風化破碎巖體平硐掘進與支護施工

石恩國,閆永平

(兗州中材建設(shè)有限公司,濟南 250100)

在平硐巷道開挖施工中，如何解決軟巖和圍巖的風化破碎問題，一直是困擾礦山工程施工人員的老大難課題。國內(nèi)專家學(xué)者對于軟巖和風化破碎巷道支護展開了大量的研究，何滿潮[1]深入分析某中生代復(fù)合型軟巖巷道圍巖的“分子膨脹+巖體結(jié)構(gòu)面錯動+開挖擾動”的復(fù)合破壞機制，提出以恒阻大變形錨網(wǎng)索藕合支護為核心的主動支護技術(shù)體系。針對礦山開采地質(zhì)條件、地應(yīng)力特征，國內(nèi)外研究對于軟巖或破碎巖體分別提出了采用高強度錨桿、強力錨索、注漿加固圍巖的高阻讓壓和高強度支護技術(shù)；以內(nèi)注漿錨桿為核心的錨桿+錨索+錨注“三錨”聯(lián)合支護體系及密集高強錨桿承壓拱、厚層鋼筋網(wǎng)噴層拱和滯后注漿加固拱于一體的錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)；“錨桿、金屬網(wǎng)、噴漿、錨索、注漿和底板錨索”的巷道綜合支護技術(shù)；采用方形鋼管約束混凝土拱架支護技術(shù)；以“噴射混凝土+壁后注漿+錨桿+錨索”為核心的雙拱協(xié)同軟巖巷道全斷面加固返修方案，復(fù)破碎軟巖巷道分區(qū)分級支護技術(shù)[2-7]。破碎易風化巷道的支護和圍巖控制是地下礦開采領(lǐng)域的重點研究方向之一，國內(nèi)外學(xué)者已在這方面開展了一系列的研究，并取得了眾多研究成果。

1 工程背景

吉林天池鉬業(yè)有限公司小城季德鉬礦25 000 t/d項目地下運礦平硐工程，位于吉林省舒蘭市，距離舒蘭市區(qū)約20 km，平硐總長度1 039 m，主要工程有地下運礦平硐掘進、襯砌及排水系統(tǒng)。該區(qū)屬低山丘陵區(qū)，屬張廣才嶺南段。一般海拔300～650 m，區(qū)內(nèi)最高峰海拔656 m，最低侵蝕基準面300 m，高差350 m。山上以天然闊葉林為主，人工針葉林較少，下部多以灌木為主，植被發(fā)育。

區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，屬細鱗河流域，細鱗河從礦床南西側(cè)通過，北側(cè)屬呼蘭河支流源頭，為常年期河流。河流上源坡度大，切割深度一般大于300 m，水流湍急，河谷較開闊。山間沼澤發(fā)育。

該區(qū)地處北寒溫帶，大陸型季風氣候，四季分明。結(jié)凍期為11月至翌年3月末，長達150 d。結(jié)凍深度1.5～2.0 m。無霜期130 d。年平均氣溫3.9 ℃。年平均降水量705.3 mm，7～8月份為降水集中期。1980～2001年間年平均降雨數(shù)42.6 d，年均蒸發(fā)量1 039.6 mm。區(qū)內(nèi)未見有泥石流及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

隧道地處山區(qū)之間，沒有可利用的道路，全線貫通便道將為工程發(fā)料及地方材料運輸擔負主要的運輸任務(wù)，便道的修建按照既滿足施工需要，又節(jié)省投資的原則，在原有礦用道路段，修建7 m寬的便道至隧道洞口。進口臨時道路挖方量約5 685 m3，出口臨時道路填方量約1 415.7 m3。

2 施工設(shè)計

2.1 施工原則

依據(jù)設(shè)計院的開采規(guī)劃基建設(shè)計方案及與吉林天池鉬業(yè)有限公司簽署的作業(yè)合同，結(jié)合該礦山所處的工程地質(zhì)特點和礦床資源的賦存情況，部署施工組織機構(gòu)和優(yōu)選先進可行的施工方案，從組織機構(gòu)、施工方案、機械設(shè)備配備、工程材料供應(yīng)等方面確保工程質(zhì)量和施工安全,依據(jù)現(xiàn)場施工條件及環(huán)境，可由業(yè)主、設(shè)計院、監(jiān)理單位及施工方共同修改，制定科學(xué)合理的施工組織方案，確保施工組織安全、環(huán)保、經(jīng)濟、高效。

