大直徑超長管棚支護(hù)技術(shù)在煤礦斜井井筒表土段施工中的應(yīng)用

王龍根 陳 杰 李志剛

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治046000）

1 工程概況

山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司副斜井井筒改造前井筒斷面形狀為三心拱形，料石砌碹，凈寬3.1m，凈高2.7m，凈斷面7.77m?。改造后井筒斷面形狀為半圓拱形，凈寬6.0m，凈高4.4m，凈斷面面積22.5m?。工程量391.5m，其中表土段236.6m，采用鋼筋混凝土澆筑，支護(hù)厚度450mm，基巖段156.9m采用錨噴支護(hù)，支護(hù)厚度 150mm。斜井坡度為-20°15′。

2 管棚設(shè)計方案

2.1 管棚設(shè)計參數(shù)

（1）管棚布設(shè)范圍：巷道拱極線以上180°范圍，共計39根。

（2）管棚布設(shè)方案：鋼管中心間距為300mm，管棚范圍線距離擴刷范圍法線距離為300mm。

（3）管棚材料選擇：管棚采用Φ133mm×6mm無縫熱軋鋼管，套管采用Φ127mm×8mm無縫熱軋鋼管。

（4）連接方法：鋼管采用絲扣套管連接，套管長度為300mm，用Φ127mm×8mm無縫鋼管加工成300mm長外車絲扣。Φ133mm鋼管兩端加工150mm長內(nèi)車絲扣。因管棚打設(shè)距離太長，僅絲扣連接難以承受這么大扭矩。將Φ133mm鋼管縱向割成四塊，每個絲扣接頭焊接兩塊進(jìn)行加固。

（5）鋼管打設(shè)方位：鋼管沿井筒開挖輪廓線縱向按-20°30′的坡度外插設(shè)置。詳見管棚打設(shè)示意圖1。

圖1

（6）設(shè)備選型：采用HG-200型水平定向鉆機，電機功率55KW；BW250型注漿機，電機功率為15KW；Q1393型管螺紋車床，導(dǎo)向定位儀采用國內(nèi)最先進(jìn)的SE-200型有線導(dǎo)向儀，該導(dǎo)向儀分有線數(shù)據(jù)探棒、數(shù)據(jù)連接線、手持式遠(yuǎn)程接收器。定位傾角精度為0.3%，傾角分辯率為0.1%。

2.2 管棚工作室和導(dǎo)向架設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場操作的需要，鉆機鉆孔時要有一個空間比井筒開挖輪廓線大的工作室，即長管棚工作室。它的寬度取決于井筒開挖斷面尺寸、鉆機尺寸及操作時所

需空間的大小，而其長度則主要取決于管節(jié)長度、鉆機及鉆桿接長所需要的最大長度，同時還要滿足對管子進(jìn)行糾偏操作的空間。根據(jù)以上要求，工作室的長取8m，寬取8.7m。

為準(zhǔn)確控制長管棚的方向和坡度，在平整好的工作室場地上，采用32號工字鋼作為水平方向移動的滑道，在滑道平臺上豎立四根6m高的18號工字鋼，每根工字鋼上端掛一個3t的手動葫蘆，在四根工字鋼中間制作操作臺，用手動葫蘆控制操作平臺的高度。見工作室及導(dǎo)向架設(shè)計圖2。

圖2

3 管棚施工方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件采水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法一次打設(shè)到位。

水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法就是將管棚鋼管作為鉆桿，在第一節(jié)管棚鋼管前端安裝帶有導(dǎo)向探棒的楔形板鉆頭。首先采用水平定向鉆機將裝有楔形板鉆頭的管棚鋼管打入土中，然后通過絲扣連接，將其它管棚鋼管與前一節(jié)管棚鋼管連接，依次打入土中，并跟蹤測鉆進(jìn)方向，控制管棚鋪設(shè)軌跡，直到達(dá)到管棚設(shè)計長度終孔，最后進(jìn)行封孔注漿而成管棚。楔形板鉆頭如圖3。

圖3

導(dǎo)向過程如下：

如圖3所示：鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向：導(dǎo)向板朝上即為12點，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機會勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時鉆桿軌跡是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來定，通過儀器測量參數(shù)來糾偏。

