一種隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及隧道施工技術領域，尤其涉及一種隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法。
【背景技術】
[0002]目前，煤礦采空區覆巖層不穩定，巖性主要為泥巖和砂質泥巖，采空區附近圍巖多為煤層或煤矸石地層，洞室內積水嚴重，圍巖軟弱破碎，極易風化剝落，無自穩能力，擾動后極易發生突水、突泥和坍方。在這種地質條件下方修建隧道時不能采用“全填充壓力注漿、超前帷幕注楽”等常規方法進行采空區回填作業，這些傳統的施工方法將水泥漿液直接注入采空區，其產生施工荷載全部是由覆巖層承擔的，一般采空區回填注漿需要較長的時間后才能進行隧道開挖施工，靠覆巖層承擔圍巖荷載時間較長對于煤礦采空區地層在這段時間里極易發生坍塌、突水涌泥事故，使隧道開挖不能正常進行，威脅到施工作業人員的安全，拖延整體工期，加大工程投資費用。
【發明內容】
[0003](一)要解決的技術問題
[0004]本發明要解決的技術問題是提供了一種隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法，可準確探明煤礦采空區、以實現隧道穿越煤礦采空區回填施工的信息化和機械化，降低人為因素的漏檢或誤判，最低限度的降低施工風險，尤其適用工期緊、結構安全要求高、施工難度大等特點的高速鐵路隧道穿越煤層采空區回填注漿治理施工。
[0005](二)技術方案
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法，其包括如下步驟:
[0007]S1、通過對地表進行地質雷達短距離探測，并結合地質鉆機的直觀驗證，判斷出地表下方煤礦采空區的位置、大小和填充狀態；
[0008]S2、根據判斷結果在地表對應于煤礦采空區的位置進行測量放樣并編號、標明位置、大小和深度;并在地表開挖排水溝，以使施工范圍排水通暢；
[0009]S3、通過地質鉆機對所標明位置進行第一次鉆孔，并在鉆至預設深度后進行變徑鉆孔，以使該第一次鉆孔為上部直徑大、下部直徑小的鉆孔;在鉆孔終孔后安裝細砂輸送管至煤礦采空區的上沿，以作為吹砂主管;安裝完吹砂主管后在其旁邊進行第二次鉆孔，在鉆孔終孔后安裝排氣鋼管下至煤礦采空區的上沿，以在吹砂時將煤礦采空區內的水、氣及淤泥排出；
[0010]S4、將吹砂主管與混凝土干噴機連接，啟動混凝土干噴機對煤礦采空區進行吹砂回填；
[0011]S5、吹砂回填完成后，將注漿管下入至第一次鉆孔的孔內變徑處，然后在孔內先投入礫石以堵塞縫隙，之后投入粘土以防止漿液滲漏;然后利用注漿栗向該注漿管輸送水泥粉煤灰漿液，并通過與注漿栗連接的灌漿記錄儀觀察注漿栗的單位注漿量與注漿栗壓力；澆筑要求達到止漿部位時，在水泥粉煤灰漿液中應加入速凝劑，以快速將注漿管與孔壁固結，等到排氣鋼管有水泥粉煤灰漿液流出時，停止注漿施工；
[0012]S6、完成注漿后，對地表進行平整與修坡，然后噴射混凝土進行封閉，將并積水引排至周圍的排水溝；
[0013]S7、地表封閉完成后，隧道開挖施工采用洞內三臺階臨時仰拱法，以確保隧道成功穿越煤礦采空區。
[0014]其中，步驟S2中還包括:在排水溝的底部鋪設土工布和防水板，并澆筑IOcm厚的混凝土;然后選擇在地表低洼地方開挖小型溝渠，該小型溝渠與周圍的排水溝連通。
[0015]其中，步驟S3中的第一次鉆孔包括:在所標明位置鉆設直徑為220mm的豎向鉆孔，鉆至預設深度為Sm后變徑為180mm的豎向鉆孔，且在鉆至距煤礦采空區頂部以下l-3m處終孔，而且在鉆進過程中完成鉆孔記錄；
[0016]步驟S3中的細砂輸送管的安裝過程為:在細砂輸送管與地表的界面位置焊接定位鋼筋，并通過管口固定架進行固定，以防止細砂輸送管出現下沉，該細砂輸送管的直徑為160mm；
[0017]步驟S3中的第二次鉆孔位置距第一次鉆孔間隔為2m，第二次鉆孔的直徑為160mm，所安裝的排氣鋼管直徑為140_。
[0018]其中，在步驟S3與S4之間還包括:采用高壓風對煤礦采空區內進行清理，將其空腔內的水、淤泥吹出。
[0019]其中，在步驟S5中，所述注漿管的直徑為50mm，在注漿管上設置有法蘭托盤，法蘭托盤的直徑為140?150mm，法蘭托盤設置于第一次鉆孔的變徑處。
[0020]其中，在步驟S5中，所述水泥粉煤灰漿液的水固比1:1.2;所述注漿栗的注漿壓力為0.8-lMPa。
[0021 ]其中，在步驟S5中，在水泥粉煤灰漿液中加入水泥質量2%的速凝劑。
[0022]其中，在步驟S6中，所述修坡的坡度設置為3%，且在其上鋪設土工布和防水板。
