超前管棚支護技術在井巷斷層破碎帶中的應用

高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

超前管棚支護技術在井巷斷層破碎帶中的應用

高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

論述了超前管棚支護技術在斷層、破碎帶等不良地質條件下的應用，以田興鐵礦大賈莊為例，該礦在進風井施工中穿越斷層、破碎帶等不良地質，采用了超前管棚支護技術，取得了較好的支護效果。

超前管棚支護 斷層破碎帶 巷道掘進

河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦位于河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)，設計生產能力2 000萬t/a，是目前國內最大的在建地下鐵礦。礦區(qū)地下水量豐富，水文地質條件復雜，巷道掘進過程中多遇斷層、破碎帶等不良地質條件。

大賈莊進風井-475 m中段平巷是田興鐵礦基建掘砌工程，2013年11月11日施工至上盤沿脈巷105 m處遇一破碎帶，巖石松散、破碎，斷層充填物為軟質泥巖，遇水軟化，揭露后自行坍塌。該斷層沿巷道掘進方向斜向發(fā)育，主要巖性為黑云斜長變粒巖，變質程度較淺、成分簡單，顆粒較細，產狀為225°∠60°，并有地下水至斷層充填帶以及底板涌出，涌水量達82.8 m3/h。為保證進風井順利掘進，采用了超前管棚支護技術。

1 超前管棚支護

超前管棚支護技術是將一組帶有注漿孔的鋼管沿開挖掌子面外圍打入巖層內，通過鋼管梅花形布置的注漿孔向巖層中注漿，加固破碎巖層。管棚注漿適用于掌子面巖石破碎、前方富含裂隙水巖層的加固。

1.1 掌子面拱頂及側墻預支護

根據(jù)已揭露斷層巖石產狀及設計巷道的規(guī)格，大賈莊進風井-475 m采取的門型結構配置[1]如圖1。管棚鋼管結構如圖2所示。

采用雙漿液注漿形成帷幕，支護斷面依據(jù)刷大后的斷面進行施工，直至通過破碎帶后恢復至巷道設計斷面。

1.2 短掘短支[2]

待超前管棚注漿達到強度后，采用短掘短支的方式開挖施工，循環(huán)進尺控制在1m左右，采用拱架、錨網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護。

圖1 門型管棚結構(單位：mm)

圖2 管棚鋼管結構(單位：mm)

(1)采用I20a型工字鋼拱架，縱向間距500 mm，每榀之間用φ16 mm鋼筋縱向連接，用φ16 mm 樹脂錨桿鎖腳，每架每側2根，L=3 000 mm。

(2)打φ16 mm徑向樹脂錨桿，呈(環(huán)×縱)500 mm×500 mm梅花型布設，L=3 000 mm，并與臨近的拱架焊接；沿拱架內側鋪設φ6.5 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。

(3)噴射C30混凝土，厚度300 mm；底板下掘不小于700 mm施工底拱，用I20a型工字鋼橫向將拱架連接，形成閉合受力環(huán)，后進行噴射混凝土C30支護，厚度400 mm，預埋導水管將涌水處地下水導出，待全部通過斷層破碎帶后注漿封堵涌水。

SSM（Spring+SpringMVC+Mybatis），是目前較為主流的企業(yè)級架構方案。標準的MVC設計模式，將整個系統(tǒng)劃分為顯示層、Controller層、Service層、Dao層四層，使用SpringMVC負責請求的轉發(fā)和視圖管理，Spring實現(xiàn)業(yè)務對象管理, MyBatis作為數(shù)據(jù)對象持久化引擎。

