泥石流塌方復雜地質(zhì)條件下的斜井特殊支護及其施工技術(shù)

張華

（西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司，西藏 拉薩850200）

西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司地處青藏高原，是一家采選為一體的大型礦山企業(yè)。此膠帶斜井掘進工程量為1 527m，開口處海拔為＋4 584．059m，坡度為＋5．24%。掘巷過程中必須通過圍巖破碎帶、松散砂礫土夾石巖層、涌水量大地段等特殊地段，造成施工難度大且存在較大的安全隱患，如圖1所示。通過國內(nèi)外對于類似工程地質(zhì)條件下巷道的治理方案、治理對策的研究［1－2］，為了保證斜井工程能夠順利施工，本工程中將注漿、管棚超前支護、二次襯砌三種支護方式合理有效地結(jié)合［3－8］，取得了較好的效果，保證了工程的安全快速進行。

1 特殊支護及其施工技術(shù)

1．1 中深孔注漿及其施工技術(shù)

注漿［3］是利用氣壓或者液壓將漿液通過管路注入到巖層的空隙、裂隙或者空洞中，并將里面的空氣從中擠出。該漿液具有一定的膠凝能力，其經(jīng)擴散、凝固、硬化等物理化學的變化，可將破碎的巖層膠結(jié)起來，從而達到改善巖層性能、降低巖層滲透性的目的，并且可提高巖層自身的強度與承載能力，減少巖層變形。

根據(jù)工程實際情況采用中深孔工作面全斷面高壓注漿［7－8］，可以將漿液均勻地注入巖石的裂隙或砂土孔隙中，形成近似球狀或柱狀注漿體。注漿的漿液在高氣壓或者高液壓的作用下注入巖層的破裂面，利用其良好的膠結(jié)性能，將巖塊黏結(jié)在一起，從而提高其在較大變形范圍內(nèi)的承載能力。進行注漿加固以后，圍巖彈性模量提高30%以上，同時也提高了巖石力學參數(shù)，為安全順利地完成施工創(chuàng)造了條件。

中深孔注漿施工流程如下：

1）超前鉆探：在鉆注漿孔前需要鉆鑿探水孔，其目的是為了掌握施工面處的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，了解探測處巖石的完整性、涌水量及涌水壓力，并為選擇注漿參數(shù)及注漿技術(shù)提供依據(jù)。具體做法為利用鉆機在掘進面上向前方鉆探大約30m的超前深孔，進行探測和注水試驗。

圖1 斜井巷道內(nèi)的破壞現(xiàn)象及引起的泥石流災害Fig．1 Destructive phenomenon and geological disasters in the inclined drift

2）鉆注漿孔：首先鉆孔的位置要嚴格按照設(shè)計的要求，保證準確，為了減少鉆孔時鉆機的振動，需要在打鉆時保證鉆機盡可能地貼著巖面。在進行鉆孔時為了保證鉆孔的施工質(zhì)量需要使用清水鉆進，在開孔時要遵守輕減壓、慢速度、大水量的原則。當更換鉆桿時必須要檢查鉆桿有無損傷、是否彎曲、鉆桿的中心水孔是否堵塞等問題。

3）注漿：根據(jù)設(shè)計參數(shù)配制注漿液，用1mm篩對配制好的水泥漿進行過濾。首先檢查注漿管是否有堵塞，確保其通暢時方可接至注漿系統(tǒng)。待接好注漿系統(tǒng)與孔口混合器后方可開啟注漿泵。注漿程序如下：要先注入稀漿液后注入稠漿液；注漿量開始要大，之后要減小；首先注入水泥單液漿，然后再注入雙液漿。停止注漿的條件是注漿壓力達到設(shè)計值，并在該值下維持2～3min，且注漿量達到設(shè)計要求。將注漿的循環(huán)長度控制在8～15m，同時要為止?jié){巖盤預留2～5m。

4）檢查注漿效果：當所有設(shè)計的注漿孔注漿完成后，需要對注漿效果進行檢查，檢查時采用鉆取巖芯的方式。若出現(xiàn)漿液擴散不理想、某處的漏水量超過10L／min或者單個鉆孔的滲水量超過0．2L／min時，需要針對該孔進行補孔注漿，直至滿足設(shè)計要求為止。

5）注漿結(jié)束標準，結(jié)束單孔注漿需要滿足以下四個條件：

①注漿壓力與注漿量均達到設(shè)計要求，并維持該狀態(tài)不少于10min；

② 結(jié)束時進漿量需小于20L／min；

③ 鉆孔的涌水量要小于0．2L／min；

④ 鉆取巖芯，注漿液要擴散均勻飽滿［9－10］。

全段結(jié)束注漿需要滿足以下條件：首先，所有的注漿孔都達到單孔注漿結(jié)束的條件，并且沒有漏注現(xiàn)象；其次，漿液在巖層中分布的有效范圍能夠滿足設(shè)計的要求，并且注漿完成后每天的涌水量不能大于1m3；可保證洞壁在注入漿液后的巖體開挖時的穩(wěn)定性［9］。

1．2 管棚超前支護及其施工技術(shù)

管棚超前支護［6］是一種支護距離可近可遠的支護方法，是指在較為軟弱或者破碎巖層中，在巷道工作面開挖前，沿巷道頂部、兩幫斷面輪廓以一定間距、沿巷道縱向軸線以一定傾斜角布置擴散孔，打入一定直徑的鋼管，并通過鋼管對圍巖進行支撐的方法。其剛度較大，控制圍巖變形，增加圍巖的強度和穩(wěn)定性，并與圍巖共同形成鋼管棚架超前支護體系。管棚超前支護構(gòu)造如圖2（a）和圖2（b）所示。

