一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法技术

本发明专利技术公开了一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，包括超前地质预报判定瓦斯突出、确定防突的钻孔排布图、利用地质钻进行围桩预钻孔、采用旋喷机仅对煤层段施工旋喷封闭围桩、在围桩内进行瓦斯释放孔施工、揭煤前最终验证和安全防护措施实施及其隧道的正常开挖等施工步骤。采用封闭围桩隔离煤层，堵住围桩外煤层瓦斯向围桩内煤层流动的途径，减少围桩内的施工对围桩外煤层的扰动范围，仅对围桩内突出煤层实施地质钻钻孔进行瓦斯压力排放，其防突范围大为减小。本方案中的“堵”“排”结合的快速防突施工方法，相比传统防突措施，更安全高效、又简单易行。

【技术实现步骤摘要】
一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法
本专利技术涉及隧道施工
，特别是涉及一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法。
技术介绍
我国西南部煤炭资源丰富，公路铁路交通建设中隧道穿越煤层情况很是常见，当煤层瓦斯压力过高，受到施工扰动时，煤与瓦斯突出将对隧道带来巨大危险，必须采取安全有效的瓦斯防突措施来确保隧道能顺利快速穿越煤层。根据我国最新2019《铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120-2019)》规定，隧道穿越突出煤层应严格按照“超前综合防突先行，工作面综合防突措施补充”的原则进行设计与施工，对于有瓦斯突出风险的工作面应进行瓦斯防突措施的专项施工方案。现有的防突措施主要从两个角度来防突与保护，一是主动创造条件让煤层的压力提前按希望的路径与规律进行释放，如震动性放炮法、深孔松动性爆破法、钻孔排放法、钻孔预抽法、水力冲孔法；二是主动增加措施让煤层更加牢固使煤层不发生突出危害或减轻突出危害的损失，如管棚支撑法、注浆加固煤体法。而第二种超前管棚与注浆加固媒体也仅在采用了第一种的其他防突措施并检验有效后在揭煤前实施。现有传统防突措施基本仅是从“抽”或“排”的角度来实现突出煤层瓦斯压力的逐渐降低的，受到扰动的突出煤层里只要存在压力差就会有瓦斯流动，其影响范围就可能涉及到整个煤层，显然，现有防突措施中，因为可能需要将整个煤层范围的压力降低排放到足够安全时才能继续施工，瓦斯防突所花费的时间可能很长，如果煤层越厚或沿煤层走向范围越广，防突过程将会更加缓慢，隧道穿越煤层时间将会越长，影响施工进度。r>
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，通过对煤层“堵”、“排”结合的方式，实现对煤层瓦斯压力的释放，从而快速达到防突的目的，解决了现有传统防突措施需要将整个煤层范围的压力降低排放到足够安全时才能继续施工，导致防突施工效率低下和防突施工周期长的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：提供了一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其包括以下步骤：步骤1：超前地质预报依据铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120-2019)，采用物探法对煤层的位置和走向进行初步判断，并采用超前钻孔判断煤层厚度，判断煤层厚度是否大于等于0.3m和是否有突出危险，若煤层厚度大于等于0.3m，且煤层有突出危险，则进入步骤2；若煤层厚度小于0.3m，且煤层无突出危险，则进入步骤7；步骤2：开挖掌子面掌子面开挖至距煤层垂直距离5m或10m处；步骤3：确定围桩排布图依据防突规范要求，确定掌子面实施防突措施的控制范围和确定该控制范围内煤层底部的控制轮廓线；根据煤层底部控制轮廓线周长以及旋喷桩的