简介（作者编辑）：盾构施工煤矿长距离斜井特殊不良地质段处置技术与应用_沙明元.pdf
摘要（系统识别）：
2016年11月上
施工技术
第45卷第21期
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
111
D0L:10.7672/sjs2016210111
盾构施工煤矿长距离斜井特殊不良地质段
处置技术与应用
沙明元
(中国铁建股份有限公司，北京100855)
摘要]盾构法应用于长距离煤矿斜井建设是一个开创性的领域，具有安全、优质、快速、环保、综合费用低等突出
优势，代表着特大型现代化矿井建设技术的发展方向。针对煤矿斜井盾构法建设过程中面临的“深埋超长、连续下
坡、富水高压、地层多变”等工程特点及难点，开展盾构施工软岩变形地段综合处置技术、斜井富水地段防水和排水
处置技术、高水压地段泄水降压技术、有害气体处置技术、断层破碎带施工技术研究，并在神东补连塔煤矿进行关
键技术的应用，建成了我国首座采用盾构施工的长距离煤矿斜井。
[关键词]隧道工程；煤矿；盾构；斜井；施工；应用
[中图分类号]U455
文献标识码]
[文章编号]10028498(2016)21011105
Research and Application of the Disposal Technology for Shield
Construction in Special and Poor Geological Conditions of
Long Inclined Shaft in Colliery
Sha Mingyuan
China Railway Construction Co.Ltd.Beijing 100855,China)
Abstract:Shield method is a groundbreaking area for the construction of super-long inclined shafts in
colliery.It has the advantages of safety,high quality,rapidity,environmental protection and
comprehensive low cost,and represents the development direction of modern large-scale mine
construction technology.Aiming at the characteristics and difficulties in the shield construction process in
colliery inclined shaft,which are of deep buried and super-ong,continuous downhill,rich water and
high pressure,and changeable stratum,the comprehensive disposal technology is carried out,including
disposal technology of soft rock deformation,waterproof and drainage in water-rich regions,water
pressure relief technology in high-pressure zones,harmful gas disposal technology,as well as fault
fracture zone disposal technology.These key technologies are used in Shendong-Bulianta colliery to build
China's first shield constructed long colliery inclined shaft.
Key words:tunnels;colliery;shielding;inclined shaft;construction;application
盾构施工煤矿长距离斜井可能遇到的特殊不
多，不良地质不仅会严重影响工程进度，增加工程
良地质条件主要包括软弱围岩变形、高压、富水、突
造价，甚至有可能使盾构设备被埋、被淹、被卡，甚
涌水、有害气体及断层破碎带等1)。盾构施工是
至造成人员伤亡。
一种机械化程度高、能进不能退的全断面隧道施工
目前，国内尚无采用盾构法施工煤矿斜井的工
技术，大量工程实践表明，不良地质条件对盾构法
程实例，国外也仅有少量试验性工程，盾构施工煤
隧道施工的影响要比钻爆法隧道敏感的多、大得
矿长距离斜井特殊不良地质段处置技术研究积累
很少。国内外在隧道及地下工程软弱围岩变形方
*“十二五”国家科技支撑计划课题(2013BAB10BO5)
