富水強風(fēng)化巖巷道掘進施工技術(shù)

摘 要：針對富水強風(fēng)化巖巷道，掘進前采用工作面帷幕注漿和超前小導(dǎo)管注漿加固止水；掘進時采用人工開挖、短掘短支以及環(huán)形開挖和跳挖馬口等技術(shù)；工作面與后巷平行作業(yè)，提高工效，縮短永久支護滯后迎頭的距離，采用U型棚加底梁、掛網(wǎng)噴砼、防水層以及鋼筋混凝土復(fù)合支護，確保巷道圍巖穩(wěn)定，施工安全。

關(guān)鍵詞：富水；強風(fēng)化巖；掘進；施工技術(shù)

1 概述

巷道在施工中在穿越富水強風(fēng)化巖層或斷層構(gòu)造破碎帶時，如果采用傳統(tǒng)施工方法，易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)仁鹿?，是礦井開拓中常遇到的棘手問題。我公司在西山煤電燃料運輸工程穿越富水強風(fēng)化泥灰?guī)r地層時，經(jīng)多次研究試驗，調(diào)整方案，采用富水強風(fēng)化巖巷道掘進施工技術(shù)，順利完成該構(gòu)造帶施工。該套技術(shù)在陜西神木惠寶副斜井、福建安石坑石灰石礦+730平硐等工程中應(yīng)用，得到不斷改進和完善，施工質(zhì)量、安全、進度均達到預(yù)期目標(biāo)。下文中我將詳細論述該施工技術(shù)核心內(nèi)容。

2 適用范圍

適用于富水強風(fēng)化巖層（或地質(zhì)構(gòu)造破碎帶），跨度小于12m的平、斜巷工程。

3 工藝流程（見圖1）

4 操作要點

4.1 帷幕預(yù)注漿

（1）基本方案。工作面采用帷幕預(yù)注漿堵水加固，對圍巖進行固結(jié)，改善圍巖的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，減小涌水量。注漿段長度為50m，掘進施工40m，預(yù)留10m（預(yù)留段長度暫定10m，視上一循環(huán)堵水效果適當(dāng)調(diào)整）作為下一循環(huán)的止?jié){巖柱。

（2）鉆孔。在巷道周圍圓形均勻布置12個孔，開孔間距1200mm，終孔在掘進斷面外5m處，另在工作面中間施工1個檢查孔，孔深均為50m。

采用UY-300型鉆機施工鉆孔，開孔直徑110mm，鉆進5m后進行預(yù)埋直徑108mm的孔口管，待孔口管四周養(yǎng)護凝固后再進行掃孔，掃完后用清水試壓，試驗壓力應(yīng)大于孔口靜水壓力的2～3倍，試壓后安裝好閘閥，更換直徑65mm的鉆頭進行正常鉆進。

（3）注漿。采用“先單號后雙號”的注漿順序，以單液漿（水泥漿）為主，當(dāng)單孔涌水超過10m3/h，先注雙液漿（水泥-水玻璃）后單液漿；當(dāng)雙液漿達不到設(shè)計要求（涌水量仍超過10m3/h）時，更換為馬麗散堵水（馬麗散樹脂與馬麗散催化劑按l：1混合后，用注漿泵注入鉆孔中，可快速凝結(jié)，效果好，抗壓強度大于15Mpa）。

當(dāng)注漿量超過設(shè)計值后仍不起壓力時，采用間歇式注漿工藝，間歇時間控制在15～30min。間歇后再開始繼續(xù)注漿，先從稀漿開始，然后逐步加稠。二次注漿控制在設(shè)計量的25%左右；如仍不起壓力，再次進行間歇注漿，直到達到符合要求。停漿前必須灌入清水，把注漿管內(nèi)的漿液全部排空。

注漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥、40Be’堿性水玻璃、速凝劑及馬麗散等材料，漿液在井下現(xiàn)場進行機械攪拌制作。

單液漿漿液的水灰比0.2～1：1；雙液漿漿液的水灰比1：1，水泥漿：水玻璃漿=1：0.1～0.6（體積比）。

注漿壓力按公式PC=P0+K計算，其中P0為注漿點靜水壓力，現(xiàn)場實測；K為富裕壓力，取0.5～0.8Mpa。

4.2 超前小鋼支護

開挖前采用小導(dǎo)管（直徑42mm、壁厚3.5mm、長3m的鋼管，間距200mm）超前支護，自拱基線開始布置，超前2.5m，小導(dǎo)管搭接長度1.5m，外傾角5～7°，如遇水可利用小導(dǎo)管進行注漿，注漿工藝與帷幕預(yù)注漿相同。

