)測，及時(shí)反饋信息以指導(dǎo)施工。

6 結(jié)束語

本隧道不良地質(zhì)復(fù)雜多樣。通過地質(zhì)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確掌握了施工前方地質(zhì)情況，為選擇初期支護(hù)和開挖方法提供了依據(jù)。通過科學(xué)合理的技術(shù)措施和管理方法，保證了隧道施工安全、順利進(jìn)行，取得了良好的效果，隧道開通后運(yùn)營正常，這對同類工程施工有很好的借鑒意義。

[1]朱合華.地下建筑結(jié)構(gòu)（第二版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]彭立敏,劉小兵.隧道工程[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2009.

[3]JTGF60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2009.

[4]JTG/TF60-2009,公路隧道施工技術(shù)細(xì)則[S].北京:人民交通出版社,2009.

[5]TB10120-2002,鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2002.