1）管棚超前支護施工采用鉆孔法，即先采用鉆機成孔，然后推入鋼管形成管棚。在軟弱破碎巖層中，為了克服鉆孔卡鉆、塌孔等問題，采用水平導向、跟管鉆進技術(shù)，即鉆孔和進管同時進行。鉆孔法施工采用的鉆機有錨桿鉆進、坑道鉆機、導向鉆機、水平鉆機以及專用的管棚臺車等。

2）鋼拱架及格柵鋼架架立：鋼拱架（格柵）是根據(jù)設(shè)計的要求在加工廠分節(jié)制作的，將利用胎架分節(jié)制造的鋼拱架（格柵）運至工作面現(xiàn)場，現(xiàn)場拼裝。在現(xiàn)場安裝時，測量人員要嚴格控制架設(shè)的中線、高程與垂直度；最后用Φ25mm鋼筋將相鄰鋼架聯(lián)接成為一體；鋼拱架節(jié)間采用A20×70AM螺栓連接，騎縫處焊接，邊墻底部鋼架與鋼墊板焊接牢后，安設(shè)在中墻施工時預埋的鋼墊板上，并進行焊接，所有焊縫都應焊接飽滿，不得有虛焊砂眼，將錨桿與鋼架格柵焊接連為整體。鋼拱架之間的間距為Ⅱ類30～40cm。

圖2 管棚支護技術(shù)Fig．2 Pipe roof support technology

3）鋼筋網(wǎng)的設(shè)置：將Φ8mm的鋼筋縱橫交叉加工成方格網(wǎng)，交叉處用點焊焊接，組成鋼筋網(wǎng)。根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，通過采用與錨桿或者鋼支撐（格柵）焊接的方式將鋼筋網(wǎng)固定在開挖的輪廓面上，并根據(jù)巖面的起伏進行鋪設(shè)。在不同圍巖類別中，Φ8mm鋼筋都焊接成10cm×10cm網(wǎng)格，在點焊中不能有虛焊。

1．3 二襯鋼筋混凝土支護及其施工技術(shù)

二次襯砌支護［5］是在巷道初期支護穩(wěn)定之后，采用自行式全斷面液壓模板襯砌臺車，合鋼模板泵送混凝土入模，插入式振搗棒和附著式振搗器聯(lián)合振搗。作為巷道正式運營后的重要安全儲備的二襯施工對日后有著重要的影響。

二次襯砌鋼筋混凝土的厚度為40cm，混凝土強度為C30鋼筋混凝土，模板采用自制簡易臺車模板。根據(jù)圍巖情況合理選擇二次襯砌的時間。初次支護能夠保證施工作業(yè)安全，二次支護待開挖完成后進行，二次支護可分段多工作面同時施工，每段12m。當圍巖十分破碎且涌水量較大時，二次支護要及時跟進。二次支護使用雙層鋼筋，主筋采用Ф22mm螺紋鋼，縱向間距20cm，內(nèi)層和外層間距為25cm，內(nèi)外層鋼筋之間使用Ф10mm鋼筋拉鉤連接。環(huán)向分部鋼筋采用Ф16mm螺紋鋼，間距20 cm。鋼筋搭接長度均按照國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范執(zhí)行（綁扎搭接長度不小于35×d，單面焊接長度不小于10×d，雙面焊接長度不小于5×d。d為鋼筋直徑）。二次襯砌鋼筋綁扎現(xiàn)場照片如圖3。最終支護斷面圖如圖4所示。

圖3 二次襯砌鋼筋綁扎圖Fig．3 The secondary lining steel binding

圖4 泥石流軟弱圍巖最終支護斷面圖Fig．4 Mudslides ultimately support in weak rock profile

2 結(jié)論

根據(jù)西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司露天膠帶斜井泥石流塌方的軟弱圍巖地質(zhì)條件，采用對軟弱巖層進行注漿、管棚超前支護以及二次襯砌支護的特殊支護方式，改善了圍巖力學性質(zhì)，發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，極大地改善了巷道掘進的施工環(huán)境，保證了礦山施工的順利進行，并且利用此三種支護的結(jié)合，有效地解決了泥石流塌方復雜的地質(zhì)條件下巷道支護的技術(shù)難題，為復雜地質(zhì)條件下巷道的支護方式選擇提供借鑒和參考。

［1］ 何滿潮，謝和平，彭蘇萍，等 ．深部開采巖體力學研究［J］．巖石力學與工程學報，2005，24（16）：2803－2813．

［2］ 何滿潮，孫曉明．中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南［M］．北京：科學出版社，2004．

［3］ 劉泉聲，盧超波，劉 濱，等 ．深部巷道注漿加固漿液擴散機理與應用研究［J］．采礦與安全工程學報，2014，31（3）：333－339．

［4］ 鐵道部第二勘測設(shè)計院 ．鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊—隧道［M］．修訂版 ．北京：中國鐵道出版社，1999．

［5］ 葉書麟 ．地基處理工程實例應用手冊［M］．北京：中國建筑工

［6］ 林希鶴，盧清國，馬艷春 ．超前管棚支護在隧道工程中的應用［J］．鐵道建筑，2006（8）：58－60．

［7］ 王 乾，曲立清，郭洪雨，等 ．青島膠州灣海底隧道圍巖注漿加固技術(shù)［J］．巖石力學與工程學報，2014，30（4）：790－802．

［8］ 李術(shù)才，張 宵，張慶松，等 ．地下工程涌突水注漿止水漿液擴散機制和封堵方法研究［J］．巖石力學與工程學報，2011，30（12）：2377－2396．

［9］ 金美海 ．高速鐵路隧道穿越富水大斷層施工災害控制研究［D］．重慶：重慶交通大學，2007．

［10］ 趙順義 ．山嶺公路隧道的水害研究與處治［D］．重慶：重慶交通大學，2008．