大直徑超長管棚支護技術在煤礦斜井井筒表土段施工中的應用

王龍根 陳 杰 李志剛

（山西省長治經坊煤業有限公司，山西 長治046000）

1 工程概況

山西省長治經坊煤業有限公司副斜井井筒改造前井筒斷面形狀為三心拱形，料石砌碹，凈寬3.1m，凈高2.7m，凈斷面7.77m?。改造后井筒斷面形狀為半圓拱形，凈寬6.0m，凈高4.4m，凈斷面面積22.5m?。工程量391.5m，其中表土段236.6m，采用鋼筋混凝土澆筑，支護厚度450mm，基巖段156.9m采用錨噴支護，支護厚度 150mm。斜井坡度為-20°15′。

2 管棚設計方案

2.1 管棚設計參數

（1）管棚布設范圍：巷道拱極線以上180°范圍，共計39根。

（2）管棚布設方案：鋼管中心間距為300mm，管棚范圍線距離擴刷范圍法線距離為300mm。

（3）管棚材料選擇：管棚采用Φ133mm×6mm無縫熱軋鋼管，套管采用Φ127mm×8mm無縫熱軋鋼管。

（4）連接方法：鋼管采用絲扣套管連接，套管長度為300mm，用Φ127mm×8mm無縫鋼管加工成300mm長外車絲扣。Φ133mm鋼管兩端加工150mm長內車絲扣。因管棚打設距離太長，僅絲扣連接難以承受這么大扭矩。將Φ133mm鋼管縱向割成四塊，每個絲扣接頭焊接兩塊進行加固。

（5）鋼管打設方位：鋼管沿井筒開挖輪廓線縱向按-20°30′的坡度外插設置。詳見管棚打設示意圖1。

圖1

（6）設備選型：采用HG-200型水平定向鉆機，電機功率55KW；BW250型注漿機，電機功率為15KW；Q1393型管螺紋車床，導向定位儀采用國內最先進的SE-200型有線導向儀，該導向儀分有線數據探棒、數據連接線、手持式遠程接收器。定位傾角精度為0.3%，傾角分辯率為0.1%。

2.2 管棚工作室和導向架設計

根據現場操作的需要，鉆機鉆孔時要有一個空間比井筒開挖輪廓線大的工作室，即長管棚工作室。它的寬度取決于井筒開挖斷面尺寸、鉆機尺寸及操作時所

需空間的大小，而其長度則主要取決于管節長度、鉆機及鉆桿接長所需要的最大長度，同時還要滿足對管子進行糾偏操作的空間。根據以上要求，工作室的長取8m，寬取8.7m。

為準確控制長管棚的方向和坡度，在平整好的工作室場地上，采用32號工字鋼作為水平方向移動的滑道，在滑道平臺上豎立四根6m高的18號工字鋼，每根工字鋼上端掛一個3t的手動葫蘆，在四根工字鋼中間制作操作臺，用手動葫蘆控制操作平臺的高度。見工作室及導向架設計圖2。

圖2

3 管棚施工方案

根據現場地質條件采水循環導向跟管鉆進法一次打設到位。

水循環導向跟管鉆進法就是將管棚鋼管作為鉆桿，在第一節管棚鋼管前端安裝帶有導向探棒的楔形板鉆頭。首先采用水平定向鉆機將裝有楔形板鉆頭的管棚鋼管打入土中，然后通過絲扣連接，將其它管棚鋼管與前一節管棚鋼管連接，依次打入土中，并跟蹤測鉆進方向，控制管棚鋪設軌跡，直到達到管棚設計長度終孔，最后進行封孔注漿而成管棚。楔形板鉆頭如圖3。

