大斷面硐室支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工關(guān)鍵工藝研究

劉錫同

（山東興楊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 肥城271608）

1 工程概況

3100 采區(qū)絞車房位于-595m 水平，設(shè)計(jì)荒寬8.7m，荒高5.75m，斷面形狀為直墻半圓拱，設(shè)計(jì)凈寬8.2m，凈高5.5m，頂?shù)装寰鶠榧?xì)砂巖，穩(wěn)定程度中等。

2 優(yōu)化支護(hù)方案

2.1 根據(jù)錨桿支護(hù)的懸吊理論，采用錨桿、金屬網(wǎng)可提高圍巖強(qiáng)度和整體性，但是在大斷面硐室施工中，巷道圍巖壓力大， 所使用的錨桿長度不能錨入深部穩(wěn)定巖層中， 不能有效的控制大斷面硐室巷道變形，因此在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上利用錨索增加錨固深度，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。

2.2 根據(jù)錨桿的擠壓加固拱理論，增加巖石節(jié)理裂隙面間的摩擦阻力，防止巖塊的轉(zhuǎn)動和滑移，提高破碎巖體的強(qiáng)度，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，使巖石處于三向受力狀態(tài)，提高巖體的強(qiáng)度。

2.3 根據(jù)組合拱理論，巷道開挖后，及時(shí)噴射混凝土，防止風(fēng)化， 使噴體與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度抵抗圍巖的局部破壞，防止圍巖的滑移，同時(shí)錨桿、錨索將數(shù)層巖層組合成組合梁，提高了巖層的整體抗彎能力，保持了圍巖的穩(wěn)定性。

2.4 二次支護(hù)的理論是從加固圍巖出發(fā)，充分調(diào)動圍巖自身的支撐能力，而達(dá)到穩(wěn)定支護(hù)的目的，通過二次支護(hù)實(shí)現(xiàn)了硐室支護(hù)特性的轉(zhuǎn)變， 極大地提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，從而提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 利用在一次支護(hù)及時(shí)控制圍巖的基礎(chǔ)上，二次支護(hù)加固增強(qiáng)硐室的抗壓強(qiáng)度，提高了硐室施工經(jīng)濟(jì)效益。 應(yīng)用二次加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)加固硐室圍巖，能及時(shí)地改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，防止圍巖松動的擴(kuò)散，提高了巖體的整體強(qiáng)度，保證施工安全可靠性，從而確保施工質(zhì)量。

2.5 原巖體在地殼各種力的作用下處于三向受平衡狀態(tài),當(dāng)開掘巷道時(shí)破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài), 引起巖體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布,重新分布后的應(yīng)力超過巖體的極限強(qiáng)度時(shí),使開掘后的巷道產(chǎn)生變形和破壞,并向已掘巷道移動,直到再次形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)。 巖體受力后產(chǎn)生變形和破壞的過程分為四個(gè)階段,從壓密階段—彈性階段—塑性階段—破壞階段;進(jìn)行巷道支護(hù)的基本目的就是緩解圍巖的移動和破壞, 使巷道斷面不至于過度縮小,并防止已破壞圍巖的冒落。因此要充分發(fā)揮主動支護(hù)的作用和圍巖的自承能力，從而達(dá)到支護(hù)要求。

2.6 對深部開掘的巷道分先后兩次支護(hù)：一次支護(hù)采用及時(shí)的“讓壓支護(hù)”,限制和減少圍巖變形,在圍巖已產(chǎn)生一定的變形和能量得到一定的釋放后和一次支護(hù)不留空隙, 再進(jìn)行二次強(qiáng)化支護(hù),進(jìn)一步促進(jìn)圍巖的穩(wěn)定和安全性,達(dá)到聯(lián)合支護(hù)的效果。

3 支護(hù)參數(shù)選擇

3.1 錨桿

采用φ20×2400mm 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿，每孔裝2 卷K2350樹脂藥卷（樹脂藥卷長0.5m）。 托盤規(guī)格均為150×150×8mm的鋼板壓制， 間排距為800×800mm， 錨桿的預(yù)緊力不小于40KN，錨固力不小于80KN，安裝扭矩不低于260Nm。

3.2 錨索

采用φ17.8×6300mm 鋼絞線， 間排距為1600×1600mm，由巷中向兩邊均勻布置，每孔裝4 卷樹脂藥卷，托盤規(guī)格為200×200×10mm，錨索的預(yù)緊力不小于100KN，錨固力不小于260KN。

3.3 金屬網(wǎng)

