某礦坑內卷揚機硐室加固方案

過曾明，安建英

（中國恩菲工程技術有限公司 礦山事業部 100038）

某礦處于四川盆地與云貴高原的連接地帶，區內地形陡峻，形成階地、懸崖峭壁，因此該礦采用平硐+盲豎井的開拓方式，其卷揚機硐室所處巖層為泥盆系上統宰格組上段白云巖及石炭系下統萬壽山組灰綠、黑色炭質頁巖夾薄層砂巖，其中夾無煙煤層3～5層，一般每層煤厚0.20～2.00米；卷揚機硐室在施工開挖過程中，發現巖層松軟，巖石強度低且穩定性差，開挖后易坍塌，施工鉆孔易塌孔，硐室不易施工和支護；針對上述情況，卷揚機硐室施工時采取了措施——澆筑硐室假頂，在假頂的支撐下業主于2017年10月完成了硐室的開挖和支護。

1 工程現狀

2019年5月業主發現卷揚機硐室東側直墻出現橫向裂縫和混凝土剝離現象，隨時間推移，破損情況加重：橫向裂縫增多變長，混凝土破損脫落面積加大，部分鋼筋外露，另外監測出硐室有較大的沉降位移。硐室破損情況詳見圖1。

圖1 硐室破損情況

2 原因分析

設計院通過現場查看以及與業主的溝通了解，硐室破損原因可能是硐室周邊的深部注漿防水工程施工擾動了硐室已經穩定的圍巖，導致硐室東側直墻外側應力集中，從而造成硐室東側直墻破損變形和沉降。

3 加固前檢查

業主在對卷揚機硐室加固前，應對硐室進行全面仔細的檢查；若發現硐室有破損的新情況，應及時與設計院溝通，有利于設計院及時調整加固方案。

4 硐室的加固方案[1][2][3][9]

坑內卷揚機硐室的尺寸為12m寬x14.3m高x17m長，采用100mm噴錨網+500mm鋼筋砼+拱梁支護，硐室底板支護澆筑150mm素砼，詳見圖2所示。

針對目前硐室嚴重的破損情況，設計院采取了對穿式錨索+壁后注漿+新砌鋼筋砼墻體+鋼筋砼底板的綜合方案來加固硐室，加固方案詳見圖3；加固的原理：1）抵抗集中應力，減輕甚至消除應力對硐室的破壞；2）注漿加固硐室周邊圍巖，使之與硐室形成一個整體來抵抗集中應力；3）加強硐室底板，使之能抵抗更大的應力，不至于出現沉降和變形。

4.1 硐室東側直墻的加固[10]

1、利用硐室假頂施工期間的斜坡道在卷揚機硐室東直墻的外側右上方開挖輔助巷道，其定位尺寸圖4.2所示；輔助巷道斷面尺寸約2.4m寬x2.6m高，輔助巷道支護暫按50mm噴砼設計，噴砼強度為C20；輔助巷道長度為17m。

2、利用輔助巷道施工對穿式預應力長錨索拉緊卷揚機硐室拱部和直墻，以此消除外部應力對硐室的作用；錨索施工位置見圖4.2。

3、墩座1（共6個）與墩座2（共6個）采用C40砼澆筑，而墩座3（共6個）采用C40砼澆筑；三種墩座的具體位置、尺寸、配筋參數以及預埋件詳見圖3和圖4。

4.2 硐室壁后注漿加固[4][5][6][7]

（1）對硐室壁后2m范圍內的圍巖進行注漿加固，考慮到現場打鉆的困難，建議采用自鉆式中空注漿錨桿。

（2）壁后注漿和輔助巷道施工可同步進行。

圖4 墩座

（3）硐室注漿加固時，在東側直墻布設自鉆式中空注漿錨桿規格為GQ-D25,外徑25mm，壁厚5mm，長度3m，網度2mx2m，外露原有墻體500mm；在硐室其余側直墻布設注漿錨桿規格為GQD25,外徑25mm，壁厚5mm，長度2.5m，網度2mx2m；注漿終壓推薦1Mpa～1.5Mpa，施工時應通過現場試驗確定注漿終壓。

4.3 硐室東側新墻體的澆筑

在硐室東直墻內側，再澆筑600mm厚的鋼筋砼墻體，新墻體與原有墻體利用注漿錨桿外露段緊密連接，新墻體的配筋需與拱頂，端墻配筋采用短錨桿牢固連接；新墻體配筋參數與原硐室配筋參數一致。

