張新社， 趙洪顯， 張大乾， 史永安

(金川集團(tuán)股份有限公司, 甘肅 金昌 737100)

1 前言

金川龍首礦1 340m中段卸礦車場(chǎng)工程是金川集團(tuán)公司重點(diǎn)技術(shù)改造項(xiàng)目之一。該工程部分掘進(jìn)斷面分別為10.17m×6.075m、12m×7.6m、13.25m×8.1m，共計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為110m，支護(hù)型式均為雙層噴錨網(wǎng)+雙筋砼。其中噴錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用φ18mm螺紋鋼制作，長(zhǎng)度L=2.25m，排間距L=1 000mm×1 000mm，梅花形布置，采用水泥∶砂=1∶1的砂漿全長(zhǎng)錨固，錨桿緊固端采用滾壓直螺紋，并配套相應(yīng)的螺帽，墊板為δ=10mm普通鋼板制作的墊板，墊板尺寸為200mm×200mm，金屬網(wǎng)用φ6.5mm鋼筋在地面根據(jù)施工需要焊制，網(wǎng)度150mm×150mm，雙層鋼筋混凝土支護(hù)參數(shù)為主筋采用φ25mm的螺紋鋼，間距250mm；副筋采用φ18mm的螺紋鋼，間距250mm；箍筋采用φ8mm的圓鋼，間距750mm；澆筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，支護(hù)厚度500mm，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚40mm，鋼筋綁扎連接搭接長(zhǎng)度為鋼筋直徑的40倍。這種較大斷面巷道的施工在金川礦山也是極少，在首次方案論證后施工該大斷面時(shí)采用上下行分層施工，同時(shí)在施工過(guò)程中揭露的圍巖情況來(lái)看，該地段圍巖為極其破碎的混合巖和片麻巖，并伴有淋水。在巷道掘進(jìn)時(shí)雖然采取了U型鋼拱架+超前管棚+超前預(yù)注漿+短掘短支的掘進(jìn)工藝，但是巷道斷面跨度較大，在掘進(jìn)過(guò)程中還是發(fā)生了冒落，冒落長(zhǎng)度約為9m，預(yù)計(jì)總冒落量為1 200m3，處理冒頂時(shí)間長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月之久。故原有的施工工藝已不能滿足掘進(jìn)此類大斷面工程的需要，需對(duì)原有的施工工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 施工總體思路

在破碎巖層條件下大硐室施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，工程現(xiàn)場(chǎng)決定采用2m3鏟運(yùn)機(jī)出渣，經(jīng)臨時(shí)轉(zhuǎn)載硐室后裝入6m3梭車運(yùn)至斜坡道翻卸硐室，再經(jīng)汽車通過(guò)井下斜坡道運(yùn)至地表。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖層情況和超大斷面施工特點(diǎn)，在確定施工工藝和技術(shù)方案時(shí)要重點(diǎn)考慮以下問(wèn)題。

(1)巷道斷面較大，一次開(kāi)挖成形或小斷面導(dǎo)硐法施工后再擴(kuò)刷成形均存在支護(hù)不能及時(shí)跟進(jìn)，對(duì)施工安全造成較大隱患，這兩種方案均不適用，必須考慮分層施工。

(2)影響巷道穩(wěn)定性的因素：考慮到巖石性質(zhì)和巖體性質(zhì)、巷道布置和開(kāi)挖順序、巷道規(guī)格尺寸、支護(hù)材料和參數(shù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、施工工藝和施工質(zhì)量等[1]，因此，需要對(duì)巖石進(jìn)行必要的分析和了解，合理確定支護(hù)各種參數(shù)顯得尤為重要。

(3)巷道位于破碎巖體中，進(jìn)行開(kāi)挖爆破對(duì)圍巖震動(dòng)破壞比較嚴(yán)重，容易出現(xiàn)垮落和巷道過(guò)大變形，控制圍巖穩(wěn)定性和提高圍巖自身的強(qiáng)度和承載力是施工的關(guān)鍵[2]。因此，必須采取各種聯(lián)合支護(hù)手段，達(dá)到先抗后讓、強(qiáng)支弱護(hù)、避免松動(dòng)。

(4)為了保證施工安全順利進(jìn)行，需要做好材料檢驗(yàn)、措施到位、人員培訓(xùn)、制度健全等事前控制工作，做好施工機(jī)械、施工工序、施工作業(yè)監(jiān)督檢查等事中控制工作，做好隱蔽工程驗(yàn)收、竣工驗(yàn)收等事后控制工作，并嚴(yán)格控制爆破，及時(shí)進(jìn)行加固圍巖和支護(hù)，嚴(yán)格控制工程質(zhì)量。

