地铁矿山法施工岩溶区顶板冒落的预防及治理措施--中国期刊网

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地铁矿山法施工岩溶区顶板冒落的预防及治理措施

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：申五刚

[导读] 摘要：本文以正在建设的武汉地铁27号线纸坊大街站～地铁小镇站区间矿山法施工为例，较为详细的介绍了地铁矿山法施工过岩溶区如何预防顶板冒落的措施及对预见性、可控性顶板冒落后的治理方法，根据岩溶大小、充填情况、含水情况、进入洞内大小等情况分别介绍了不同的治理方法，为同行业遇见类似施工方法和地质情况的施工提供参考。

        中煤第三建设（集团）有限责任公司安徽宿州
        摘要：本文以正在建设的武汉地铁27号线纸坊大街站～地铁小镇站区间矿山法施工为例，较为详细的介绍了地铁矿山法施工过岩溶区如何预防顶板冒落的措施及对预见性、可控性顶板冒落后的治理方法，根据岩溶大小、充填情况、含水情况、进入洞内大小等情况分别介绍了不同的治理方法，为同行业遇见类似施工方法和地质情况的施工提供参考。
        关键词：地铁矿山法；岩溶；顶板冒落；预防治理
        1、工程概述
        武汉市轨道交通27号线纸坊大街站～地铁小镇站区间起点里程DK44+155.540，终点里程DK46+796.795，总长2641.255m；区间设计单洞单线，隧道按新奥法原理设计，采用复合式衬砌结构，矿山法施工。该区间自纸坊大街站出站后250m分别下穿街道、小区、民房、学校等，上述建筑物位于隧道拱顶上方16～20m，隧道拱顶岩性主要为中风化灰岩、红黏土、杂填土，局部位于红黏土之中；之后2270m进入青龙山国家森林公园，该段隧道拱顶埋深均在30m以上，最大埋深为120m，拱顶岩性主要为中分化灰岩、中风化砂岩、微风化粉砂质泥岩，局部穿越岩溶化灰岩。对该区间施工存在影响的地下水主要为具有承压性的岩溶水和基岩裂隙水。
        本区段穿越主要岩层为灰岩层，多存在溶蚀、溶洞现象，并存在地下岩溶水，根据地勘资料已经探明且对施工有影响的溶洞有28个，大部分为全充填性溶洞，充填物为红褐色软塑黏性土包裹孤石。
        2、岩溶区预防顶板冒落的措施
        由于该区段岩溶数量多，分布广，且含水，而且前期地面勘探钻孔布置间距达50m,还可能存在未探明的溶洞和异常区，为确保施工安全，施工前首先采用洞内超前地质预报探明溶洞分布具体位置、大小、方位、充填情况、含水情况、可能出现的突水、突泥量大小等情况，然后提前采取措施进行岩溶治理。
        洞内超前地质预报方法为：
        （1）综合超前物探：远距离超前物探：采用TSP地震波反射法对前方150-200m,洞身6m范围内的异常区进行预报定位；近距离超前物探：[1]采用地质雷达对前方30m，洞身6m范围内的溶洞及异常区进行预报定位：红外探水：主要对工作面前方30m，洞身6m范围内的溶洞含水情况进行探明；这三种方法同时使用，相互验证。
        （2）洞内地质超前钻探：隧道采用台阶法施工，施工前在上台阶布置2个钻孔，下台阶布置1个钻孔，上台阶上部钻孔1～3°角度向上倾斜，下部钻孔及下台阶钻孔水平布置，钻孔长度不超过60m为宜，搭接长度不低于5m。该探孔可作为探放水孔，以解除溶洞突水、突泥威胁。
        （3）加深炮孔：在岩溶发育、围岩破碎地段，由于超前探孔数量少，无法完整、准确的探明前方及周边岩溶情况，加深炮孔作为超前钻探的补充；在打放炮眼时布置加深炮孔，加深炮孔深度较炮眼深3m。
        以上三种方法综合使用，以洞内超前地质钻探为主，互为补充、相互验证。
        根据综合超前物探和钻探探明的溶洞大小和性质进行岩溶治理，由于该区间相对地面位置情况复杂，无法进行地面治理，只能采用洞内治理，采取“报、堵、排、截、越与分部开挖、加强支护”措施。
        需要处理的范围为隧道开挖轮廓线以外3m范围内，当岩溶处于破碎围岩中，如直接掘进后易引起顶板冒落、工作面坍塌，需提前注浆进行加固处理。
        当岩溶处于较稳定的灰岩时，则分不同位置、不同大小及与开挖轮廓线的关系进行处理。