4.4 硐室底板加固

由于硐室監測點出現沉降位移，建議硐室底板支護由150mm素砼調整為錨桿+300mm雙層鋼筋混凝土，錨桿規格為Φ22x2.5m，間距為1.0mx1.0m，錨桿露頭250mm與底板鋼筋牢固連接；底板配筋參數：主筋和副筋為Φ18，間隔300mm，拉筋Φ8，間隔600mm。

5 施工注意事項[11][12][13]

（1）錨索1規格：4Φ15.24x17.0m，錨索兩端外露錨墊板各500mm，共有6組；錨索2規格：4Φ15.24x20.0m，錨索兩端外露錨墊板各500mm，共有6組；長錨索鋼絞線結構為1x7標準型，鋼絞線公稱直徑15.24mm，鋼絞線的抗拉強度Rm/（Mpa）不小于1860 Mpa。

表1 加固工程量和材料量

（2）錨具型號為M15-4：97mm（直徑）x43mm（厚度），共24組；錨墊板尺寸：300mm x300mmx30mm，中心開孔凈直徑60mm，共24塊；按錨具型號選取工作夾片和螺旋筋：工作夾片需要96組，螺旋筋需要12組，其中僅錨索上部錨具（輔助巷道側）需要螺旋筋。

（3）錨索施工順序：鉆機就位—鉆孔—安裝錨索—澆筑墩座—張拉—錨索注漿—錨頭防護處理—進入使用維護。

（4）施工墩座1與墩座2時，應先將墩座周邊破損的混凝土敲掉后方可澆筑；施工墩座3時，若開挖后巖層較差，應對墩座3下的巖層進行處理或加大墩座3的底座面積，使墩座在錨索拉力作用下不發生沉降。

（5）預應力錨索張拉的先后順序詳見圖2所示；預應力錨索張拉值為100t，錨索的張拉方式建議采用反復式張拉法，將張拉荷載分為4檔，通過逐級和循環施加荷載的方式進行張拉，最終達到設計值；在張拉過程中，應密切關注硐室、墩座和錨索情況；若張拉過程中出現異常情況，應及時停止張拉，并及時與設計院溝通，采取相應措施后方可繼續施工。

（6）錨索采用砂漿全長充填防腐，孔內砂漿須灌注密實，不得有氣泡現象，砂漿強度不低于M30。

（7）對伸出工作錨具外的錨索（卷揚機硐室內）采用新砌600mm的鋼筋砼墻體進行密封；對伸出工作錨具外的錨索（輔助巷道內）采用澆筑二期砼墩座進行密封，澆筑砼強度為C30,墩座具體尺寸由現場確定。

（8）預應力錨索施工、試驗和驗收要執行相關規范的規定。

（9）補強或澆筑新墻體時，應先敲掉原墻體表面剝離的砼，然后墻體表面鑿毛并沖洗干凈，最后再澆筑混凝土，新澆筑砼強度應與原澆筑砼強度一致。

（10）硐室底板施工時需結合卷揚機基礎圖，做好相關的預留和開挖工作。

（11）現場必須嚴格認真按設計施工，加強質量監督。

6 繩道的施工建議

繩道施工時，建議放小炮盡量減少圍巖擾動；用超前管棚預支，保證繩道施工過程中不出現坍塌；建議短掘短砌施工繩道。

7 需要業主做的工作

（1）需要業主施工措施巷道來連通輔助巷道。

（2）建議業主對硐室進行長期監測。

（3）因卷揚機硐室平面還布置了許多其他大型硐室，建議業主在該水平周邊施工時，做好相應的安全措施，減小施工對已有硐室工程的影響。

8 加固工程量和材料量

卷揚機硐室加固的工程量和材料量統計如下表1所示。

卷揚機硐室加固的開鑿量：161m3；材料消耗量：212m3；鋼筋：17t；錨桿：321套；錨索：12組（含錨具、錨墊板等）。

9 總結[8]

對穿式錨索、壁后注漿、鋼筋砼直墻的聯合加固方案能有效控制了硐室圍巖變形，提高了圍巖整體強度和承載能力，減小了壁后圍巖裂隙和損傷的范圍，為硐室主體承載結構提供了相對穩定的圍巖環境。 而錨桿+鋼筋砼底板，起到膠結破碎底板的作用，改善了底板的圍巖條件，增強了底板巖層的整體強度，很好地控制了底板的變形破壞。

目前，卷揚機硐室的加固工作正在實施中，加固效果有待考驗；但該聯合加固方案的實施對在類似條件下坑內硐室的支護或加固有一定指導意義。