4.3 開挖

（1）工作面。上臺階：超前小導(dǎo)管→環(huán)形開挖→拱部支架→鋪網(wǎng)噴砼→中心區(qū)開挖→施工托架錨桿→下一個循環(huán)。下臺階：中槽開挖→邊墻巖柱開挖→補棚腿→掛網(wǎng)噴砼→下一個循環(huán)。（2）后巷。全斷面復(fù)噴→臺車就位→襯砌→養(yǎng)護→脫模→下一個循環(huán)。（3）底板。反拱開挖→安裝仰拱→仰拱澆筑→下一個循環(huán)。

4.4 支護

（1）初次支護。采用正臺階式開挖，先拱后墻再底。上臺階采用人工風(fēng)鎬掘進，下臺階及仰拱采用挖機施工，輔以人工修整。應(yīng)做短掘短支，不空頂空幫，架棚后及時鋪網(wǎng)噴砼封閉圍巖，施工錨桿托住拱部支架。

上臺階與下臺階同步開挖，上臺階超前下臺階3～5m。下臺階先開挖中槽（寬2～3m），兩幫預(yù)留不少于1.0m的巖柱，然后巖柱采用“跳挖馬口”方式開挖，并及時補架拱腿及掛網(wǎng)噴砼，架棚掛網(wǎng)后要用木板背緊、背實。

U型棚通常采用礦用U29型鋼進行加工，根據(jù)巷道斷面大小分段加工成4～5段，分段位置盡量選擇在巷道施工臺階分界處。

架設(shè)U型棚時，當(dāng)工作面上臺階開挖出環(huán)形拱部空間時，應(yīng)及時將U型棚拱部部分架設(shè)上去，拱部與超前小導(dǎo)管進行連接，拱腳用鎖腳錨桿進行固定；當(dāng)開挖下部臺階邊墻時，在將棚腿補上；棚與棚之間應(yīng)采用拉桿連接；反拱開挖后再鋪設(shè)底梁，并與棚腿連接。

（2）防滲漏結(jié)構(gòu)。采用本公司自行開發(fā)的《斜井大斷面過含水層井筒防滲漏結(jié)構(gòu)的施工方法》發(fā)明專利技術(shù)進行施工。

防滲漏結(jié)構(gòu)由隔水層（防水土工布）和濾水層（濾料和間隔埋設(shè)在濾料中的導(dǎo)水管）組成，其中拱部隔水層、邊墻隔水層及反拱隔水層連接成一體形成完整封閉的隔水層。

首先用簡易作業(yè)臺車將單幅土工布固定到預(yù)定位置，然后用熱熔襯墊及射釘將土工布固定在噴射混凝土上，射釘按梅花型布置（拱部間距0.5～0.7m，邊墻1.0～1.2m）；鋪設(shè)時沿巷道拱頂縱中心線，使土工布隔水層橫向中心線與噴射混凝土上的縱向中心線相重合，并從拱頂部開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)，最后敷設(shè)反拱土工布；土工布采用線粘法搭接進行連接

（3）二次襯砌。二次襯砌滯后初期支護15～20m，視工作面情況而調(diào)整，確保支護的連續(xù)性和穩(wěn)定性。運用機械化設(shè)備制作、運輸、泵送混凝土，采用整體襯砌臺車（或組合模板）襯砌。

襯砌施工前預(yù)埋φ20mm壁后注漿管，8～10m一段，每段2～4個注漿孔，施工中做好注漿管穿隔水層防滲漏處理，采用1：1的水泥漿液回填，回填注漿壓力控制在0.2MPa以內(nèi)。

5 材料與設(shè)備

5.1 主要施工材料（見表1）

5.2 主要施工機械設(shè)備（見表2）

6 質(zhì)量控制措施

（1）帷幕預(yù)注漿鉆孔應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計施工，并進行驗收，驗收合格后進行注漿施工，注漿時，應(yīng)該根據(jù)注漿順序、水壓、注漿壓力、注漿液配比或濃度及注漿液用量等參數(shù)作為注漿結(jié)束依據(jù)。

（2）帷幕預(yù)注漿過程還要通過觀察工作面中部的檢查孔進行注漿效果。

（3）超前小導(dǎo)管施工要嚴(yán)格控制導(dǎo)管插入點、外傾角及間排距、搭接長度、超前距等參數(shù)，施工完應(yīng)進行驗收。

（4）U型棚應(yīng)根據(jù)上下臺階的高度加工成若干分段，鋼棚應(yīng)根據(jù)巷道傾角設(shè)置相應(yīng)的迎山角，拱部鋼棚架設(shè)完應(yīng)及時安裝鎖腳錨桿，防止下臺階墻部巖柱開挖后棚拱下沉。