確保施工按期完成的原則。優(yōu)化資源配置，滿足施工工期的要求，科學(xué)組織施工，合理安排施工進度，搞好工序銜接，實行平行作業(yè)、流水作業(yè)相配合，交叉組織施工，確保工期，均衡生產(chǎn)。

積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，提倡施工機械化、工廠化、整體化、標準化。

保證工程質(zhì)量，確保施工安全，重視環(huán)境保護，做到文明施工。

2.2 明硐及硐口加強段施工

2.2.1 硐口明槽施工

硐口處于強風化巖層中，無法通過鑿眼爆破方式形成隧道斷面，采用明槽挖掘。明槽挖掘前，在明槽范圍15 m外挖掘截水溝，防止地表匯水灌入隧道。

明槽采用挖掘機分層分段挖掘，掘進工作面正上方仰坡坡比為1∶1，左右兩幫的坡比根據(jù)表土層厚度及基巖風化程度適當選取邊坡比為：3級邊坡坡率1∶1。挖掘至掘進掌子面的巖石結(jié)構(gòu)滿足采用鑿巖爆破方式的掘進施工條件時，停止明槽挖掘。根據(jù)邊坡穩(wěn)定情況,業(yè)主、設(shè)計院、監(jiān)理單位及施工方共同確認邊坡不采取噴漿支護。在開挖明槽過程中，碰到以下兩種困難。

1)由于明槽部位是淤泥與泥沙的混合體，在開挖運輸過程中出現(xiàn)運輸車輛無法行走的情況；我們采取的措施是：先換填路基處，在換填挖掘機工作平臺。使挖掘機與運輸車輛都能正常工作，直至清理完淤泥和泥沙。

2)開槽過程中，地表水、裂隙水及地下水是施工過程中需要解決的問題。采用集中地下水源，用潛泵集中外排的方式。

2.2.2 明硐鋼筋混凝土施工

明槽挖掘施工完成后，進行掘進工作面的超前預(yù)支護和明硐鋼筋混凝土澆筑施工。超前預(yù)支護采用超前錨桿和鋼拱架結(jié)合的方式，在掌子面拱部位置鉆進51根超前錨桿(φ38 mm)長5 m，間距160 mm，安裝鋼拱架頂住超前錨桿后，進行明硐鋼筋混凝土澆筑施工。

2.3 平硐掘進施工

明硐施工完成后，開始硐口加強段掘進施工。因該段隧道處于強風化巖層中，按照設(shè)計圖紙要求的支護方式，采用短掘短砌及鋼拱架、超前錨桿預(yù)支護的方式施工，鋼拱架間距(20#工字鋼)1 m，超前錨桿(φ38 mm)長5 m間距160 mm，排距2 m。洞內(nèi)支護采用鋼筋混凝土支護，綁扎單層鋼筋網(wǎng)，鋼筋型號φ16 mm螺紋鋼，混凝土澆筑厚度300 mm，鋼筋保護層不小于50 mm。

2.4 平硐掘進施工遇到的問題及研究措施

2.4.1 風化特別嚴重(Ⅵ級圍巖)的區(qū)域如何處置的問題

1)這種圍巖最好的處置方式就是用設(shè)備挖掘或破碎，將巖體取出。

2)采用爆破方法，周邊孔采用間隔炮孔裝藥或單孔不耦合裝藥，爆破后，頂板圍巖受沖擊波及爆破振動影響會塌落，形成冒頂；如果周邊孔不裝藥，做了5次試驗，3次冒頂，2次頂板較完整，故在加快掘進的過程中，采用了周邊頂孔加密且不裝藥的方法，取得了不錯的效果。

2.4.2 風化較嚴重(以Ⅴ級圍巖為主)的區(qū)域如何處置的問題

結(jié)合Ⅵ級圍巖的掘進方法，Ⅴ級圍巖采用的是周邊孔不耦合裝藥或隔孔裝藥的方法，且依照為如(圖1)1→2→3→4→5的起爆順序，實際用段位區(qū)分即可。

風化程度較輕(Ⅳ級圍巖及以上)采用周邊孔不耦合裝藥的光面爆破即可。

通過試驗完全掌握了施工工藝，在調(diào)整好立拱、掛網(wǎng)、填充、澆筑等支護措施后，得以順利進行往復(fù)循環(huán)。

3 結(jié) 語

礦山工程始終面臨地質(zhì)體復(fù)雜多變的問題，同時不同工程地點氣候條件、施工作業(yè)條件、設(shè)備裝備水平各異，針對特定的施工條件，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的施工方案是對施工管理者知識與能力的考驗。