CN201714426U - 煤层采空区隧道初期加固及支护体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤层采空区隧道初期加固及支护体系，包括布设在隧道开挖断面四周侧的煤层采空区内且对施工隧道进行加固的初期加固体系和沿施工隧道的延伸方向布设在施工隧道内部的初期支护体系，初期加固体系包括隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构，隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构分别布设在隧道开挖断面中部、上部和下部的煤层采空区内。本实用新型设计合理、考虑全面且施工速度快、使用效果好，根据探明的煤层采空区的不同位置情况选择对应合适的开挖方式、加固方式、支护形式和结构参数，能彻底解决煤层采空区集中分布区域内隧道的安全施工及安全运行问题。

Description

煤层采空区隧道初期加固及支护体系

技术领域

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种煤层采空区隧道初期加固及支护体系。

背景技术

目前，国内在瓦斯隧道施工方面对如何防治瓦斯突出问题已有许多成功先例，施工技术已趋成熟。在煤层采空区方面，国内也有针对采空区不同尺寸大小和离隧道顶部的不同距离时对隧道施工安全性影响程度和相互关系的相关研究。但是，集中多座瓦斯隧道且每座隧道都有煤层采空区和采煤巷道的情况，其施工难度和规模均很大，因而需同时采用多种超前物探方法及采取与其相对应的瓦斯预防、隧道结构加固措施等对采空区进行综合整治。

首先，对煤层采空区特点进行分析，由于采空区隧道中所潜伏的采煤巷道和采空区通常情况均已废弃多年，且这些巷道多属地方不规范的自发性乱采乱挖，经过长年风化大多已坍陷冒落，加上部分人工充填，采煤巷道和采空区多已堵塞，设计勘测难度较大，勘测时很难准确判定。根据已探明的采空区及采煤巷道情况，将上述巷道分为与线路平面交叉和立体交叉两种，而立体交叉又有空间水平交叉和煤巷从上自下斜穿隧道的立面交叉两种情况。

实际施工时，煤层采空区对隧道结构的危害性较大，由于煤层采空区具有易坍塌性和非规律性，无论其位于隧道拱顶还是隧底以下，都会因其存在导致隧道结构受力不均并相应产生不均匀沉降，因而对隧道结构安全及稳定构成危害，若不加以有效处理，最终危及线路运营安全。其危害性主要体现在如下几点：

第一、拱部采空区：拱部采空区的危害性主要是采空区充填物和未开采煤柱在开挖时冒落后形成高临空面，未坍落物在隧道结构成型后因受震动坍落所产生的冲击荷载对结构体的危害，较大块石的强力冲击可能造成隧道拱部砼裂变坍方，危及线路运营安全。此类型的危害往往不能彻底处理，只有靠加强支护和二次衬砌，并在初期支护拱部外缘设置护拱与松砂缓冲层进行预防，其危害性还体现在施工期间的安全性影响，加大了施工难度，因而危害程度很高。

第二、隧底采空区：其危害性主要是隧底持力层(即仰拱底与采空区顶板间岩层厚度)小于结构安全允许最小持力层厚，在脱空状态下受外力影响沉陷使隧道结构局部失衡，致使结构因不均匀沉降而被拉裂破坏，危及铁路运营安全，并且其潜在危害相当严重。

第三、中部采空区：此类型采空区对隧道结构而言，虽然采空区的存在会使其顶板围岩变形沉降而引起隧道围岩一定的侧向应力变形，但是相对而言不会破坏隧道的整体结构，因而其危害程度较低，加强措施即可保证。

但是，现如今还未出现一种结构设计合理且安全系数高的隧道初期支护体系，并能彻底、有效解决煤层采空区集中分布区域内隧道的安全施工及安全运行问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其设计合理、考虑全面且施工速度快、使用效果好，根据探明的煤层采空区的不同位置情况选择对应合适的开挖方式、加固方式、支护形式和结构参数，能彻底解决煤层采空区集中分布区域内隧道的安全施工及安全运行问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：包括布设在隧道开挖断面四周侧的煤层采空区内且对施工隧道进行加固的初期加固体系和沿施工隧道的延伸方向布设在施工隧道内部的初期支护体系，所述初期支护体系与所述初期加固体系紧固连接为一体；所述初期加固体系包括隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构，所述隧道中部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区内，所述隧道顶部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区内，所述隧道底部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面下部的煤层采空区内。

所述隧道中部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面中部左右两侧的护墙和布设在护墙外侧且由外至内对护墙进行加固的土石回填墙，所述护墙和土石回填墙均布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区内。

所述隧道顶部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面正上方的砼护拱和布设在砼护拱正上方且由上至下对砼护拱进行稳固的砂石回填缓冲层，所述砼护拱和砂石回填缓冲层均布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区内。