頂幫鋪設(shè)φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網(wǎng)， 規(guī)格為1000×1400mm， 網(wǎng)格為100×100mm。 網(wǎng)片搭接壓茬不小于100mm，用12# 鐵絲雙股綁扎聯(lián)網(wǎng)，采用三角聯(lián)網(wǎng)法聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)間距不大于200mm。

3.4 噴射混凝土

噴射強(qiáng)度為C20，配合比為水：水泥：砂子：石子=0.44:1:2.12:1.72，J85 型速凝劑的摻量為4%，噴厚為150mm。

4 施工工藝

巷道施工采用正臺階式施工方法分層掘進(jìn), 由外向里施工拱基線以上部分,及時(shí)錨網(wǎng)索噴支護(hù),循環(huán)進(jìn)尺為1200mm,上分層超前下分層6000mm, 而后從外向里掘拱基線以下部分,兩幫及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)索噴支護(hù)。 其工藝流程如下:

4.1 施工準(zhǔn)備、安全質(zhì)量檢查→打上部眼→檢查瓦斯、加強(qiáng)支護(hù)→裝藥檢查瓦斯→爆破通風(fēng)檢查瓦斯→敲幫問頂→初噴→耙裝出矸→錨網(wǎng)索支護(hù)→復(fù)噴。

4.2 施工準(zhǔn)備、安全質(zhì)量檢查→打下部眼裝藥爆破→敲幫問頂→耙裝出矸→錨網(wǎng)支護(hù)→初噴→初凝后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

為了確保巷道成型，減少爆轟波對圍巖的破壞,打眼前畫好輪廓線，點(diǎn)眼定好眼位，確保炮眼的眼距、深度、角度符合設(shè)計(jì)要求。周邊眼距定為300mm,掏槽眼距為1200m，周邊眼全部預(yù)留光爆層,周邊眼的裝藥量應(yīng)視預(yù)留光爆層厚度而定,以保證眼痕率在80%以上。

5 支護(hù)工藝

5.1 一次支護(hù)

使用光面爆破對硐室開挖后， 首先對圍巖進(jìn)行敲幫問頂，立即進(jìn)行初噴，初噴厚度30-50mm，將圍巖與空氣及水隔絕。 等待40 分鐘， 噴層凝固確認(rèn)安全情況下及時(shí)進(jìn)行打錨桿、掛網(wǎng)、錨索支護(hù)，要求錨桿錨固力不小于80kN，錨索錨固力不小于260kN；錨桿露出托盤長度30～50mm，錨索露出托盤長度150～300mm；錨桿預(yù)緊力不低于4T，安裝扭矩不低于260N.m，錨索預(yù)緊力不低于10T。 復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度150mm,噴漿后及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)。

5.2 二次支護(hù)

一次支護(hù)完成后，經(jīng)過10 天硐室應(yīng)力釋放后，進(jìn)行二次支護(hù)，錨網(wǎng)索噴。

錨桿采用φ20×2400mm 等強(qiáng)錨桿，拱部使用2 卷K2350樹脂藥卷，幫部使用2 卷K2550 樹脂錨桿（每卷樹脂藥卷長0.5m）。 托盤規(guī)格均為150×150×8mm 的鋼板壓制，間排距為1000×1000mm。 錨索為φ17.8×6300mm 鋼絞線， 每孔裝3 卷K2350 樹脂藥卷，由巷中向兩邊均勻布置，每排為5 根，間排距為3000×3000mm。 鋪設(shè)φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網(wǎng)，噴漿厚度150mm，強(qiáng)度為C20，配合比為水：水泥：砂子：石子=0.44:1:2.12:1.72.水泥為P.C32.5R 硅酸鹽水泥，砂為河砂，石子粒徑3-8mm。

5.3 工程施工標(biāo)準(zhǔn)

5.3.1 巷道開挖后及時(shí)初噴，掛網(wǎng)，打設(shè)錨桿、錨索,控制頂板變形和松動裂隙的進(jìn)一步發(fā)育。

5.3.2 錨桿（索）的角度、間排距、外露長度嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求布置。

5.3.3 錨桿、錨索的安設(shè)必須確保預(yù)緊力符合設(shè)計(jì)要求。 錨索要緊跟迎頭,避免頂板離層，爆破后,及時(shí)對錨桿進(jìn)行二次預(yù)緊,增強(qiáng)錨桿的承載能力,防止出現(xiàn)錨桿不承載。

6 應(yīng)用效果

對絞車房進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化后，施工質(zhì)量優(yōu)良，硐室穩(wěn)定程度良好。

7 結(jié)論

大斷面硐室采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)減少了巷道的開挖工程量，提高了掘進(jìn)速度，縮短了施工工期，雙層錨網(wǎng)索噴支護(hù)具有工序簡單、易于操作、降低成本、施工方便的特點(diǎn),在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。