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        （1）溶洞全部存于轮廓线以内时，直接挖处；
        （2）溶洞处于需处理范围以内但没进入开挖轮廓线时，则采用提前注浆加固，采取放小炮和预留拱顶的方法穿过；
        （3）溶洞部分进入开挖轮廓线内，根据溶洞大小，如溶洞高度大于2m,小于6m，纵深大于3m的溶洞，采用Φ75*6mm的管棚进行超前支护，管棚长度确保穿过溶洞进入稳定岩石500mm，管棚间距150～200mm，管棚为预留注浆孔的钢花管，孔间距150mm，梅花形布置，前端加工成锥形，尾部要与工作面已安装好的格栅钢架焊接牢固，然后注浆加固围岩及增加管棚强度；溶洞高度超过6m，纵深超过3m的大型溶洞，要先进行探放水，解除突水、突泥威胁后，进行预注浆加固，采取Φ108*8mm大管棚+Φ42*3.5mm小管棚超前支护，大管棚长度确保穿过溶洞进入稳定岩石1000mm，间距400mm，两根大管棚之间加一根小导管，小导管长度3500mm，相邻两排搭接长度1500mm，间距400mm，大管棚和小导管均为预留注浆孔的钢花管，花孔间距150mm，梅花形布置，前端加工成锥形，尾部要与工作面已安装好的格栅钢架焊接牢固，然后管棚注浆加固围岩及增加管棚强度。附图1
        溶洞注浆：对于无充填或半充填式溶洞采用间歇式静压注浆工艺，通过注浆管借助压力分次将浆液注入到溶洞中，以达到充填溶洞孔隙，形成一个具有一定强度的固体胶结体，第一次采用水泥砂浆，注浆时间控制在20min，间歇6h后注第二次，第二次注浆可采用浓浆，若在20min内仍然不满足终孔标准，停止灌浆，间歇6h后再灌注第三次，依次类推，直到终孔为止，灌浆压力控制在不超过0.3MPa,灌浆结束标准为：①在压力最大值下，灌浆孔段注入率不大于1.0L/min时，延续灌注30min后可结束灌浆作业.；②邻孔有浓浆液返出可结束灌浆作业；③若止浆塞压力达到10MP以上时，仍有浓浆从注浆孔套管内、外返出，可结束灌浆作业。对于全充填的溶洞采用压力注浆工艺，通过一定压力将浆液（水泥浆+水玻璃）通过注浆管注入到岩溶洞填充体裂隙中，以达到胶结碎岩体、驱走颗粒间的空气和水分，经过一段时间，浆液将原来的松散体胶结成一定强度的固体，从而使溶洞得到充填和加固，单液浆水灰比为1.0，注浆压力不超过0.5MPa。
        3、岩溶区顶板冒落治理措施
        该区间部分全充填性溶洞充填物为红褐色软塑黏性土包裹大块孤石，而且充填密实，预注浆加固效果差，采用超前管棚支护时塌孔严重，管棚安装困难，对于这种情况的溶洞，如部分进入顶板开挖轮廓线，溶洞高度小于3m,则采取可控性冒落的方法经行岩溶治理。
        具体方法为：采用台阶法施工且缩小上台阶高度，先探清楚该溶洞的含水、含泥情况，打探放孔，解除突水、突泥威胁后，采用控制爆破方法将该溶洞揭露，溶洞内的充填物全部清理干净后，将溶洞暴露面喷射30mm厚的C25混凝土，快速安装提前加工好的29U型钢钢架穿过该溶洞，钢架间距500mm，钢架之间用[10槽钢连接，连接件间距1000mm，钢架内外铺设双层网片，溶洞内预埋两根Φ42钢管，一根预留注浆，一根作为排气观察管，注浆管端部距溶洞最高处不超过100mm，排气管与注浆管相邻布置，端部距溶洞50mm为宜。钢架、网片、注浆管、排气观察管全部安装好后，开始喷射C25混凝土，混凝土厚度200mm，混凝土强度达到设计要求后，开始往溶洞内灌浆，浆液采用水泥砂浆，通过预留注浆管向溶洞内压浆，压浆要分次间歇进行，预留的排气观察孔出浆后停止压浆，进行封孔。
        4、结束语
        地铁矿山法施工中，岩溶是影响施工安全的最大隐患，如不能采取正确的措施进行岩溶治理，施工中很容易造成洞内突水、突泥、坍塌等灾害。在岩溶治理工作中，超前预测预报很关键，能够准确的探明岩溶位置、大小、充填等情况，然后针对性的采取措施进行治理；对于可控性的顶板岩溶冒落，要当机立断，快速穿过、快速封闭充填，以防暴露时间过长造成不可控的大面积冒落。地铁矿山法施工，初支后要及时进行壁厚注浆充填，尽快进行二次衬砌很重要，能够及时将支护结构与围岩形成一个整体，共同承担围岩压力。
        参考文献
        [1]刘立春.岩溶隧道地质雷达超前预测预报技术[J].水利与建筑工程学报.2008年02期.