高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

超前管棚支護(hù)技術(shù)在井巷斷層破碎帶中的應(yīng)用

高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

論述了超前管棚支護(hù)技術(shù)在斷層、破碎帶等不良地質(zhì)條件下的應(yīng)用，以田興鐵礦大賈莊為例，該礦在進(jìn)風(fēng)井施工中穿越斷層、破碎帶等不良地質(zhì)，采用了超前管棚支護(hù)技術(shù)，取得了較好的支護(hù)效果。

超前管棚支護(hù) 斷層破碎帶 巷道掘進(jìn)

河北鋼鐵集團(tuán)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(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2 000萬t/a，是目前國內(nèi)最大的在建地下鐵礦。礦區(qū)地下水量豐富，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道掘進(jìn)過程中多遇斷層、破碎帶等不良地質(zhì)條件。

大賈莊進(jìn)風(fēng)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(zhì)泥巖，遇水軟化，揭露后自行坍塌。該斷層沿巷道掘進(jìn)方向斜向發(fā)育，主要巖性為黑云斜長變粒巖，變質(zhì)程度較淺、成分簡單，顆粒較細(xì)，產(chǎn)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(dá)82.8 m3/h。為保證進(jìn)風(fēng)井順利掘進(jìn)，采用了超前管棚支護(hù)技術(shù)。

1 超前管棚支護(hù)

超前管棚支護(hù)技術(shù)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(nèi)，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(cè)墻預(yù)支護(hù)

根據(jù)已揭露斷層巖石產(chǎn)狀及設(shè)計(jì)巷道的規(guī)格，大賈莊進(jìn)風(fēng)井-475 m采取的門型結(jié)構(gòu)配置[1]如圖1。管棚鋼管結(jié)構(gòu)如圖2所示。

采用雙漿液注漿形成帷幕，支護(hù)斷面依據(jù)刷大后的斷面進(jìn)行施工，直至通過破碎帶后恢復(fù)至巷道設(shè)計(jì)斷面。

1.2 短掘短支[2]

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

圖1 門型管棚結(jié)構(gòu)(單位：mm)

圖2 管棚鋼管結(jié)構(gòu)(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(cè)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(shè)，L=3 000 mm，并與臨近的拱架焊接；沿拱架內(nèi)側(cè)鋪設(shè)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?qū)⒐凹苓B接，形成閉合受力環(huán)，后進(jìn)行噴射混凝土C30支護(hù)，厚度400 mm，預(yù)埋導(dǎo)水管將涌水處地下水導(dǎo)出，待全部通過斷層破碎帶后注漿封堵涌水。

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錨網(wǎng)、錨桿聯(lián)合支護(hù)斷面見圖3，超前管棚支護(hù)見圖4。

2 施工流程

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

圖3 錨網(wǎng)、錨桿聯(lián)合支護(hù)(單位：mm)

圖4 超前管棚支護(hù)(單位：mm)

(1)在超前支護(hù)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(cè)打φ16 mm 樹脂錨桿固定拱架，選用Y28氣腿式鑿巖機(jī)，φ70 mm 牙輪鉆頭，沿工字鋼腹部預(yù)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證鋼管端頭推至孔底，成孔后清除孔內(nèi)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(nèi)，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(yù)裂爆破或弱爆破方式掘進(jìn)，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(chǎn)生擾動。然后每隔500 mm支護(hù)一榀拱架，沿拱架兩側(cè)打設(shè)樹脂錨桿將拱架固定，底拱安設(shè)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(shè)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(hù)好后進(jìn)行錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。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(shè)計(jì)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(shí)。

沿拱部及側(cè)墻徑向打φ16 mm樹脂錨桿，按照(環(huán)×縱)500 mm×500 mm進(jìn)行梅花型布設(shè)、L=3 000 mm，并與臨近的拱架焊接；沿拱架內(nèi)側(cè)鋪設(shè)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(gè)掘砌循環(huán)控制在1 m之內(nèi)，4個(gè)循環(huán)后重復(fù)進(jìn)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(shí)，超前管棚需設(shè)置兩層，層間距250 mm并交錯布設(shè)；拱架按縱向距離250 mm支護(hù)，并增設(shè)徑向φ42 mm×4 mm注漿導(dǎo)管對圍巖進(jìn)行注漿固結(jié)，(環(huán)×縱)800 mm×800 mm梅花型布設(shè)，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(jié) 語

田興鐵礦大賈莊進(jìn)風(fēng)井掘進(jìn)中遇巷道斷層破碎帶段，采用超前管棚注漿預(yù)支護(hù)加固和錨網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)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(hù)在江陰隧洞塌方處理施工中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2010(9):208-210.

[2] 錢云東，張 英.超前管棚支護(hù)技術(shù)在賓瑪?shù)盟淼肋M(jìn)出口淺埋段中的應(yīng)用[J].水電施工技術(shù)，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)。