圖3

導向過程如下：

如圖3所示：鉆頭內裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導向板的方向：導向板朝上即為12點，如同鐘面)。打設角度如果偏下，可以把鉆頭調到12點，即導向板朝上，直接頂進，此時由于導向板底板斜面面積大。受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機會勻速旋轉鉆進，此時鉆桿軌跡是平直的。所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵。至于左右偏差根據傳感器尾端的發光裝置來定，通過儀器測量參數來糾偏。

4 施工工藝

4.1 管棚工作室施工

管棚施工前，斜井明槽段已開挖完畢。在明槽段標定出管棚工作室的范圍，在擴刷過程中，兩幫？及迎臉部分用錨網噴臨時支護，防止遇水垮塌。將四周表土擴刷至設計的尺寸。平整好場地先用板材將地板平臺操平找正，同時在管棚工作室旁邊設置一個泥漿存放池，內設置一臺泥漿泵，打設管棚所產生的泥漿由泥漿泵經管道排到地面指定位置。

4.2 測量放線

鉆機機架安裝前，根據設計圖紙測量放出隧道軸線、里程線和管棚中心位置，并做好相應標志，標出孔號。

4.3 鉆機安裝

鋼墊板規格：長×寬=250mm×250mm；脹管螺栓直徑：Φ16mm；鋼墊板與基礎固定要牢，強度要高；H型鋼軌找平誤差<3mm；底盤對角線找方誤差±3mm；斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；四柱對角誤差±5mm；升降系統：卡瓦等上緊，加強整體性；所有螺母必須擰緊，發現溢扣者必須換掉；絲杠、頂杠要頂緊、有效，安裝要牢固，確保不因震動而松動或脫落。

4.4 調整鉆機對孔位

根據測量放線標志出的管棚孔位及施工方案設計參數調整鉆機位置和鉆機角度，對好孔位。孔位誤差控制在50mm以內。

4.5 鉆進

安裝楔形板鉆頭，控制鉆頭進孔角度。導向鉆進前應對鉆機定位情況、方位、傾角情況，孔口管對中情況，沖洗液流通以及導向儀顯示情況進行全面復檢，確認正常后進行試鉆；鉆進前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進；鉆進時，泵壓應控制在0.4MPa-0.8MPa，泵量為20-50L/min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進；現場須及時進行導向數據記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細記錄；鉆進過程中機手必須及時做好施工記錄，并對異常情況要詳細記錄。

4.6 回次加尺

每根管在下坑前必須進行質量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內的鐵屑、贓物及銹皮等必須清除干凈。下坑時避免與硬物相碰，以免損傷管扣；連接的電線應選用導電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風機吹烤貼牢；回次加時必須準確丈量鋼管長度，連接管棚鋼管時應將絲扣擰到位，并做好記錄。

4.7 其它工藝

管棚打設到位后，采用10mm厚鋼板進行封孔，并在封孔板上安裝注漿閥門。每根管棚打設完成后要及時對管內和管外壁進行注漿，防止地表沉降。注漿采用BW250注漿泵將1：1水泥漿液注入孔內，注漿壓力達到1.0MPa-1.5MPa穩定20分鐘后停止注漿。注漿三小時后根據實際注漿情況確定是否需要再次補注漿。

結語

經坊煤礦副斜井表土段施工采用大直徑管棚超前支護的方法取得良好的效果，順利通過2.9m長流砂層和兩處充填段。生產調度樓靠近井筒一側平均下沉18mm，職工宿舍路靠近井筒一側平均下沉6mm。達到了設計院給出的樓體沉降范圍。

實踐證明，采用大直徑管棚及注漿超前支護的方法，在處理斜井表土段復雜地質條件下施工是有效的，對于煤礦斜井表土段施工安全具有足夠的可靠性和適用性。

[1]高懷鵬,毛海東.長管棚預注漿超前支護技術在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應用 [J].公路，2005.

[2]黎愛清、呂秀華.長管棚施工工法[J].西部探礦工程，2003.

[3]朱漢華,孫紅月,楊建輝.公路隧道圍巖穩定與支護技術[J].科學出版社.