所述隧道底部初期加固结构包括充填在所述隧道开挖断面下部煤层采空区内且经混凝土回填进行加固后的坍落土石充填层，所述坍落土石充填层的上表面高度与施工隧道的底部地基高度相平齐。

所述初期支护体系包括均匀喷射在施工隧道内壁上的初喷砼层、支设在初喷砼层上且对施工隧道进行整体支护的多道全环钢拱架和均匀喷射在全环钢拱架上的复喷砼层。

所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，全环钢拱架由I16型钢加工制作而成且其纵向间距为0.8m～1.0m。

所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架拱部的超前大管棚加强支护结构，全环钢拱架由I18型钢加工制作而成且其纵向间距为0.8m±0.05m。

所述初期支护体系包括对施工隧道进行整体支护的多道拱墙格栅钢架和布设在所述拱墙格栅钢架拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，所述拱墙格栅钢架的纵向间距为0.8m～1.0m或0.5m～0.6m。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、设计合理、考虑全面，所用的初期加固体系和初期支护体系施工方便，施工成本低。

2、使用效果好，实用价值高，根据探明的煤层采空区的不同位置情况，并选择对应合适的开挖方式、加固方式、支护形式和结构参数，相应形成不同结构的初期加固体系和初期支护体系，能针对性解决各种隧道与煤层采空区覆存处的隧道加固问题，确保施工安全和结构安全。

3、施工速度快，施工工期短，施工前期先进行物探，再根据物探结果确定相应确定应采用的初期加固体系和初期支护体系形式，继而进行施工即可，因而施工步骤简单、操作简单易行，实现方便。

4、推广应用价值高，能推广适用至相关煤层采空区隧道的施工过程中。

综上所述，本实用新型设计合理、考虑全面且施工速度快、使用效果好，根据探明的煤层采空区的不同位置情况选择对应合适的开挖方式、加固方式、支护形式和结构参数，能彻底解决煤层采空区集中分布区域内隧道的安全施工及安全运行问题，确保施工安全和隧道本身的结构安全。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型隧道中部初期加固结构的结构示意图。

图2为本实用新型隧道顶部初期加固结构的结构示意图。

图3为本实用新型隧道底部初期加固结构的结构示意图。

图4为本实用新型初期支护体系的立面结构示意图。

图5为本实用新型初期支护体系所采用圈环钢拱架的结构示意图。

附图标记说明：

1-施工隧道；          2-煤层采空区；    3-护墙；

4-土石回填墙；        5-砼护拱；        6-砂石回填缓冲层；

7-坍落土石充填层；    8-初喷砼层；      9-全环钢拱架；

10-复喷砼层；         11-基岩；         12-隧底；

13-二次衬砌。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括布设在隧道开挖断面四周侧的煤层采空区2内且对施工隧道1进行加固的初期加固体系和沿施工隧道1的延伸方向布设在施工隧道1内部的初期支护体系，所述初期支护体系与所述初期加固体系紧固连接为一体。所述初期加固体系包括隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构，所述隧道中部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区2内，所述隧道顶部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区2内，所述隧道底部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面下部的煤层采空区2内。

如图1所示，所述隧道中部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面中部左右两侧的护墙3和布设在护墙3外侧且由外至内对护墙3进行加固的土石回填墙4，所述护墙3和土石回填墙4均布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区2内。本实施例中，所述护墙3为M10浆砌片石护墙且其厚度不小于2m，所述土石回填墙4的厚度为3m。

如图2所示，所述隧道顶部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面正上方的砼护拱5和布设在砼护拱5正上方且由上至下对砼护拱5进行稳固的砂石回填缓冲层6，所述砼护拱5和砂石回填缓冲层6均布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区2内。本实施例中，所述砼护拱5为1m厚的C15砼护拱，所述砂石回填缓冲层6由松砂或干砌片石组成且其厚度不小于1m。

如图3所示，所述隧道底部初期加固结构包括充填在所述隧道开挖断面下部煤层采空区2内且经混凝土回填进行加固后的坍落土石充填层7，所述坍落土石充填层7的上表面高度与施工隧道1的底部地基高度相平齐。本实施例中，当施工隧道1的隧底12距基岩11的上表面距离不超过3.0m时，先开挖后清除隧底填充物，并采用C20砼回填，回填时基础应嵌入基岩11内50cm。而当施工隧道1的隧底12距基岩11的上表面距离超过3.0m时，先对煤层采空区2采用φ75mm钢花管进行注浆加固处理，加固深度控制在基岩11的上表面以下20m内，当煤层采空区2的深度小于20m时，钢管桩加固以20m深度进行控制。

