復(fù)雜條件下大斷面硐室底板加固技術(shù)實踐與應(yīng)用

羅建強(qiáng)

【摘 要】針對復(fù)雜區(qū)域變電所失修特征，結(jié)合以往整修經(jīng)驗，對于大斷面變電所硐室底板多次鼓出，破壞嚴(yán)重特點，通過分析底板失穩(wěn)機(jī)理，采取澆筑、底錨、泄壓槽等聯(lián)合加固的措施，穩(wěn)定了底板變形，取得了較好經(jīng)濟(jì)及社會價值。

【關(guān)鍵詞】大斷面；底板；加固；澆筑；卸壓槽

中圖分類號： TD354 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）02-0167-002

【Abstract】In view of the complex regional substation disrepair characteristics，combined with previous repair experience，substation with large section cavern floor drum out many times，damage characteristics，through the analysis of floor instability mechanism，to casting，anchor，pressure relief groove joint reinforcement measures，such as stable floor deformation and achieved good economic and social value.

【Key words】Large section；Bottom plate；Reinforcement；Casting；Pressure relief groove

河北省冀中能源股份有限公司葛泉礦地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育，壓力大。特別是葛泉礦南翼大部分開拓巷道、硐室存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，硐室、巷道底鼓變形破壞嚴(yán)重，雖經(jīng)多次臥底翻修，仍不能保持巷道、硐室穩(wěn)定，因此采取行之有效的措施進(jìn)行修復(fù)加固，降低巷道維修成本，減少巷道維修給生產(chǎn)帶來不利影響，保證礦井長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

1 工程概況

南翼一采區(qū)變電所位于南翼-190大巷左翼口附近，布置巖層位強(qiáng)度低，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，地壓大，穩(wěn)定性差。該硐室長25m，斷面立墻半圓拱，寬4.5m，高3.7m，初次頂板支護(hù)采用錨噴，用1.8m長縫管錨桿，間排距800×800mm，配以1m×1m金屬網(wǎng)，混凝土噴層厚100mm，變電所底板進(jìn)行水泥澆筑，澆筑厚度300mm。在變電所施工結(jié)束后，進(jìn)行了數(shù)次維修。維護(hù)后在硐室頂板補(bǔ)打22×2200mm螺紋鋼錨桿，間排距800×800mm，同時配以1×1m金屬網(wǎng)；此外補(bǔ)打φ17.8×6000mm錨索線配以2m12#槽鋼， 加強(qiáng)支護(hù)，順巷布置三排，前后間距2m，基本控制了頂板及兩幫的變形。而底板數(shù)次臥底后，仍采用混凝土澆筑，澆筑厚度300mm，雖經(jīng)多次維修，如今底板凸形外移，硐室口底板澆筑混凝土成整體抬起，兩側(cè)懸空，里段澆筑底板自巷中分裂開，向兩側(cè)傾斜，而供電設(shè)備放置在澆筑底板上，給安全及生產(chǎn)帶來較大隱患。由于該變電所負(fù)責(zé)南翼一采區(qū)工作面開采、掘進(jìn)及南翼三采區(qū)開拓施工供電設(shè)備存放，要求在不影響生產(chǎn)前提下，保證施工進(jìn)度和底板支護(hù)強(qiáng)度，避免影響采區(qū)生產(chǎn)以及底板再次失穩(wěn)破壞，因此采取有效技術(shù)方案和施工措施勢在必行。

2 底板破壞原因分析

2.1 通過對變電所硐室長期維護(hù)以及破壞情況可以看出，硐室在多次失穩(wěn)維修后，頂幫在錨噴、錨索支護(hù)強(qiáng)有力支撐作用下達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)，而底板只在表面澆筑了一層300mm厚的混凝土，形成頂拱和墻體面強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度高，底板支護(hù)弱特點，為地壓釋放提供了自由面。變電所受到地壓在墻體、頂板反作用下傳遞到變電所底板上，形成應(yīng)力集中，同時由于該區(qū)域巖層破碎、強(qiáng)度低，整體結(jié)構(gòu)差，底板承載能力不足的情況下必然產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致底板破壞鼓起。

2.2 以往硐室底板加固兩側(cè)與硐室墻基之間有較大規(guī)格水溝，并且水溝與墻基之間密貼不嚴(yán)，形成底板澆筑體孤立支撐來自于底板壓力，在自身支撐結(jié)構(gòu)上存在不足，緊靠底板自身及簡單的底板澆注很難滿足較大的支撐力，極易造成底板失穩(wěn)破壞。

2.3 由于兩側(cè)水溝與墻基封閉不嚴(yán)，在以破碎軟巖構(gòu)成底板吸水風(fēng)化后，進(jìn)一步軟化底板，降低底板強(qiáng)度，在自身膨脹作用下使得巷道的底板失穩(wěn)，從而出現(xiàn)底鼓外移現(xiàn)象。

