礦建工程中特殊硐室的軟巖支護(hù)技術(shù)分析

王康平

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，資源需求越來越多，礦產(chǎn)企業(yè)大量涌現(xiàn)，礦建工程數(shù)量顯著增加。礦建工程存在部分特殊硐室，其具有相對(duì)特殊的功能，在礦建工程中發(fā)揮著極其重要的作用，因此其支護(hù)工作至關(guān)重要。本文重點(diǎn)研究了礦建工程中特殊硐室的軟巖支護(hù)技術(shù)，其間分析了我國(guó)礦建工程中特殊硐室軟巖支護(hù)現(xiàn)狀和存在的問題，然后探究了特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)支護(hù)方式，最后舉例進(jìn)行分析，以期為礦建工程施工單位、設(shè)計(jì)單位、開采單位提供理論支持。

關(guān)鍵詞：礦建工程;特殊硐室;軟巖支護(hù)

Absrtact： With the rapid development of China's economy， the demand for resources is increasing， mineral enterprises have emerged in large numbers， and the number of mining construction projects has increased significantly. There are some special chambers in mining construction projects， which have relatively special functions and play an extremely important role in mining construction projects， therefore， their support work is very important. This paper focused on the soft rock support technology of special chambers in mine construction projects， during this period， first analyzed the status quo and problems of special chamber soft rock support in mine construction projects in China， and then explored the special chamber soft rock structure support method， finally gave an example for analysis in order to provide theoretical support for the construction unit， design unit and mining unit of the mine construction project.

Keywords： mine construction engineering;special chamber;soft rock support

在礦建工程的施工過程中，部分特殊硐室處于軟巖環(huán)境，通常具有特殊功能，一旦修建完成，大多數(shù)無法進(jìn)行反復(fù)維修，建設(shè)之初就必須保障其質(zhì)量。在對(duì)特殊硐室進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的過程中，人們必須深入分析硐室所處軟巖環(huán)境的結(jié)構(gòu)可塑性、膨脹性等，采取合理的支護(hù)技術(shù)，制定科學(xué)的支護(hù)方案，確保支護(hù)施工達(dá)到預(yù)期效果，使軟巖環(huán)境的結(jié)構(gòu)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，特殊硐室安全穩(wěn)定。

1 我國(guó)礦建工程中特殊硐室軟巖支護(hù)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多先進(jìn)的礦產(chǎn)開采技術(shù)得到廣泛的運(yùn)用，極大地提高了礦產(chǎn)企業(yè)開采的安全性和穩(wěn)定性。目前，在我國(guó)礦建工程中，特殊硐室軟巖支護(hù)技術(shù)仍有較大的提升空間，傳統(tǒng)的軟巖結(jié)構(gòu)硐室支護(hù)技術(shù)已經(jīng)無法滿足實(shí)際施工需求，以至于安全事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響礦產(chǎn)企業(yè)的開采效率和施工人員的人身安全。

傳統(tǒng)的軟巖結(jié)構(gòu)硐室支護(hù)方案主要存在以下問題。首先，施工單位和設(shè)計(jì)單位缺少對(duì)軟巖結(jié)構(gòu)的明確認(rèn)知。軟巖結(jié)構(gòu)的巷道變形強(qiáng)度較大，受地壓力較高，支護(hù)難度較大。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，使用單一的支護(hù)方式并不能夠有效地壓制復(fù)合型軟巖結(jié)構(gòu)變形力學(xué)機(jī)制，迫切需要進(jìn)行優(yōu)化。其次，大部分礦建工程所處的軟巖結(jié)構(gòu)都是高應(yīng)力膨脹性軟巖結(jié)構(gòu)，其具有較強(qiáng)的蠕動(dòng)變形性。其中的硐室泵房排水系統(tǒng)大都采用上下交錯(cuò)的形式來進(jìn)行排列，非常容易受到外界因素的影響，導(dǎo)致支護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生脫落，最終導(dǎo)致自承圈的損壞。最后，斷層面的篩選水平有待提高[1]。

2 我國(guó)礦建工程中特殊硐室軟巖支護(hù)存在的問題

2.1 特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)缺少分析

軟巖結(jié)構(gòu)的地壓大，容易變形且幅度較大，支護(hù)施工難度較高，使用單一支護(hù)方案已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求，很難達(dá)到預(yù)期效果。在設(shè)計(jì)特殊硐室的支護(hù)方案時(shí)，人們需要明確重點(diǎn)，采用綜合性的設(shè)計(jì)方案。傳統(tǒng)的硐室支護(hù)以錨噴支護(hù)為主，其長(zhǎng)度大部分低于500 m，而且要低于桿體的長(zhǎng)度，倘若受到外部環(huán)境的強(qiáng)烈影響，很難保持正常狀態(tài)[2]。