[0023]其中，步驟S7中，在煤礦采空區的空腔下方掌子面上利用非爆銑挖機銑挖的方式進行三臺階預留核心土開挖;其中，上臺階的開挖為每循環進尺一榀拱架的距離，中、下臺階每循環進尺二榀拱架的距離，仰拱開挖每循環進尺3m。
[0024]其中，每榀拱架的距離為60cmo
[0025](三)有益效果
[0026]本發明的上述技術方案具有以下有益效果:本發明涉及一種隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法，針對公路、鐵路隧道穿越覆巖不穩定煤礦采空區的吹砂回填并注漿施工，可準確探明煤礦采空區、以實現隧道穿越煤礦采空區回填施工的信息化和機械化，降低人為因素的漏檢或誤判，最低限度的降低施工風險，尤其適用工期緊、結構安全要求高、施工難度大等特點的高速鐵路隧道穿越煤層采空區回填注漿治理施工。該方法可將空腔內的水、氣、淤泥吹出，大大減輕了隧道覆巖上方的回填荷載，使回填后的細砂與漿液迅速固化形成柱狀的水泥粉煤灰砂漿膠結體，避免漿液注入巖層裂隙中，節省材料用量，固結程度較高，空洞充填漿塊飽滿、密實，達到了充填加固改良地層的目的，對采空區上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層的進一步冒落塌陷，進而保證了下穿隧道的穩定。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例吹砂回填施工的工作狀態示意圖；
[0028]圖2為本發明實施例注漿施工的工作狀態示意圖。
[0029]其中，1:隧道;2:空腔下部覆巖層；3:注漿區；4:空腔上部軟弱巖層；5:細砂輸送管;6:混凝土干噴機;7:管口連接器;8:管口固定架;9:排氣鋼管；10:地表混凝土層；11:吹砂回填區；12:法蘭托盤;13:止漿部位;14:灌漿記錄儀;15:注漿管。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0031]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上;術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0032]在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0033]結合圖1、圖2所示，本實施例提供的隧道穿越煤礦采空區的吹砂回填注漿施工方法包括如下步驟:
[0034]S1、通過對地表進行地質雷達短距離探測，并結合地質鉆機的直觀驗證，判斷出地表下方煤礦采空區的位置、大小和填充狀態。優選地，該地質鉆機為C6地質鉆機。本實施例中的煤礦采空區可結合圖1所示，煤礦采空區的下方為空腔下部覆巖層2，上方為空腔上部軟弱巖層4。該施工方法注重超前地質預報，根據超前地質預報結果，準確探明煤礦采空區、將采空區吹砂回填并注漿、改進隧道開工方法等措施，進而避免了盲目使用傳統、保守的開挖方法、支護措施，實現了隧道穿越煤礦采空區施工的信息化和機械化，最低限度的降低施工風險。
[0035]S2、根據判斷結果在地表對應于煤礦采空區的位置進行測量放樣并編號、標明位置、大小和深度;并在地表開挖排水溝，以使施工范圍排水通暢；
[0036]進一步地，在排水溝的底部鋪設土工布和防水板，并澆筑1cm厚的C25混凝土，以形成地表混凝土層10;然后選擇在地表容易積水的地方開挖小型溝渠，該小型溝渠與周圍的排水溝連通，確保施工范圍排水通暢，雨后不積水。
[0037]S3、通過地質鉆機對所標明位置進行第一次鉆孔，并在鉆至預設深度后進行變徑鉆孔，以使該第一次鉆孔為上部直徑大、下部直徑小的鉆孔;在鉆孔終孔后安裝細砂輸送管5至煤礦采空區的上沿，以作為吹砂主管;安裝完吹砂主管后在其旁邊進行第二次鉆孔，在鉆孔終孔后安裝排氣鋼管9下至煤礦采空區的上沿，以在吹砂時將煤礦采空區內的水、氣及游泥排出；
[0038]優選地，第一次鉆孔包括:首先，在所標明位置鉆設直徑為220mm的豎向鉆孔，鉆至預設深度為Sm后變徑為180mm的豎向鉆孔，且在鉆至距煤礦采空區頂部以下l-3m處終孔，而且在鉆進過程中完成鉆孔記錄；
[0039]優選地，細砂輸送管5的安裝過程為:在細砂輸送管5與地表的界面位置焊接定位鋼筋，并通過管口固定架8進行固定，以防止細砂輸送管5出現下沉，該細砂輸送管5的直徑為I60mmο
[0040]優選地，第二次鉆孔位置距第一次鉆孔間隔為2m，第二次鉆孔的直徑為160mm，所安裝的排氣鋼管9直徑為140_。
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