2.4 對底鼓危害性的認(rèn)識不足，底板采用混凝土澆注，在底板與混凝土之間采用砂石鋪墊以減少混凝土的用量，致使混凝土澆注不能實現(xiàn)加固底板的有效作用。

3 底板維修加固方案確定

整修加固方案依據(jù)地質(zhì)資料、硐室破壞情況及破壞原因而制定的。通過多次對周邊大巷及硐室維修情況的調(diào)查，以及對其破壞原因及機(jī)理分析可知，底板的破壞是由多種因素綜合使用的結(jié)果。因此，防止硐室底板破壞也應(yīng)采取多方面的措施，使底板的可塑變形控制在允許的范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)底板出現(xiàn)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。最終確定底板采用錨桿配以鋼帶及澆筑聯(lián)合支護(hù)，加固底板，受施工條件限制并在硐室能施工非對稱卸壓槽。

4 底板加固主要參數(shù)

4.1 底板加固斷面圖圖1

圖1

4.2 底錨及鋼帶

底錨使用φ22×2200mm螺紋鋼錨桿，采用一卷CK2333、一卷Z2360樹脂藥卷全長錨固，錨固力不小于13t，預(yù)緊力不小于300N？M，采用主動加固底板，提高底板支護(hù)強(qiáng)度。底錨間排距840×800mm，靠近兩幫底錨與底板法線成75°夾角斜向兩幫。錨桿外露控制在80mm，在滿足預(yù)緊力要求前提下，盡量增加外露，以便增加底板澆筑長度。同時沿巷道垂向在底錨托噴下用鋼筋連接， 鋼筋使用2mφ14mm梯子鋼帶梁。

4.3 混凝土澆筑

底板采用標(biāo)號200混凝土分次澆筑，澆筑厚度300mm，澆筑前對兩幫底腳及底板進(jìn)行沖刷，確保澆筑體與立墻及底板密貼，同時保證最大限度澆筑底錨，使之與周邊巖層形成一整體，達(dá)到提高巖層強(qiáng)度。

4.4 卸壓槽

通過對此次底板破壞程度及移出量，決定硐室底板施工非對稱卸壓槽，規(guī)格300×300mm（寬×深），卸壓槽周邊裸露，為底壓釋放創(chuàng)造自由面，卸壓槽順巷布置，卸壓槽兩端封閉，嚴(yán)禁積水及空氣排進(jìn)，影響底板強(qiáng)度。

4.5 水溝

為便于積水排除出在硐室底板自巷中以垂巷-3‰坡度施工，根據(jù)實際硐室可能存在最大積水情況，在兩側(cè)施工100×100mm水溝，坡度3‰，以便及時將硐室中積水排除，水溝施工與墻基澆筑100mm，確保澆注與墻基密切。

5 施工工藝優(yōu)化

受施工條件限制，變電所硐室內(nèi)設(shè)備不能實現(xiàn)全部搬遷，防止搬遷中影響生產(chǎn)，同時由于沒有合適硐室臨時存放、安置設(shè)備。因此底板維修采用分次進(jìn)行，自巷中先對存放設(shè)備較少一側(cè)底板進(jìn)行臥底，另一側(cè)臨時放置供電設(shè)備，對于傾斜供電設(shè)備進(jìn)行墊底，保證安置水平，較小設(shè)備集中擺放，必要是對部分開關(guān)進(jìn)行起吊放置，增加放置設(shè)備空間。同時在要求在整修時加大對設(shè)備的保護(hù)及管理工作，確保采區(qū)生產(chǎn)及整修進(jìn)行。卸壓槽在澆注前采用蓋板蓋實，蓋板與卸壓槽周邊澆注嚴(yán)密，保證卸壓槽內(nèi)不漏沙水，隨后沖刷底板及蓋板，進(jìn)行澆注。

6 結(jié)論

將錨桿、澆筑組合成聯(lián)合支護(hù)體系維護(hù)底板，同時利用卸壓槽將維修后底板趨于穩(wěn)定狀態(tài)時，為底壓釋放創(chuàng)造自由面，在較大底板支護(hù)下，控制底板松漲空間。在滿足允許變形情況下，提高底板整體強(qiáng)度，與硐室頂幫形成擴(kuò)大的組合拱，降低了應(yīng)力集中度，也提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，減少了底鼓，降低了硐室維修量，有效避免了生產(chǎn)及安全事故發(fā)生，取得了較好經(jīng)濟(jì)及社會價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《采礦工程設(shè)計手冊》張榮立等主編，煤炭工業(yè)出版社.