一種新型整體道床施工技術在梅山鐵礦的應用

許志逞

(南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司)

梅山鐵礦井下-420 m水平有2個卸礦線承擔著鐵礦石的轉運工作，在長期處于重車碾壓狀態下，出現了一系列問題：①-420 m水平2個卸礦線進口區域的道床采用原始鋪軌方式，即使用道砟鋪底，上部安裝鋼筋混凝土軌枕為基礎的鋼軌，形成原始道床，但該型式的道床基礎不實，整體強度較差，無法經受常年累月的重車碾壓；②由于原始道床整體強度較差，受重車碾壓后極易出現道床整體下沉現象；③軌道下沉后，導致25 t電機車車頭隨之下沉，并使得卸礦線進口的水平托輪和豎向支撐輪之間的高差加大，電機車車頭和水平托輪和豎向支撐輪發生硬性接觸、碰撞，致使重車進入卸礦線不順暢，出現重車掉道、卡卸礦線等問題；④由于電機車車頭與卸礦線進口的水平托輪和豎向支撐輪長時間處于硬接觸狀態，導致電機車車頭、水平托輪和豎向支撐輪磨損嚴重，故障率偏高，維修頻繁，維修成本居高不下。本研究針對上述問題，對該礦-420 m水平2個卸礦線進口的道床爆破開挖施工方法進行優化，提出一種新型整體道床施工技術，并進行工程應用。

1 卸礦線進口整體道床施工技術

為確保-420 m水平卸礦線進口區域道床的整體施工強度，通過在卸礦線進口區域施工整體道床，爆破拆除原有的破損道床，重新施工加固錨桿，敷設多層鋼筋網，安裝預埋螺桿，安裝鋼板作為道床，整體澆筑高強度灌漿料形成鋼筋混凝土基礎。

1.1 爆破摳除原始道床基礎

1.1.1 松動爆破工藝原理

松動爆破工藝優點為：①一次爆破的巖石、土石方量非常大，工期較短，工程施工進度較快，鑿巖爆破效率非常高；②打眼過程中無需大型鑿巖設備，打眼施工簡單便捷；③整個施工過程不受地質、地形、氣候、交通等條件制約，施工方便[1-4]。松動爆破工藝的適用條件為：①爆破區域遠離民房、隧道等建(構)筑物，周圍環境允許，并且山高陡峭，大型、重型設備上山施工比較困難[5-6]，山頂比較狹窄，使用大、重型設備不具備條件，露天礦山建設初期，大、重型設備未全部配備到位，為滿足基建工期要求，可優先采用松動爆破工藝；②工期要求較緊，爆破的巖石、土方量非常大時，爆區周圍環境和地形條件非常適合于露天礦剝離爆破、路塹和道路基礎開挖、定向爆破處理筑壩、移山填海(溝)、引水渠開挖、圍堰拆除、井下采空區充填及殘留礦柱回采回收、堰塞爆破疏通、地面場地平整、石料開采等各類工程，均可以使用松動爆破工藝[7]。梅山鐵礦-420 m水平卸礦線進口區域道床底部堆積的渣石以混凝土、道砟及巖石為主，渣石的總體強度小于礦體內的礦石、巖石，故而可以采用小直徑炮孔，應用松動爆破工藝進行處理[8-9]。

1.1.2 松動爆破方案設計

根據卸礦線進口區域風水管線、控制電器、電纜等的布置情況、爆破保護難易程度及控制爆破后飛石的方向，選擇風、水管一側為本研究爆破方向。

卸礦線基礎控制爆破要求完成軌道基礎的成型尺寸，方便人工出渣，并且要求破壞范圍盡可能小。因此，本研究將裝藥炮孔布置于卸礦線進口軌道基礎范圍輪廓線和中心線內部(圖1)。

圖1 卸礦線基礎爆破開挖炮孔布置示意(單位：mm)

根據圖1炮孔布置方式，具體爆破參數取值如表1所示。

表1 爆破參數取值

本研究采用半秒非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表2，雷管共計14發，非電傳爆管長度為500 m。

1.2 整體道床設計與施工

首先采用松動爆破工藝開挖1個一定尺寸的基坑，在基坑內打注生根錨桿，并利用生根錨桿敷設鋼筋網，預埋高強鋼螺桿，調整到水平標高；然后安裝預埋鋼板，分2次使用高強度灌漿料澆灌鋼筋混凝土基礎，形成帶預埋鋼板的鋼筋混凝土基礎道床；最后在道床上敷設鋼軌，形成極高強度的帶鋼板的鋼筋混凝土道床和軌道。

1.2.1 基坑開挖

對整體道床基礎進行松動爆破處理后，實現了對基礎渣石的爆破松動，利用風鎬對基坑根部的渣石進行二次摳除和松動，確保基坑開挖至基巖，人工將基礎渣石清理干凈，最終形成1個長8.0 m、寬1.8 m、深度1.0 m的基坑。