3 方案實(shí)施

3.1 原方案實(shí)施情況

原方案將硐室分為兩層，上分層層高3m，下分層層高3.075m。按照上下分層前后相距2m的要求進(jìn)行掘進(jìn)。利用毛石做平臺(tái)，施工上分層時(shí)先打設(shè)超前管棚，再進(jìn)行爆破作業(yè)。爆破后，及時(shí)進(jìn)行素噴，噴層厚度為50mm。然后架設(shè)拱頂部分U鋼拱架和噴錨網(wǎng)支護(hù)。上分層在前掘3m后，再開(kāi)始進(jìn)行下分層的掘進(jìn)。掘進(jìn)時(shí)，采用短掘短支的掘進(jìn)方式，每炮進(jìn)尺保證在1m左右。在下分層掘進(jìn)結(jié)束后，對(duì)施工完的3m巷道進(jìn)行雙筋混凝土套砼。由于受方案工序的影響，強(qiáng)度較高的雙筋混凝土支護(hù)未能及時(shí)跟進(jìn)作業(yè)面，導(dǎo)致發(fā)生冒頂。

3.2 調(diào)整后方案

針對(duì)大斷面施工工藝中存在的問(wèn)題提出了以下的調(diào)整方案：(1)將原方案上下分層更加細(xì)化。把原來(lái)的上分層分為1、2開(kāi)挖區(qū)，下分層分為3、4、5開(kāi)挖區(qū)。(2)及時(shí)跟進(jìn)強(qiáng)度較大的雙筋混凝土支護(hù)。在區(qū)域1、2開(kāi)挖3m后及時(shí)將上分層進(jìn)行雙筋砼支護(hù)，待區(qū)域1、2區(qū)套砼后，再對(duì)區(qū)域3開(kāi)挖并套砼，區(qū)域4開(kāi)挖并套砼,最后開(kāi)挖區(qū)域5。(3)繼續(xù)采用原方案中的短掘短支、超前管棚、U鋼拱架等預(yù)防片幫、冒頂措施之外，增加對(duì)區(qū)域1、2開(kāi)挖前的超前預(yù)注漿。(4)每個(gè)區(qū)域開(kāi)挖1m后，并完成一次噴錨網(wǎng)支護(hù)，對(duì)開(kāi)挖的每個(gè)區(qū)域緊跟壁后注漿穩(wěn)固圍巖。(5)雙筋混凝土襯砌結(jié)束后，再一次對(duì)混凝土壁后注漿加固。具體施工工序如圖1所示，圖中區(qū)域1、2、3、4、5為開(kāi)挖區(qū)。

施工過(guò)程中為了保證注漿質(zhì)量和效果，嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，采取全過(guò)程監(jiān)控，保證每班都有專人在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，并如實(shí)填寫(xiě)注漿施工記錄。

圖1 施工工序圖

3.3 施工工藝過(guò)程

開(kāi)挖施工順序：預(yù)注漿→超前管棚→區(qū)域1開(kāi)挖→左拱支護(hù)及邊墻臨時(shí)支護(hù)→壁后注漿→工字鋼支撐→區(qū)域2開(kāi)挖→右拱支護(hù)→壁后注漿→拱部二次錨網(wǎng)噴支護(hù)→區(qū)域3開(kāi)挖→左邊墻錨網(wǎng)噴支護(hù)→壁后注漿→區(qū)域4開(kāi)挖→右邊墻錨網(wǎng)噴支護(hù)→壁后注漿→全斷面雙筋混凝土支護(hù)→混凝土壁后注漿撤除支撐立柱→開(kāi)挖區(qū)域5。以上為一個(gè)“掘進(jìn)—支護(hù)”循環(huán)，套砼支護(hù)完畢后，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。每一循環(huán)實(shí)施超前預(yù)注漿，支護(hù)后實(shí)施壁后注漿，注漿前對(duì)工作面需施工噴砼止?jié){墊，以防止跑漿。

上分層先掘進(jìn)區(qū)域1，進(jìn)尺控制在1m，具備施工空間即可。開(kāi)挖后，先對(duì)工作面及邊墻進(jìn)行50mm厚的素噴，然后對(duì)左拱部施工鋼拱架、錨網(wǎng)噴支護(hù)，右邊墻施工臨時(shí)單層噴錨網(wǎng)支護(hù)，并使用I20a的工字鋼作為立柱支撐拱架。

區(qū)域1施工完畢后，施工區(qū)域2。由于區(qū)域2是冒落區(qū)，故盡量使用風(fēng)鎬開(kāi)挖，減少爆破，以防止圍巖松動(dòng)，再次冒落。若風(fēng)鎬無(wú)法施工，再進(jìn)行爆破作業(yè)，但必須控制裝藥量，放小炮，松動(dòng)巖石后再使用風(fēng)鎬開(kāi)挖，保證安全?？刂七M(jìn)尺在1m，原則上為具備施工空間，能立拱架即可。掘進(jìn)完畢后，立即進(jìn)行鋼拱架、錨網(wǎng)噴支護(hù)。區(qū)域2支護(hù)完畢后，對(duì)整個(gè)拱部施工二次錨網(wǎng)噴支護(hù)。

