1 公路隧道穿越煤层的一般处置措施
    煤系地层围岩特点是:①煤层层数多,厚度不等,倾角陡缓不一,规模大小不一;②煤层强度低,多呈碎块状、鲮片状、粉状,坚固系数值较小;③煤层中瓦斯含量高,瓦斯浓度、瓦斯压力变化不定;④富水软弱的煤系地层隧道结构初期支护变形大,开挖易塌方,对施工非常不利;⑤高压力瓦斯、高地应力与低煤层强度三者结合,致使煤层在开挖暴露后有发生“突出”灾害的危险;⑥煤系地层多有采煤活动,其中采空区对工程的影响规模和影响程度直接关系到施工安全、工程的经济性。公路隧道穿越煤层一般处置措施如下:
    (1)煤层较厚,采用中隔墙法分部开挖,以减少揭煤中一次落煤量,缓解施工通风困难。揭煤施工全过程分为煤层定位、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯排放、煤与瓦斯突出危险性检测、施工防突措施、揭煤等6部分,每次分部揭煤前应进行检验性预测。
    ① 超前钻孔。为确切了解煤层层位、走向、倾角、厚度、煤质、顶、底板岩层结构、岩性,开挖距煤层10m(垂距)向前钻孔。首次揭煤时打1组3孔,其它各部仍须打1~2孔,由超前钻孔验证煤层有关参数,避免因煤层局部畸变,影响揭煤施工安全性。
    ②预测孔。开挖面掘进至距煤层5m(垂距)处时,首次揭煤打2个预测孔以预测煤层与瓦斯突出危险性,其它分部开挖至距煤层5m(垂距)处,各打检验性预测孔1个,以确定首期揭煤排放瓦斯对该部煤体的突出危险影响。
    ③突出危险性预测。隧洞工作面煤与瓦斯突出危险性预测,可采用ATY 瓦斯突出预测仪或钻屑指标法进行预测,不论采用何种方式预测均需实测相应指标的临界值。
    (2)煤层较薄时,采用震动性放炮一次揭煤,以利瓦斯排放,增大稀释空间。根据围岩状态及煤层情况选用半断面或台阶法施工。震动性放炮采用光面爆破,弱爆破施工。
    2 公路隧道穿越煤层采空区的一般处置措施
    采空区与隧道相对位置不同,采空区产生的危害不同,处理方法亦不同。根据隧道与采空区空间位置的不同,分成两种情况:一是当采空区位于隧道下方,产生的病害形式主要是隧道衬砌结构或箱涵产生裂缝,标高变化造成的侵限,水平移动造成的隧道中线偏移和边墙侵限;二是当采空区位于隧道上方时,产生的病害形式主要是采空区渗水造成的隧道围岩性质弱化,隧道建成后的洞内渗漏问题、二衬水压力过大问题、二衬冻胀破坏问题等。目前采用的方法主要有地表全充填注浆法、封堵巷道等方法,对难以查明准确位置的采空区,可结合超前地质预报边施工边治理,根据实际情况调整衬砌参数。如果煤区尚未开采,今后可能开采时,设计中必须考虑已成隧道附近采煤对隧道结构的影响,并应有可靠的对策与措施。由于采空区位于隧道底部、中部、顶部的情况均有可能,故必须采取相应的施工对策予以处理。
    (1)采空区位于隧道洞身上方
    当采空区位于洞身上方,特别是近水平、缓倾斜的采空区,且距隧顶较近时,必须采用加强支护,即在隧道拱部设管棚,管棚用格栅钢架支撑,格栅钢架纵向间距按80~100cm 一榀设置,管棚可用φ89mm 长15m 的钢管,纵向间距40cm,管内压注水泥-水玻璃浆,管内注浆参数水泥浆的水灰比可取为0.6∶1~0.8∶1,水玻璃的波美度为35~45,其与水泥浆体积比可为0.3∶1~0.4∶1,两组管棚间末端搭接长度不小于100cm,并应设WTD25、长3.5m 的注浆锚杆,锚杆可按梅花型布置,横向间距为80cm,纵向间距为80cm。
    (2)煤层采空区作为隧道围岩部分的处理措施煤层采空区位于隧道中部,在未揭开煤层采空区前,根据超前探测结果,对未坍塌充填但有水的地段,采取钻孔排水的方式放水;对已经坍塌充填的地段,采取超前支护,有水时采取超前注浆固结堵水等手段加固。揭开煤层采空区后,采用M7.5砂浆砌Mu30号片石礅柱进行采空区处治,墩台布设沿隧道中轴线两侧布设,墩台间距为5m,梅花型布设,墩台为柱式,尺寸长为2m,宽为1.2m,高从采空区底板至采空区顶板,不留缝隙,对于已局部塌落的采空区,要清渣至未风化完整的采空区底板,片石墩台砌筑至顶板,同时在隧道衬砌两侧采用2m 宽M7.5浆砌片石保护初砌。
    当隧道在倾斜、急倾斜、薄及中厚煤层穿过时,采空区将位于隧道断面内的顶部与底部,这时,顶、底部应分别治理,拱部应系统设置φ42mm 长4~6m 小导管管棚,管内注入C20水泥砂浆,注浆压力不应小于0.5MPa,小导管环向间距40cm,外插角15°左右。两组导管之间的水平搭接长度不小于100cm,导管用格栅钢架支撑,纵向间距按80cm 一榀设置。拱部围岩内设WTD25长3.5m 的锚杆,呈梅花形布置,纵横向间距为80cm,另外在拱顶空区设C20混凝土护拱,厚为100cm,护拱两端嵌入基岩不小于50cm,同时在整个拱部设φ6.5mm 的20×20cm 钢筋网以加强支撑。当煤层采空区位于隧道底部时,关键在于对隧底的加固,在未揭穿采空区前,应随时注意采空区与隧道的相对位置,确保施工安全,避免造成采空区的坍塌。当揭穿采空区顶板后,采空区未坍塌充填时,采用抛填片石及钢花管对基底进行压浆加固处理;如果采空区已坍塌充填,且隧底距离采空区底板小于3m 时,在隧道开挖后,清除隧底煤层采空区填充物,并采用C20混凝土回填,回填时基础应嵌入基岩内50cm。如果已被坍塌土石填充的采空区底板距离隧道底部大于3m 时,应对隧道基底进行注浆加固,采用φ75mm 钢花管压注水泥浆,钢花管按纵横向(间距1m)梅花形布置,管壁厚5mm,管壁上钻注浆孔,孔径10~16mm,孔间距为15~20cm,尾部1~1.5m范围不留注浆孔(作为止浆段),注浆终压为1.0~1.5MPa。基底注浆完毕后,对注浆过程中的各种记录资料进行综合分析,每5~10m 设一检查孔,取岩芯,观察浆液充填情况,并进行综合地基承载力评价。