面的研究主要集中在钻爆法施工的山岭隧道，并且
[作者简介]沙明元，教授级高级工程师，E-mail::shamingyuan@
163.com
在理论研究和工程实践方面均存在一些不足，对于
[收稿日期2016-0923
盾构隧道穿越软弱围岩变形、断层破碎带地段的研
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施工技术
第45卷
究成果更少。富水、高压、突涌水和有害气体是隧
局部层位发育有砾岩。该组地层风化程度较高，完
道及地下工程的难题，其中尤以深埋区段高水压所
整性差，节理裂隙较为发育，受风化裂隙和地表水
带来的设计、施工困难最大。目前，我国对富水高
入渗影响富水性较好，为区内主要的含水地层。该
压隧道的研究大多是从地质的角度围绕节理裂隙
组地层物理力学性质较差，强度较低，遇水易于软
的形式、发育规律、特点以及形成条件等方面展开，
化崩解。③260~1250m地段，为区内煤系地层的
近年来对富水高压问题虽提出了排水泄压、释能减
直接上覆地层，下部以灰绿色砂质泥岩、粉砂岩为
压等处理技术，但主要应用于钻爆法施工的山岭隧
主，上部多为杂色粉砂岩、砂质泥岩，岩体内含水率
道，富水高压段盾构隧道结构设计尚处于工程经验
高，为含水层。④1250~2745m地段，发育有近水
类比阶段。
平状黑色纹理和波状层理，局部接近煤层层段含有
依托神东补连塔煤矿斜井建设开展研究工作，
薄煤夹层或煤质碎屑，砂岩层多为厚层状构造，碎
旨在盾构施工煤矿长距离斜井特殊不良地质段处
屑结构，泥质胶结，泥质砂岩和泥岩多为厚层状构
置成套技术及应用方面取得突破，拓展盾构法对不
造，泥质结构，泥质胶结，碎屑成分以石英、长石为
良地层的适用范围，提升盾构法施工煤矿长距离斜
主，含有少量云母和暗色矿物，地层埋深大，风化程
井的建井技术水平。
度微弱，岩体完整性好，节理裂隙发育程度轻微，物
1工程概况
理力学强度指标较高，孔隙率较低，含水率低。补
1.1补连塔煤矿斜井总体情况
连塔煤矿斜井位于冲积岩地层，地下水以基岩裂隙
我国首座采用盾构法施工的煤矿斜井一神
水为主，地勘揭示其地下水的压力可能较大，但不
华神东补连塔煤矿斜井于2014年6月1日正式开
存在连续的补给来源。
工，2015年12月22日顺利完成主体工程。
2盾构施工煤矿斜井不良地质段处置关键技术及
神华神东补连塔煤矿斜井位于内蒙古自治区
应用
鄂尔多斯市伊金霍洛旗东南的补连塔煤矿，新副斜
2.1软岩变形地段处置技术
井全长2745m,井筒倾角为5.5°，最大埋深276m,
盾构外廓与围岩间的间隙非常有限，对围岩变
采用盾构（开式、TBM模式）施工。斜井采用单层装
形适应性较差。盾壳和管片对围岩变形非常敏感，
配式衬砌，管片形式选择钢筋混凝土平板型管片，
刀盘开挖后软岩变形会直接影响盾构的正常掘进
管片分7块：1+2+3+1(1块封顶块、2块邻接块、3
和管片结构安全。
块标准块、1块仰拱块)。管片内径6.6m,外径
应对泥岩、煤层等软弱地层变形的分级处置技
7.3m,厚0.35m,宽1.5m,其中仰拱块与路面整体浇
术手段有4种：①盾构采用前大后小阶梯递减的设
筑，最厚处为502.2mm。管片混凝土等级为C40,抗
计，补连塔煤矿斜井盾体由前盾、中盾、盾尾3部分
渗等级P12。斜井井筒断面如图1所示。
组成，3节段直径相差15mm,有利于防止卡盾。②
设计有盾构掘进刀盘扩挖系统，通过刀具垫块厚度
的改变可以实现斜井断面扩挖，最大扩挖量为
50mm;加上刀盘超挖值160mm,盾壳与围岩间隙最
7.0m液压支
大可达210mm,能够满足一定程度的软岩变形，降
低了卡机风险，保障了盾构及管片砌衬结构的安全
(见图2)。③根据围岩变形情况在管片壁后采用柔
性填充，适应围岩变形。④采取加长锚索加管片的
结构主动控制过大的围岩变形。盾构施工煤矿斜
井软岩变形地段处置技术已在埋深276m的神东补
连塔煤矿斜井工程中得到了成功应用。
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2.2斜井防水处置技术
图1斜井井简断面
在富水地层采用盾构法建造斜井，其主要技术
Fig.1 The inclined shaft section
难点之一在于防水处置，包括管片结构自身和接缝
1.2补连塔煤矿斜井工程地质条件
防水、管片斜向拼装后沿纵向的整体防水[5]，尤其
斜井穿越地层分为4段：①0~110m地段，主要
是要避免长距离、大埋深情况下管片壁后水力连通
为风积砂和冲洪积卵砾石层。②110~260m地段，
而形成过大的水压力，这会使斜井防水失效，造成
岩性以棕红色中、粗粒砂岩为主，其次为细粒砂岩，
大量渗漏水，影响井筒安全。如何保证斜井在70年
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