所述初期支护体系包括对施工隧道1进行整体支护的多道拱墙格栅钢架和布设在所述拱墙格栅钢架拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，所述拱墙格栅钢架的纵向间距为0.8m～1.0m或0.5m～0.6m。本实施例中，实际施工过程中，当施工隧道1通过煤系地层段时，采用拱墙格栅钢架及拱部φ42mm超前小导管加强支护，超前小导管纵向间距1.6～2.0m，环向间距0.4m，每环20根，每根长3.5m；拱墙格栅钢架的纵向间距0.8～1.0m，若有坍方冒落现象发生时则按0.5～0.6m一榀设置。

结合图4和图5，所述初期支护体系包括均匀喷射在施工隧道1内壁上的初喷砼层8、支设在初喷砼层8上且对施工隧道1进行整体支护的多道全环钢拱架9和均匀喷射在全环钢拱架9上的复喷砼层10，二次衬砌12布设在复喷砼层10上。所述隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构分别与所述初喷砼层8紧固连接为一体。

所述全环钢拱架9的结构与隧道断面结构相对应，且所述全环钢拱架9由多个节段连续拼装组成。实际施工时，当施工隧道1通过煤层采空区2的影响带时，所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架9拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，全环钢拱架9由I16型钢加工制作而成且其纵向间距为0.8m～1.0m。本实施例中，采用全环I16型钢钢架及拱部φ42mm超前小导管加强支护，小导管纵向间距1.6～2.0m，环向间距为0.4m，每环40根，每根长为3.5m；由I16型钢加工制成的全环钢拱架9的纵向间距为0.8～1.0m。而实际施工时，当施工隧道1通过煤层采空区2的影响带但围岩地质情况较好时，采用全环格栅钢架和拱部超前大管棚加强支护，即所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架9拱部的超前大管棚加强支护结构，由I18型钢加工制作而成的全环钢拱架9的纵向间距为0.8m±0.05m。本实施例中，由I18型钢加工制成的全环钢拱架9的纵向间距为0.8m，当钢架变形较大时应在上半断面增设临时仰拱；大管棚采用φ89mm钢花管(壁厚5mm)大角度设置，每8m或10m设置一环，搭接长度4～5m，环向间距0.4m，每环26根，并压注水泥砂浆。

实际施工时，应将全环钢拱架9打入护拱砼5内。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：包括布设在隧道开挖断面四周侧的煤层采空区(2)内且对施工隧道(1)进行加固的初期加固体系和沿施工隧道(1)的延伸方向布设在施工隧道(1)内部的初期支护体系，所述初期支护体系与所述初期加固体系紧固连接为一体；所述初期加固体系包括隧道中部初期加固结构、隧道顶部初期加固结构和隧道底部初期加固结构，所述隧道中部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区(2)内，所述隧道顶部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区(2)内，所述隧道底部初期加固结构布设在位于所述隧道开挖断面下部的煤层采空区(2)内。

2.按照权利要求1所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述隧道中部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面中部左右两侧的护墙(3)和布设在护墙(3)外侧且由外至内对护墙(3)进行加固的土石回填墙(4)，所述护墙(3)和土石回填墙(4)均布设在位于所述隧道开挖断面中部的煤层采空区(2)内。

3.按照权利要求1所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述隧道顶部初期加固结构包括布设在所述隧道开挖断面正上方的砼护拱(5)和布设在砼护拱(5)正上方且由上至下对砼护拱(5)进行稳固的砂石回填缓冲层(6)，所述砼护拱(5)和砂石回填缓冲层(6)均布设在位于所述隧道开挖断面上部的煤层采空区(2)内。

4.按照权利要求1所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述隧道底部初期加固结构包括充填在所述隧道开挖断面下部煤层采空区(2)内且经混凝土回填进行加固后的坍落土石充填层(7)，所述坍落土石充填层(7)的上表面高度与施工隧道(1)的底部地基高度相平齐。

5.按照权利要求2、3或4所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述初期支护体系包括均匀喷射在施工隧道(1)内壁上的初喷砼层(8)、支设在初喷砼层(8)上且对施工隧道(1)进行整体支护的多道全环钢拱架(9)和均匀喷射在全环钢拱架(9)上的复喷砼层(10)。

6.按照权利要求5所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架(9)拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，全环钢拱架(9)由I 16型钢加工制作而成且其纵向间距为0.8m～1.0m。

7.按照权利要求5所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述初期支护体系还包括布设全环钢拱架(9)拱部的超前大管棚加强支护结构，全环钢拱架(9)由I18型钢加工制作而成且其纵向间距为0.8m±0.05m。

8.按照权利要求2、3或4所述的煤层采空区隧道初期加固及支护体系，其特征在于：所述初期支护体系包括对施工隧道(1)进行整体支护的多道拱墙格栅钢架和布设在所述拱墙格栅钢架拱部的超前小导管加强支护结构，所述小导管加强支护结构的纵向间距1.6m～2.0m且其环向间距为0.4m±0.05m，所述拱墙格栅钢架的纵向间距为0.8m～1.0m或0.5m～0.6m。

Images