文档介绍：瓦斯、岩溶隧道综合施工技术
2009年度研究报告
中铁十六局集团第四工程有限公司
二O一O年一月
1 工程概况
达陕高速公路D4合同段红岩湾隧道为单洞分离式隧道,是达陕高速公路全线特长、瓦斯、岩溶隧道之一。隧道穿越大量可溶岩,且通过褶皱及断层构造,岩层倾角大,岩体裂隙发育,大气降水丰富,岩溶极其发育,隧道涌、突水可能性大,进口未进洞时就已揭露一长近400m(已探明)的暗河,从右线线路右侧斜穿左、右线隧道后从左线洞口下方流出,暗河与隧底净保护层只有6m。
红岩湾隧道穿越主要煤层为偏岩子地区的吴家坪组(P2w)煤层,此处洞身周围分布多达14个废弃煤窑老洞,形成采空区。通过走访调查,废弃煤窑老洞上下开挖面多已连通,形成夹缝型空隙,核部存在多处采煤洞,煤层及高炭质泥岩,可能产生煤尘及瓦斯爆炸危险。瓦斯、岩溶隧道施工对我公司来讲,几乎没有可借鉴的项目,设计院也是尝试性设计。隧道超前地质预测、预报工作,瓦斯隧道施工技术,瓦斯检测技术,隧道安全快捷的开挖支护及量测方法,都是工程界的重要科研课题。
2 主要施工技术及研究成果
超前地质预设备
超前地质预报设备配备见表1所示。
表1 地质预报仪器设备表
序号
设备名称
型号
单位
数量
生产厂家
1
TSP探测仪
TSP203
套
1
瑞士安伯格公司
2
地质雷达
SIR-10H
套
1
美国
3
红外探测仪
HY-303
台
1
中国
4
地质钻机
MK-5
台
6
煤科院西安分院
超前地质预测预报主要内容
超前地质预报的主要项目及内容见表2所示。
表2 超前地质预报的主要项目综合表
项目
预报主要内容
主要方法和仪器
一般地质
围岩类别
岩体特性、节理裂隙发育特征,岩体结构特征
地质素描法
特殊
地质
采空区、煤层、断层破碎带
位置、规模、破碎程度况
地质素描法、TSP203、地质雷达、超前钻孔
溶洞、岩溶、富水段
位置、规模、填充成分和性质
地质预测预报工作程序及方法
超前地质预报工作程序
超前地质预报工作程序见图1所示。
图1 超前地质预报工作程序图
地质素描及观察法预测预报技术
地质素描及观察贯穿于隧道施工全过程,全范围,由具有地质素描专业知识及技能的地质员担任,每次掘进循环后尚未进行喷射混凝土支护前,对掌子面及开挖周边围岩进行观察记录,判别岩性,用罗盘仪、钢尺等器具测量岩层的走向、倾角、厚度,描绘纵、横剖面图,测量岩层渗水量,及时填写围岩类别判定卡。
TSP-203探测法预测预报技术
TSP-203地质超前预报系统测线设在工作面附近的边墙上,由两个接收器孔和24个炮孔组成。两个接收器孔对称分布在两侧边墙,24个炮孔等间距分布在一侧边墙。在数据采集前,钻孔、接收传感器套管的安装,以及接受气孔、炮孔的倾向、倾角和各控基准点的测量可先期完成。这些准备工作不影响正常施工,可与隧道施工作业同时进行。
爆破点沿着隧道一侧洞壁平行于隧道底面呈直线排列,,~~20m设接收点,,。接收器孔向上倾斜5o~10o,炮孔向下倾斜15o~20o。根据围岩软硬和完整破碎程度以及接受器位置的远近,每个炮孔装药50g~100g。炸药为高爆速炸药,雷管采用零延时电雷管。
接收点的接收传感器将所接收的反射波数据,发送到记录仪储存。利用软件对储存数据进行处理,形成相关界面的隧道映象点图,通过分析获得前方的地质情况。
地质雷达探测法预测预报技术
地质雷达或ZGS型智能工程探测仪探测范围为前方30m内,可作为TSP地质预报系统的主要辅助手段。准确探测距离为不大于30m,因此探测频率取1次/30m。
地质雷达数据处理的目的是排除随机和规则的干扰,以最大可能的分辩率在图像剖面上显示反射波,提取反射波的各种参数,包括振幅、波形、频率等帮助判释。
资料判释方法:地质雷达反映的是地下介质的电性分布,将其转化为地质体分布时必须把地质、钻探、地质雷达记录这三方面的资料有机结合,以此获得检测对象的整体状况。
红外线探测法预测预报技术
采用HY-303红外线探测仪,预报掌子面前方可能出现的不良地质体的性质、位置、地下水的活动规律、地下水的压力、储量等含水构造。
探测准确距离一般为20m,因此探测频率取1次/20m。
进入探测地段,沿隧道边墙以5m点距用粉笔或油漆标好探测顺序号直至掘进工作面。在掘进工作面,先对前方探测。在返回的路径上,每遇到一个