4 施工工藝

4.1 管棚工作室施工

管棚施工前，斜井明槽段已開挖完畢。在明槽段標(biāo)定出管棚工作室的范圍，在擴刷過程中，兩幫？及迎臉部分用錨網(wǎng)噴臨時支護(hù)，防止遇水垮塌。將四周表土擴刷至設(shè)計的尺寸。平整好場地先用板材將地板平臺操平找正，同時在管棚工作室旁邊設(shè)置一個泥漿存放池，內(nèi)設(shè)置一臺泥漿泵，打設(shè)管棚所產(chǎn)生的泥漿由泥漿泵經(jīng)管道排到地面指定位置。

4.2 測量放線

鉆機機架安裝前，根據(jù)設(shè)計圖紙測量放出隧道軸線、里程線和管棚中心位置，并做好相應(yīng)標(biāo)志，標(biāo)出孔號。

4.3 鉆機安裝

鋼墊板規(guī)格：長×寬=250mm×250mm；脹管螺栓直徑：Φ16mm；鋼墊板與基礎(chǔ)固定要牢，強度要高；H型鋼軌找平誤差<3mm；底盤對角線找方誤差±3mm；斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；四柱對角誤差±5mm；升降系統(tǒng)：卡瓦等上緊，加強整體性；所有螺母必須擰緊，發(fā)現(xiàn)溢扣者必須換掉；絲杠、頂杠要頂緊、有效，安裝要牢固，確保不因震動而松動或脫落。

4.4 調(diào)整鉆機對孔位

根據(jù)測量放線標(biāo)志出的管棚孔位及施工方案設(shè)計參數(shù)調(diào)整鉆機位置和鉆機角度，對好孔位。孔位誤差控制在50mm以內(nèi)。

4.5 鉆進(jìn)

安裝楔形板鉆頭，控制鉆頭進(jìn)孔角度。導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對鉆機定位情況、方位、傾角情況，孔口管對中情況，沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆；鉆進(jìn)前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)；鉆進(jìn)時，泵壓應(yīng)控制在0.4MPa-0.8MPa，泵量為20-50L/min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)；現(xiàn)場須及時進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細(xì)記錄；鉆進(jìn)過程中機手必須及時做好施工記錄，并對異常情況要詳細(xì)記錄。

4.6 回次加尺

每根管在下坑前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、贓物及銹皮等必須清除干凈。下坑時避免與硬物相碰，以免損傷管扣；連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機吹烤貼牢；回次加時必須準(zhǔn)確丈量鋼管長度，連接管棚鋼管時應(yīng)將絲扣擰到位，并做好記錄。

4.7 其它工藝

管棚打設(shè)到位后，采用10mm厚鋼板進(jìn)行封孔，并在封孔板上安裝注漿閥門。每根管棚打設(shè)完成后要及時對管內(nèi)和管外壁進(jìn)行注漿，防止地表沉降。注漿采用BW250注漿泵將1：1水泥漿液注入孔內(nèi)，注漿壓力達(dá)到1.0MPa-1.5MPa穩(wěn)定20分鐘后停止注漿。注漿三小時后根據(jù)實際注漿情況確定是否需要再次補注漿。

結(jié)語

經(jīng)坊煤礦副斜井表土段施工采用大直徑管棚超前支護(hù)的方法取得良好的效果，順利通過2.9m長流砂層和兩處充填段。生產(chǎn)調(diào)度樓靠近井筒一側(cè)平均下沉18mm，職工宿舍路靠近井筒一側(cè)平均下沉6mm。達(dá)到了設(shè)計院給出的樓體沉降范圍。

實踐證明，采用大直徑管棚及注漿超前支護(hù)的方法，在處理斜井表土段復(fù)雜地質(zhì)條件下施工是有效的，對于煤礦斜井表土段施工安全具有足夠的可靠性和適用性。

[1]高懷鵬,毛海東.長管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應(yīng)用 [J].公路，2005.

[2]黎愛清、呂秀華.長管棚施工工法[J].西部探礦工程，2003.

[3]朱漢華,孫紅月,楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[J].科學(xué)出版社.