錨網(wǎng)、錨桿聯(lián)合支護斷面見圖3，超前管棚支護見圖4。

2 施工流程

沿開挖輪廓打設超前注漿管棚對掌子面拱頂及側墻進行預支護，采用雙漿液注漿形成帷幕后進行拱架、錨網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護，下掘施工底拱形成閉合受力環(huán)，之后噴射混凝土支護，在涌水處預埋導水管將地下水導出，待全部通過斷層破碎帶后進行注漿封堵涌水。 施工順序：封堵掌子面集中涌水→打設超前鋼管并注漿→下掘底板→拱架支護→錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴混凝土支護→下一循環(huán)支護。

圖3 錨網(wǎng)、錨桿聯(lián)合支護(單位：mm)

圖4 超前管棚支護(單位：mm)

(1)在超前支護之前,利用超前鉆探孔，采用水泥-水玻璃雙漿液注漿，封堵工作面斷層破碎帶的涌水，以減少對施工的影響。清理掌子面松渣，選擇巖石較完整處立一I20a型工字鋼，在工字鋼腹部每隔300 mm打φ90 mm的孔洞，沿拱架兩側打φ16 mm 樹脂錨桿固定拱架，選用Y28氣腿式鑿巖機，φ70 mm 牙輪鉆頭，沿工字鋼腹部預留的孔洞鉆φ70 mm的孔，孔深6 000 mm。鉆孔要保持直線，確保深度達到設計要求，保證鋼管端頭推至孔底，成孔后清除孔內的巖粉及泥漿。

(2)安插鋼管及注漿。清孔后將已加工成錐形的鋼管慢慢送入孔內，外露段接上注漿管注入水泥-水玻璃雙漿液，水泥漿水灰比為0.5∶1，兩種漿液的配合比為1∶1。

(3)采用預裂爆破或弱爆破方式掘進，先在底板下掘700 mm，防止因振動對超前注漿管棚形成的帷幕產生擾動。然后每隔500 mm支護一榀拱架，沿拱架兩側打設樹脂錨桿將拱架固定，底拱安設I20a型工字鋼橫梁，與拱架連成閉合受力環(huán)，在橫梁中部打設豎向錨桿將其錨固，防止因地壓過大而引起底鼓變形。

(4)拱架支護好后進行錨網(wǎng)噴混凝土支護。清理底板淤泥及松渣后開始噴混凝土，混凝土厚度400 mm；按設計規(guī)格施工水溝；剩余300 mm高度的底板夯填級配碎石，用5～10 mm和20～40 mm兩種碎石按照1∶1配置，分兩層夯填，人工攤鋪，平板振搗器振搗密實。

沿拱部及側墻徑向打φ16 mm樹脂錨桿，按照(環(huán)×縱)500 mm×500 mm進行梅花型布設、L=3 000 mm，并與臨近的拱架焊接；沿拱架內側鋪設φ6.5 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm；噴射C30混凝土，厚度300 mm。

每個掘砌循環(huán)控制在1 m之內，4個循環(huán)后重復進行超前管棚施工，以此循環(huán)直至通過破碎帶為止。

(5)遇流沙層段時，超前管棚需設置兩層，層間距250 mm并交錯布設；拱架按縱向距離250 mm支護，并增設徑向φ42 mm×4 mm注漿導管對圍巖進行注漿固結，(環(huán)×縱)800 mm×800 mm梅花型布設，L=3 000 mm，注漿材料用水泥-水玻璃雙漿液，水泥漿的水灰比為0.5∶1，兩種漿液的配合比為1∶1。

3 結 語

田興鐵礦大賈莊進風井掘進中遇巷道斷層破碎帶段，采用超前管棚注漿預支護加固和錨網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合加強支護后，提高了巖體的整體性，順利地通過了此處斷層破碎帶。

[1] 劉文偉，朱群燕.超前管棚支護在江陰隧洞塌方處理施工中的應用[J].西部探礦工程，2010(9):208-210.

[2] 錢云東，張 英.超前管棚支護技術在賓瑪?shù)盟淼肋M出口淺埋段中的應用[J].水電施工技術，2010(4)：46-49.

2014-11-11)

高 超(1986—)，男，助理工程師，063701 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。