1.2.2 生根錨桿施工

為確保整體道床基礎的整體強度，在開挖后的基坑范圍內，施工生根錨桿(圖2)作為軌道基礎和基巖的連接加固體，錨桿由φ18 mm螺紋鋼制成，長2.0 m，滿注漿深度為1.0 m，外露長度為1.0 m，錨桿網度為0.8 m×0.8 m，打注后的螺紋鋼錨桿養護時間不少于1 d。

圖2 基坑內生根錨桿施工現場

1.2.3 鋼筋網施工

為確保整體道床基礎堅固，在開挖后的基坑范圍內，利用施工后的生根錨桿作為基礎扎鋼筋網，鋼筋網材質為φ18 mm螺紋鋼，網度為200 mm×200 mm，層間距為200 mm，橫向和豎向搭接的螺紋鋼之間應焊接牢固，敷設的鋼筋網與基坑內的生根錨桿應焊接成一個整體，以保證形成一個完整穩定的鋼筋網框架基礎(圖3)。

圖3 基坑內鋼筋網施工現場

1.2.4 預埋螺栓安裝

首先將基坑平均分為4個區域，區域尺寸為長2.0 m、寬1.8 m、深1.0 m，每個區域內布置4根高強鋼螺桿，共布置16根預埋螺桿，每個區域內的預埋螺桿布置方式見圖4。在扎鋼筋的同時，將預埋螺栓與鋼筋網焊接為一體，螺栓材質為M36×500 mm 高強度鋼(螺紋段長250 mm)，現場預埋螺栓如圖4、圖5所示。

1.2.5 澆筑灌漿料加固預埋螺栓

本研究采用高強度灌漿料對基坑內澆筑1層長2.0 m、寬1.8 m、厚0.5 m的混凝土基礎，使之形成一個完整的鋼筋混凝土結構基礎，澆筑過程中確保預埋螺栓有130 mm的長度被混凝土固定，以保證預埋螺栓的整體強度。

圖4 螺栓預埋示意(單位：mm)

圖5 螺栓預埋現場

1.2.6 安裝預埋鋼板

采用全站儀對卸礦線進口處的基礎軌道和卸礦線基坑后側軌道的軌面標高進行現場標定，順次完成16根預埋螺桿上底部固定螺母位置調整和標定工作，標定到位后將底部螺母和螺桿焊接成一個整體，使用2 t手拉葫蘆順次將4塊鋼板(長2 m、寬1.7 m、厚0.032 m)安裝于預埋的螺桿上，同時使用螺母將鋼板進行固定(圖6)。

圖6 預埋鋼板現場安裝情況

1.2.7 澆筑灌漿料形成整體道床

采用高強度灌漿料對基坑內進行二次澆灌，完成剩余基坑的澆灌工作，以灌漿料和兩側的原有基礎平齊，且完全與預埋的鋼板上表面平齊為標準，使之形成一個完整的鋼筋混凝土結構，確保預埋螺栓、鋼筋網和鋼板通過混凝土進行膠結固定，最終形成抗壓強度超過100 MPa的鋼筋混凝土整體道床(圖7)。

1.2.8 在整體道床上安裝軌道

待鋼筋混凝土整體道床養護3 d后，恢復整體道床上的鋼軌，復測卸礦線進口、整體道床區域和道床后側3個區域的軌道上表面標高，確保3個區域的軌面標高保持一致，保證運礦大車順利通行。

圖7 鋼筋混凝土整體道床施工現場

2 施工效果

在施工之前，技術員應做好對操作工的技術培訓工作和施工方案交底工作；施工階段技術人員應進行現場全流程跟班指導，確保炮孔施工、炸藥裝填、起爆作業、渣石清理、錨桿打注、鋼板和軌面標高調節、預埋螺桿和鋼板安裝、高強度灌漿料澆筑等施工過程安全高效進行，保證整個工程的施工進度和質量達到設計要求[11]。本研究采用的帶預埋鋼板的鋼筋混凝土整體道床施工技術有效解決了-420 m 水平卸礦線進口道床下沉的難題，有效提高了基礎開挖效率。

3 結 論

(1)通過在地下礦山卸礦線基礎開挖清理中引入松動爆破工藝，可有效提高基礎開挖效率。

(2)準確進行分段起爆可有效確保炸藥能量被充分利用。

(3)帶預埋鋼板的鋼筋混凝土道床施工技術解決了由于基礎下沉導致的電機車車頭碰撞水平托輪和豎向支撐輪、重車掉道、卡卸礦線等難題，保證了卸礦線的安全使用，提高了鐵礦石的生產效率。