直径确定围桩在煤层底部的排布图；根据煤层底部围桩排布图确定掌子面处的围桩钻孔孔径及其围桩钻孔的孔间距排布图；步骤4：在煤层上施工封闭围桩，隔离煤层利用地质钻机，在掌子面处根据确定的围桩钻孔孔径和围桩钻孔的孔间距排布图先进行围桩钻孔施工，然后利用旋喷钻机，依然在掌子面处按围桩排布图仅针对煤层段实施旋喷桩施工，形成封闭围桩，将煤层隔离，堵住围桩外煤层瓦斯向围桩内煤层流动的途径；步骤5：瓦斯释放钻孔施工以及瓦斯释放采用地质钻机在掌子面处实施围桩控制范围内的防突措施的瓦斯释放钻孔施工，仅对封闭围桩内的煤层进行瓦斯排放；步骤6：揭煤前最终验证及补充措施围桩内煤层瓦斯压力降低至安全值后，进行揭煤前最终验证，当验证为无效时，补充防突措施并重新验证直至有效，当验证有效时，进入步骤7；步骤7：实施安全防护措施，然后进行隧道正常开挖作业施工。本专利技术的有益效果为：本方通过高压旋喷钻机在煤层段形成封闭围桩，封闭围桩的高强度固结体特性就可以“堵住”围桩外煤层瓦斯向围桩内煤层流动的途径，这样就可以有效地大大缩小由于围桩内排放孔释放瓦斯引起的压力变化对围桩外煤层的扰动范围；而传统防突措施仅采用“抽或排”方式，煤层内只要有瓦斯压差存在就会有瓦斯的流动，其排放孔瓦斯压力变化影响范围则可能涉及整个煤层范围；在掌子面处利用地质钻钻机实施围桩范围内煤层段瓦斯排放孔的施工，显然这种小范围的瓦斯防突排放，所耗时间自然比传统防突措施的防突范围要小得多。本方案中的“堵”“排”结合的快速防突施工方法，相比传统防突措施，更安全高效、又简单易行。附图说明图1为一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法的流程图。图2为隧道开挖剖面示意图。图3为隧道开挖平面示意图。图4为旋喷围桩在煤层底部的排布图。图5为掌子面的围桩钻孔排布图及释放钻孔排布图。图6为封闭围桩在煤层内的正视结构示意图。图7为封闭围桩在煤层内的三维结构示意图。图8为封闭围桩的三维结构示意图。其中，1、煤层；2、掌子面；3、控制轮廓线；4、旋喷桩；5、围桩钻孔；6、排气孔；7、开挖轮廓线；8、封闭围桩。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1～8所示，本专利技术提供了一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其包括以下步骤：步骤1：超前地质预报依据铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120-2019)，采用物探法对煤层1的位置和走向进行初步判断，并采用超前钻孔判断煤层1厚度，判断煤层1厚度是否大于等于0.3m和是否有突出危险，若煤层1厚度大于等于0.3m，且煤层1有突出危险，则进入步骤2；若煤层1厚度小于0.3m，且煤层1无突出危险，则进入步骤7；优选的，超前钻孔的施工位置与初探煤层1之间垂直距离不小于20m。步骤2：开挖掌子面2掌子面2开挖至距煤层1垂直距离5m或10m处；进一步地，当判定煤层1为超前综合防突时，掌子面2开挖至距煤层1垂直距离10m处；煤当判定煤层1为工作面综合防突时，掌子面2开挖至距煤层1垂直距离5m处。步骤3：确定围桩排布图确定掌子面2实施防突措施的控制范围和确定该控制范围内煤层1底部的控制轮廓线3；根据煤层1底部控制轮廓线3周长以及旋喷桩4的直径确定围桩在煤层1底部的排布图；根据煤层1底部围桩排布图确定掌子面2处的围桩钻孔5孔径和围桩钻孔5的孔间距排布图；当煤层1瓦斯铁路隧道施工为超前综合防突时，在沿隧道轴线垂直方向的开挖轮廓线7外侧10m处和在沿煤层1走向的开挖轮廓线7外侧15m处均设置周向闭合的连续围桩，连续围桩为多个旋喷桩4环形周向布置形成，连续围桩底部贯穿煤层1并进入岩层预定深度；以保证截断或者减小围桩内钻孔对围桩外煤层1的扰动影响。