2.2 硐室圍巖結(jié)構(gòu)缺乏約束

在高應(yīng)力的膨脹型軟巖中開展硐室施工時(shí)，硐室中泵房的排水系統(tǒng)巷道通常需要按照上下交錯(cuò)布置的標(biāo)準(zhǔn)來施工，但是施工受外部爆破震動(dòng)的影響非常大，其中相對(duì)薄弱的位置甚至?xí)l(fā)生變形，其抵抗效果也會(huì)大幅度下降，繼而出現(xiàn)松脫、蠕變等情況，逐漸形成破碎區(qū)，嚴(yán)重影響錨固圍巖自承圈的穩(wěn)定性[3]。

2.3 硐室斷面的選擇不合理

目前，我國(guó)多數(shù)礦建工程的泵房與變電所的斷面形態(tài)都是半月拱形，在對(duì)支護(hù)底板進(jìn)行混凝土澆筑的過程中，其支護(hù)強(qiáng)度大都無法應(yīng)對(duì)膨脹型軟巖釋放的高應(yīng)力強(qiáng)度，進(jìn)而讓支護(hù)兩側(cè)的圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的蠕動(dòng)變形。另外，在礦建工程中，一些特殊硐室直墻壁段的高度較大，無法有效地對(duì)抗或承受側(cè)壓力，會(huì)發(fā)生支護(hù)體脫落，倘若施工單位未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，就有可能引發(fā)更為嚴(yán)重的失穩(wěn)破壞[4]。

3 礦建工程中特殊硐室的軟巖支護(hù)技術(shù)分析

3.1 臨時(shí)性支護(hù)

在礦建工程中，特殊硐室施工通常會(huì)選用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)來進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。首先需要確定安置錨桿孔，然后使用風(fēng)鉆將錨桿嵌入孔中，錨桿布置以矩形為主，與軟巖面不保留縫隙，以此增強(qiáng)支護(hù)的支撐力。一般來說，在井筒和管子道中，大多采用錨桿和不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。需要注意的是，施工時(shí)需要根據(jù)硐室的實(shí)際情況來選擇搭接方式和網(wǎng)格規(guī)格，確保支護(hù)均勻布置，發(fā)揮臨時(shí)支護(hù)的最佳效果[5]。

3.2 永久性支護(hù)

礦建工程特殊硐室井筒部分普遍使用混凝土支護(hù)方式，其屬于永久性支護(hù)。在支護(hù)作業(yè)中，施工單位必須保障工程施工的整體質(zhì)量，科學(xué)地選擇混凝土材料，防止受到外部環(huán)境因素的影響，提高混凝土澆筑質(zhì)量，確保支護(hù)質(zhì)量符合國(guó)家相關(guān)保準(zhǔn)。在礦建工程特殊硐室的關(guān)鍵區(qū)域（如巷道）施工時(shí)，通常采用二次支護(hù)，因此人們需要科學(xué)選擇變形力學(xué)類型，將施工中的復(fù)合型結(jié)構(gòu)軟巖轉(zhuǎn)變成部分結(jié)構(gòu)單一型軟巖，此外還需要重視混凝土底板支護(hù)工作[6]。

3.3 二次強(qiáng)化組合支護(hù)

一般情況下，只有一些失修巷道和硐室關(guān)鍵區(qū)域才會(huì)用到二次支護(hù)技術(shù)。其主要支護(hù)流程為：一是對(duì)軟巖結(jié)構(gòu)的復(fù)合變形力學(xué)進(jìn)行深入研究，確定其機(jī)制;二是使用科學(xué)方案來有效改變軟巖的復(fù)合變形機(jī)制，讓其變形機(jī)制由復(fù)合型變?yōu)閱我恍?三是科學(xué)完善二次支護(hù)方案。在礦建工程特殊硐室施工中，當(dāng)硐室位于軟巖結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)，人們需要調(diào)整和優(yōu)化其具體支護(hù)方案。

