隧道左洞煤层采空区处理加固方案的报告

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隧道左洞，八月三十一日晚上八点钟，我们施工人员在开挖ZK14+711.4～ZK14+712.9右侧（初期支护）边墙马口时，ZK14+707.1～ZK14+712.9线路右侧突然掉顶，幸亏施工人员躲避及时，避免了人员伤亡，拱顶当即形成了纵向约6米、横向约10米的空穴，空穴内堆积物不断掉落，水成线或成股下泻，情况十分危急，迫使施工人员无法接近穴口，更不能进行支顶抢险，至九月一日早晨八点钟，线路右侧被岩块、煤碴等堆积物完全封死，堆积物大约有2000立方米。
为了保证已建工程及施工作业的安全，我们会同驻地监理，紧急制定并及时采取如-04图所示应急方案，同时经过对掉顶处现场及周围的反复查看，并经过我们施工单位与驻地监理的认真讨论分析，大家认识到，这次突然掉顶的原因是：煤层采空区内的堆积体在丰富的地下水作用下，对隧道初期支护产生了强大的压力，边墙马口的开挖使顶部堆积体失去了力的平衡，以致摧毁了部分拱部初期支护而滑落。我们结合实际监测的地质资料分析，该段灰黑色泥岩夹煤层倾角为75度，倾角大且遇水容易被溶蚀，属极不稳定的岩石，这次掉顶已足以见其危害性，该段若长期受动力水作用，其对隧道衬砌结构的压力将会增大，故为了隧道工程的永久安全，必须加强衬砌强度，为此我们除了对拱部初期支护采取加固措施外，还作出了对二次衬砌的加固方案。
二、初期支护的加固措施：
1、在ZK14+707.1—ZK14+712.9左侧、ZK14+700～ZK14+707.1及ZK14+712.9～ZK14+718中间搭设方木支垛（3m*3m），将有掉落危险的拱部初期支护支顶住，这作为应急措施，现已实施完毕。
2、为了防止煤层采空区危害扩大，对ZK14+695～ZK14+707.1及ZK14+712.9～ZK14+717段采取加固措施：拱部增加5米R27N自进式锚杆并注浆，自进式锚杆纵、环向间距均为1.0m，注纯水泥浆，注浆加固范围见图-01所示，最终注浆压力不小于1.0Mpa。
三、掉顶部位的处理方法和步骤：
1、对ZK14+707.1—ZK14+712.9段岩块等堆积物进行注浆加固：先将堆积体上部表面喷25 cm厚20号混凝土，即注浆前对临空面进行封闭；堆积体表面封闭后，如图沿拱部周边以15度、45度外插角分别打入长6米42mm小导管（环向间距40 cm）并注浆（纯水泥浆，最终注浆压力不小于0.5MPa）、3米R27N自进式锚杆（环向间距80 cm）并注浆（纯水泥浆，最终注浆压力不小于0.5MPa），均由拱脚逐根依次向拱顶进行。这样将使拱顶2米范围内的松散岩石固结，可形成较为稳固的护拱，为下一步施工提供安全保证。
2、进行右侧初期支护施工。自隧道进、出口两个方向开挖支护，进尺不大于1米，每0.3米架立18cm*18cm格栅钢拱（按ZBG-4-15图制作），并与左侧拱部格栅钢拱端头焊接牢固，模注90cm厚25号混凝土。先完成拱部支护混凝土，随后进行边墙马口的开挖支护，进尺不大于1.5米。如图-02、03，预埋排水钢管(端头用两层土工布缠裹)。预留12cm变形量。
3、拱部初期支护恢复后，拱部同样增加5米R27N自进式锚杆并注浆，自进式锚杆纵、环向间距均为1.0m，注纯水泥浆，注浆加固范围见图-01所示，最终注浆压力不小于1.0Mpa。
四、二次衬砌的加固方法和步骤：
1、该段大部分初期支护已经完成，二次衬砌厚度按50 cm预留的，参见图-02、03。鉴于煤层采空区具有极大的危害性，二次衬砌按II类围岩衬砌类型进行，仰拱厚度由60 cm增至100 cm，并增加20b工字钢钢支撑，沿隧道纵向每1米1榀，钢支撑之间用ф22螺纹钢筋连接，环向间距1米，见图ZBG-4-14及图-02、03、05。土工布及橡胶防水板设置在工字钢钢支撑与初期支护之间，以模板台车整体浇注二次衬砌。因为该段围岩出水量较大，为了切实防止水害，结合施工实际情况，每3～5米设置1处环向软式弹簧排水管并与两侧墙脚的纵向排水管相连通。
2、二次衬砌施作之前，为了保证初期支护的安全，将二次衬砌内增设的20b工字钢钢支撑随初期支护恢复之后立即架立（相邻两榀之间的顶端接头要错开），钢支撑与初期支护之间临时用木楔塞紧，并如图-02、03所示，且将钢支撑脚部混凝土提前浇注，以增强钢支撑的稳定性。模板台车整体浇注二次衬砌时，把木楔取掉。