这样仅考虑围桩内突出煤层1瓦斯压力的释放，在围桩内重新优化实施排放孔的间距与长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：超前地质预报/n采用物探法对煤层的位置和走向进行初步判断，并采用超前钻孔判断煤层厚度，判断煤层厚度是否大于等于0.3m和是否有突出危险，若煤层厚度大于等于0.3m，且煤层有突出危险，则进入步骤2；若煤层厚度小于0.3m，且煤层无突出危险，则进入步骤7；/n步骤2：开挖掌子面/n掌子面开挖至距煤层垂直距离5m或10m处；/n步骤3：确定围桩排布图/n确定掌子面实施防突措施的控制范围和确定该控制范围内煤层底部的控制轮廓线；根据煤层底部控制轮廓线周长以及旋喷桩的直径确定围桩在煤层底部的排布图；根据煤层底部围桩排布图确定掌子面处的围桩钻孔孔径及其围桩钻孔的孔间距排布图；/n步骤4：在煤层上施工封闭围桩，隔离煤层/n根据在掌子面处确定的围桩钻孔孔径和围桩钻孔的孔间距排布图进行围桩钻孔施工，然后利用旋喷钻机，在掌子面处按围桩排布图仅针对煤层段实施旋喷桩施工，形成封闭围桩，将煤层隔离，堵住围桩外煤层瓦斯向围桩内煤层流动的途径；/n步骤5：瓦斯释放钻孔施工以及瓦斯释放/n采用地质钻机在掌子面处实施围桩控制范围内的防突措施的瓦斯释放钻孔施工，仅对封闭围桩内的煤层进行瓦斯排放；/n步骤6：揭煤前最终验证及补充措施/n围桩内煤层瓦斯压力降低至安全值后，进行揭煤前最终验证，当验证为无效时，补充防突措施并重新验证直至有效，当验证有效时，进入步骤7；/n步骤7：实施安全防护措施，然后进行隧道正常开挖作业施工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：超前地质预报
采用物探法对煤层的位置和走向进行初步判断，并采用超前钻孔判断煤层厚度，判断煤层厚度是否大于等于0.3m和是否有突出危险，若煤层厚度大于等于0.3m，且煤层有突出危险，则进入步骤2；若煤层厚度小于0.3m，且煤层无突出危险，则进入步骤7；
步骤2：开挖掌子面
掌子面开挖至距煤层垂直距离5m或10m处；
步骤3：确定围桩排布图
确定掌子面实施防突措施的控制范围和确定该控制范围内煤层底部的控制轮廓线；根据煤层底部控制轮廓线周长以及旋喷桩的直径确定围桩在煤层底部的排布图；根据煤层底部围桩排布图确定掌子面处的围桩钻孔孔径及其围桩钻孔的孔间距排布图；
步骤4：在煤层上施工封闭围桩，隔离煤层
根据在掌子面处确定的围桩钻孔孔径和围桩钻孔的孔间距排布图进行围桩钻孔施工，然后利用旋喷钻机，在掌子面处按围桩排布图仅针对煤层段实施旋喷桩施工，形成封闭围桩，将煤层隔离，堵住围桩外煤层瓦斯向围桩内煤层流动的途径；
步骤5：瓦斯释放钻孔施工以及瓦斯释放
采用地质钻机在掌子面处实施围桩控制范围内的防突措施的瓦斯释放钻孔施工，仅对封闭围桩内的煤层进行瓦斯排放；
步骤6：揭煤前最终验证及补充措施
围桩内煤层瓦斯压力降低至安全值后，进行揭煤前最终验证，当验证为无效时，补充防突措施并重新验证直至有效，当验证有效时，进入步骤7；
步骤7：实施安全防护措施，然后进行隧道正常开挖作业施工。


2.根据权利要求1所述的一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其特征在于，在步骤1中，采用物探法的超前地质预报初步判定煤层位置后，采用超前钻孔的方法来判定煤层的精确位置，其超前钻孔的施工位置与初探煤层之间垂直距离应不小于15～20m。


3.根据权利要求1所述的一种煤系地层铁路瓦斯隧道防突旋喷围桩的施工方法，其特征在于，步骤2中，煤层瓦斯铁路隧道施工为超前综合防突时，掌子面开挖至距煤层垂直距离10m处；煤层瓦斯铁路隧道施工为工作面综合防突时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉容，何川，郭德平，黄红婷，廖烟开，晏启祥，陈家清，蒙伟，唐进才，康雪峰，
申请(专利权)人：西南交通大学，叙镇铁路有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51