斜井穿越富水松散地層施工技術

夏云龍，李昶鋒，陳良松，謝芝明

（中鼎國際工程有限責任公司，江西 南昌 330096）

1 概述

屯蘭礦北三進風斜井坡度為-6°，施工至K0+325m時，井筒底板與右幫涌水量增大，并且在右幫開始涌現流沙，施工中連續發生流砂涌出和片冒，而且導致原已架設噴好的18鋼支架變形破壞。該井筒水文地質條件較復雜，位于古河床中的卵石層和砂礫層均為富含水層，涌水點多面廣，實測涌水量為35 m3/h，隨著工作面的延深，涌水量增大至70 m3/h。通過巷道內施工的三個鉆孔揭露的地層來預測：巷道以-6°坡度向前掘進，預計掘進約101 m巷道底板進入風化泥巖。

從工作面揭露圍巖及前方地質勘探情況來看，井筒要穿過的流沙及卵石層松散，穩定性極差，且富含水，極易片冒，給施工造成了很大困難。因此，如何治水、提高巷道圍巖的整體性和穩定性成為了施工該段的關鍵問題。

2 施工方案

2.1 支護設計

（1）初期支護：采用超前導管+U25鋼支架+網片+噴射混凝土聯合支護

超前導管采用D57×3.5mm無縫鋼管，長度3000 mm，搭接長度1000 mm，間距150mm；U25型鋼支架分為4段，每段先預先焊接鋼板再用螺栓連接，所有焊接為均勻連續角焊接，焊腳高為被焊件最小厚度，每架U型鋼拱架之間用Φ18 mm螺紋鋼連接，間距為300mm （見圖1）；鋼支架托梁使用D57×3.5 mm無縫鋼管，長度1200 mm；全斷面鋪設Φ6 mm鋼筋網，網目規格100mm×100mm，搭接長度100 mm；噴射C20混凝土，噴砼150 mm。

圖1 U25鋼支架制作圖

（2）二次支護：單層鋼筋混凝土

鋼筋為Φ18mm螺紋鋼，單層鋼筋，間距150mm，分布筋間距300 mm，鋼筋保護層70 mm；澆筑C30混凝土，厚度400 mm。

（3） 底板反拱

U25鋼做底梁；鋼筋為Φ18mm螺紋鋼，單層鋼筋，間距150 mm，分布筋間距300mm，鋼筋保護層70 mm；底板澆筑C30混凝土，澆筑厚度300～1200 mm。

斷面支護設計見圖2。

圖2 斷面支護

2.2 施工工藝

（1）超前支護：自拱基線開始布置超前導管，采用YT-28型鑿巖機用Φ50 mm鉆頭鉆眼，再配合套筒將超前導管打入圍巖。

（2）開挖：利用小型挖掘機配合人工風鎬分上下導坑開挖，鋪網、安裝好鋼支架后，及時噴射混凝土封閉，噴射混凝土可以有效防止井筒開挖初期水沙的外滲。施工中嚴格執行“短掘短支、先拱后墻、單邊跳挖”原則。

（3）底板：待U25鋼支架施工10 m后，即可使用簡易棧橋開挖底板。架設鋼底梁，綁扎鋼筋，澆筑混凝土，并在斜井左右每隔2 m各預留吸水小井，小井直徑600 mm。

（4）安裝套管：在預留吸水小井放入套管，套管采用D520×10mm無縫鋼管。套管管壁鉆密集孔，下套管時，在套管外包尼龍網，用于過濾泥砂。套管外用碎石鋪墊，鋪底時套管澆于混凝土內。

（5）導水：底板及兩幫主要出水點埋設Φ50 mm的軟式透水管，將水導引至吸水井內。

（6）砌喧：每隔27m澆筑混凝土，進行永久支護，一次成型9m。

2.3 壁后注漿

為了提高圍巖的穩定性，加固井壁，堵住水源通道，形成封水帷幕，減少上部涌水對迎頭施工的影響，待斜井整體穿過富水松散地層，并完成永久支護后，進行壁后注漿。

注漿孔布置在鋼支架之間，間排距為1500 mm×1500 mm，注漿管使用D32×3.5 mm無縫鋼管制作，采用YT-28型鑿巖機打眼，孔深950mm、1450mm，保證注漿管孔口外露50 mm，并裝有止閥門，為保證注漿質量，必須對注漿口封閉密室。注漿管布置見圖3。

圖3 注漿管布置

注漿漿液使用水泥-水玻璃雙液漿，采用機械攪拌現場制作。水泥漿量與水玻璃量配比為1:0.4～0.6（體積比），水泥為P O42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃為40 Be′堿性水玻璃。井筒此段靜水壓力為0.5 MPa，注漿終壓應不小于1.5 MPa。

3 施工要點

1）該段斜井斷面掘進寬度7.3 m，掘進高5.85 m（不包括反拱），掘進斷面積達41.61m2，因此不可全斷面開挖，嚴禁空頂作業，保留上部核心土，待數架鋼支架封閉后，上部核心土方可開挖。遇頂板巖層破碎時，可適當在部分超前導管中注漿，起到一定的固結堵水作用。

2）隨時觀察初期支護情況，若發現混凝土開裂、鋼支架錯動等異常情況，應縮短初期支護距離，及時進行永久支護。

3）因涌沙具有很強的流動性，對鋼支架兩側腿部壓力較大，為保證鋼支架的整體性和穩定性，底板澆筑必須緊隨初期支護，同時可利用簡易棧橋，與前方上導坑平行施工，加快工程進度。

4）混凝土施工縫增加P型橡膠止水條，混凝土內添加XPM外加劑，按水泥5%添加。

5）該段完成永久性支護后，一方面巷道內不斷強排水，砂土流失，壁后空隙增大，壓力加大，使得巷道存在開裂、下沉等安全隱患；另一方面隨著下一步繼續-6°坡施工，該段涌水會隨工作面掘進而下移，以后工作面也會因涌水大而難以施工，壁后注漿尤為重要。

6）壁后注漿根據此段含水松散地層分段進行，由上往下逐段進行注漿，每個分段內先由下往上注漿，再由上往下復注一次。

4 效果分析

1）超前管棚支護設計有效地防止開挖過程中冒頂、片幫現象的發生，保障了施工安全，僅2個月便成功穿越80 m富水松散地層，涌水量由施工時70 m3/h下降至成井后的3 m3/h，符合驗收規范標準。

2）相對于在富水松散地層中采用的工作面預注漿及凍結法，超前管棚支護設計節省大量的準備工作時間，加快了工程進度；節約了人工及材料的費用，有效的降低了工程成本。

3）仰拱及時跟進開挖，與初期支護及早封閉成環，有效地控制了圍巖變形，巷道在施工過程中未發現擠壓、垮塌現象。

4）超前管棚支護結構具有足夠可靠性能，可適用于松散地層、破碎斷層以及采空區等不良地質條件下的施工，超前管棚支護技術具有廣闊的應用前景。

5 結語

超前管棚支護、導水及壁后注漿等施工方法的綜合運用，屯蘭北三進風斜井順利通過富水松散地層，保證了施工工期及工程質量，取得了很好的技術、安全及技術效益。