3.3.1 二次支護(hù)施工時(shí)機(jī)。一線施工人員需要對(duì)特殊硐室有明確的認(rèn)知，確保在施工過程中將圍巖的變形應(yīng)力充分釋放，使初次支護(hù)發(fā)揮最佳效果。當(dāng)軟巖結(jié)構(gòu)的放壓曲線與初次支護(hù)的放壓曲線交匯時(shí)，初次支護(hù)方案的主體已經(jīng)達(dá)到最佳狀態(tài)。在實(shí)際施工中，人們需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，科學(xué)地判斷二次支護(hù)的時(shí)機(jī)，即錨噴支護(hù)的巷道開始出現(xiàn)鱗狀剝落，同時(shí)逐漸開始出現(xiàn)片狀剝落。另外，二次支護(hù)時(shí)要選擇強(qiáng)力組合支護(hù)，科學(xué)控制應(yīng)力釋放和軟巖膨脹，利用二次支護(hù)的強(qiáng)力組合來對(duì)硐室圍巖結(jié)構(gòu)和支護(hù)主體進(jìn)行強(qiáng)化，提高其安全性、穩(wěn)定性[7]。

3.3.2 特殊需求分析。確定后壁式和圓筒式的具體支護(hù)方案后，人們需要分析特殊硐室的特殊需求。首先，最佳錨固方案應(yīng)以高強(qiáng)度的半程錨固錨桿或全程錨固錨桿為主，有效提高自承圈的厚度;其次，對(duì)硐室的錨索進(jìn)行加固時(shí)，要適當(dāng)加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度，使其深入穩(wěn)定巖層的內(nèi)部。錨索錨固能夠有效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的價(jià)值，極大地加大自承圈的厚度，改善硐室圍巖結(jié)構(gòu)，使其能夠達(dá)到后壁支護(hù)的需求。再次，如果采用澆筑鋼筋混凝土的方式來加固支護(hù)結(jié)構(gòu)，人們需要做好支護(hù)兩側(cè)墻壁的控制處理，避免圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，對(duì)圓筒式支護(hù)方案進(jìn)行強(qiáng)化，提高支護(hù)效果。最后，使用增加錨索的方法，對(duì)硐室工作面底板進(jìn)行處理，創(chuàng)造框架橋式結(jié)構(gòu)，以此來解決硐室工作面底部相對(duì)薄弱的問題，并為后續(xù)強(qiáng)支護(hù)方案實(shí)施奠定基礎(chǔ)[8]。

4 礦建工程中特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)實(shí)例分析

某處礦建工程二水平泵房共設(shè)有12臺(tái)3型水泵裝置，目前已經(jīng)建成運(yùn)行3年，現(xiàn)需要對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行翻修、加固。其內(nèi)部變電所硐室長(zhǎng)為350 cm，寬為600 cm，高為390 cm;泵房硐室的長(zhǎng)為4 100 cm，寬為700 cm，高為550 cm。建設(shè)初期，硐室都采用錨桿、錨網(wǎng)、錨噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是C20。其中，硐室底部鼓脹情況比較嚴(yán)重，并且存在高應(yīng)力膨脹型軟巖底板來壓，變電所的硐室斷面呈馬蹄形，泵房的硐室斷面是半圓拱直墻底板橋式框架斷面。

在選擇二次支護(hù)方案時(shí)，人們需要分析軟巖支護(hù)理論，采用合理的強(qiáng)力組合支護(hù)方案，對(duì)硐室薄弱部分進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)處理。其中，除了底板以外，其他斷面都要增加高強(qiáng)度錨索錨桿，并圍繞硐室輪廓鋪設(shè)雙層鋼筋，對(duì)硐室圍巖軟弱部分進(jìn)行強(qiáng)化加固處理。需要注意的是，在二次支護(hù)施工的過程中，混凝土的澆筑厚度要保持在50 cm左右。另外，硐室工作面底板需要使用橋式框架鋼筋混凝土梁進(jìn)行支護(hù)處理。

通過此次二次支護(hù)施工可知，硐室支護(hù)中的薄弱部分可以使用各種支護(hù)處理方式，有效強(qiáng)化硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其支護(hù)效果。通過對(duì)該礦建工程進(jìn)行調(diào)查分析可知，當(dāng)硐室圍巖（已進(jìn)行初期支護(hù)）的變形速率保持在1.7～6.4 mm/d時(shí)，底板變形速率的最大值為22.5 mm/d。二次支護(hù)完成后，該礦建工程的硐室圍巖變形速率和底板變形速率保持為零，證明了二次支護(hù)具有極高的可靠性。

5 結(jié)論

軟巖結(jié)構(gòu)硐室屬于礦建工程的薄弱部分，尤其是一些具有特殊功效的硐室，如機(jī)電硐室等，其對(duì)硐室圍巖的膨脹型軟巖性質(zhì)、力學(xué)參數(shù)等有著極高的要求。人們要以初次支護(hù)為基礎(chǔ)，開展二次強(qiáng)化支護(hù)，有效改善硐室圍巖中相對(duì)松散的巖體部分，提高硐室支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)效果，保證硐室支護(hù)的安全性和穩(wěn)定性。

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