（5）采用襯砌臺車進行澆筑混凝土施工，澆筑前應(yīng)根據(jù)中腰線調(diào)整好模板位置，涂刷模板油，并固定好臺車和安裝擋板；澆筑時通過窗口從下向上連續(xù)進行，兩次砼面標(biāo)高偏差控制在500mm以內(nèi)，混凝土下落高度控制2m以內(nèi)，采用插入式和附著式振搗器振搗密實混凝土，頂部預(yù)留壓漿孔進行注漿充填；澆筑完12小時后脫模，脫模養(yǎng)護7天以上。

（6）反拱開挖時要保護好棚腿，開挖后及時施作底梁封閉成環(huán)。

（7）隔水層施工時應(yīng)檢查防水土工布完整性，出現(xiàn)破損的不得使用；土工布固定點應(yīng)進行防水處理；搭接前應(yīng)先檢查土工布的位置、間距（不符合要求的及時調(diào)整，搭接處不得出現(xiàn)褶皺），搭接寬度應(yīng)滿足設(shè)計要求（如施工效果不佳，可考慮增加搭接寬度和粘結(jié)縫數(shù)量），并48小時后進行氣密性試驗（氣壓0.15Mpa，經(jīng)3min其下降值不大于20%）。

（8）壁后充填注漿要首先確保預(yù)埋注漿管的位置和間距，注漿時已注漿壓力和注漿量作為注漿結(jié)束控制依據(jù)。

7 安全措施

（1）帷幕預(yù)注漿施工時，注漿壓力較大，作業(yè)人員應(yīng)做好安全防護，注漿前應(yīng)確認孔口管固結(jié)牢固。（2）超前支護中導(dǎo)管末端應(yīng)與U型棚連接固定。（3）工作面掘進施工應(yīng)堅持“有掘必探、先探后掘”的原則，有條件的工作面可以采取“物探先行、鉆探跟進、注漿加固”的方針。（4）小導(dǎo)管施工中發(fā)現(xiàn)有涌水（單孔涌水量小于5m3/h），可通過小導(dǎo)管進行注漿堵水，注漿壓力控制在0.5～1.5Mpa（經(jīng)現(xiàn)場試驗確定）；當(dāng)涌水量較大時應(yīng)采用先固結(jié)孔口管（或施工止?jié){墊預(yù)埋注漿管）再注漿的措施，并在下一循環(huán)改進帷幕注漿參數(shù)。（5）U型棚架設(shè)時多人協(xié)同操作，專人指揮，棚間應(yīng)設(shè)拉桿連接，底梁要與棚腿連接。（6）支護要及時，嚴(yán)禁空幫空頂。（7）人工或挖掘機開挖有困難的，可以將挖掘機挖斗更換成鎬頭進行開挖。（8）U型棚與圍巖之間應(yīng)用板皮剎緊，最后鋪網(wǎng)噴砼。（9）襯砌后內(nèi)有涌水時可進行壁后注漿充填封閉，或者變更設(shè)計，在襯砌前施作防水層。（10）如果采用小導(dǎo)管作為超前支護效果不理想可增加大管棚配合小導(dǎo)管加固工作面前方。

8 經(jīng)濟效益

以西山煤電燃料運輸工程為例，巷道在穿越強風(fēng)化奧陶系峰峰組泥灰?guī)r地層期間，施工月進度由28m提高到85m，最高月進度118m。

工期較計劃提前3個月，節(jié)約設(shè)備租賃費66萬元，節(jié)約人工費84萬元，節(jié)約排水費12.6萬元，業(yè)主20萬元進度獎，合計182.6萬元。

9 結(jié)束語

在圍巖不穩(wěn)定、涌水量大等地質(zhì)條件復(fù)雜的巷道掘進施工，可以考慮應(yīng)用該套技術(shù)進行施工，該套技術(shù)具有新穎性、實用性。

通過工作面進行預(yù)注漿，減少工作面涌水量，增強圍巖穩(wěn)定性，改善工作面作業(yè)條件，是提高施工進度的重要因素，節(jié)約排水費用，減少地下水流失，節(jié)約水資源，達到了綠色施工的要求。

通過采用合理的勞動組織和平行作業(yè)，提高工效，增加月進度，可以確保工程經(jīng)濟效益，同時可以避免片幫、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生，減少了處理費用，做到安全、高效施工。

作者簡介：李尉進（1958-），男，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師。1982年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院，現(xiàn)任中鼎國際工程有限責(zé)任公司副總經(jīng)理兼礦建分公司總經(jīng)理。