區(qū)域3和區(qū)域4施工可以爆破掘進(jìn)，但必須放小炮，開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)邊墻。區(qū)域5作為預(yù)留支撐臺(tái)，可以不做臨時(shí)支護(hù)。待全斷面套砼完畢后開(kāi)挖，區(qū)域3和區(qū)域4的渣石可以作為下一循環(huán)施工平臺(tái)。

套砼施工順序：預(yù)注漿→超前管棚→區(qū)域1開(kāi)挖→左拱支護(hù)及邊墻零時(shí)支護(hù)→壁后注漿→工字鋼支撐→區(qū)域2開(kāi)挖→右拱支護(hù)→壁后注漿→拱部二次錨網(wǎng)噴支護(hù)→區(qū)域1、2永久襯砌→區(qū)域3開(kāi)挖→左邊墻錨網(wǎng)噴支護(hù)→壁后注漿→區(qū)域3襯砌→區(qū)域4開(kāi)挖→右邊墻錨網(wǎng)噴支護(hù)→壁后注漿→區(qū)域4永久襯砌邊墻注漿→開(kāi)挖區(qū)域5→混凝土壁后注漿。

以上施工工藝采用混凝土輸送泵加料，上下接茬處提前預(yù)留鋼筋接頭，并使上下接茬縫成楔形，能夠滿足上下層混凝土緊密接觸，并用混凝土振動(dòng)棒進(jìn)行振搗使混凝土密實(shí)，同時(shí)，最后一?；炷良尤?%的微膨脹劑，減少拱部支護(hù)體不均勻沉降和混凝土凝固徐變收縮的問(wèn)題。

4 采取的主要支護(hù)措施

(1)超前預(yù)注漿。上部開(kāi)挖前，在拱頂和側(cè)幫布置注漿鉆孔，并安裝注漿管進(jìn)行預(yù)注漿，以起到補(bǔ)強(qiáng)加固圍巖的作用。注漿管采用壁厚6mm的φ32mm無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)度3m，一頭加工絲扣，與注漿閥門或快速接頭連接，間距2m，排距2m。注漿材料采用普通水泥漿液，在注漿的初始階段,水泥漿一般采用高濃度比例,水灰比為1∶1, 這是為了便于在巷道輪廓線區(qū)迅速凝固, 后期一般采用低濃度比例,水灰比為3∶1，這一階段的注漿是要起補(bǔ)注、加固、擴(kuò)大注漿范圍的作用。另外在注漿過(guò)程中通過(guò)注漿所呈現(xiàn)的壓力及時(shí)調(diào)整水泥漿的濃度。

(2)超前管棚。超前管棚支護(hù)主要是針對(duì)頂部巖石，可有效控制開(kāi)挖過(guò)程中引起頂板巖石松動(dòng)和進(jìn)一步垮落，達(dá)到護(hù)頂?shù)淖饔?，保證施工安全，同時(shí)必須保證每次掘進(jìn)均在超前支護(hù)的范圍內(nèi)。超前管棚采用壁厚4mm的φ25mm焊管，長(zhǎng)度3m，布置在巷道輪廓線以外，角度呈5°～10°，間距100mm。

(3)素噴混凝土和錨網(wǎng)噴射混凝土。素噴混凝土能夠快速地提供連續(xù)的支撐力，短時(shí)間內(nèi)改變圍巖的受力狀態(tài)，阻止變形的發(fā)展，避免圍巖的松散、脫落和風(fēng)化；錨網(wǎng)噴噴射混凝土中錨桿起到懸吊作用、組合梁作用、擠壓加固作用、減跨作用、圍巖補(bǔ)加固作用；噴射混凝土起到進(jìn)一步封閉圍巖防治風(fēng)化作用、密填巖體整體補(bǔ)強(qiáng)作用、共同承載作用；金屬網(wǎng)提高噴射混凝土的抗剪、抗拉強(qiáng)度。

(4)鋼拱架支護(hù)。大大提高了支護(hù)的承載能力，同時(shí)剛度加強(qiáng)、抗屈服能力也得到提高。鋼拱架采用U25型鋼制作，間距0.5～1m。拱架之間采用φ18mm螺紋鋼制作的拉桿相互連接固定，每架拱架施工雙抱腿彎鉤錨桿固定，水泥藥卷錨固，間距1m。

(5)壁后注漿。在上部錨網(wǎng)噴支護(hù)完成后及時(shí)進(jìn)行壁后注漿達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的目的。雙筋混凝土施工完成后再進(jìn)行一次壁后注漿，確保支護(hù)的穩(wěn)定性。

5 取得的成效

(1)將大斷面分為上下兩層，上分層分為1、2開(kāi)挖區(qū)，下分層分為3、4、5開(kāi)挖區(qū)，同時(shí)采用預(yù)注漿、超前管棚、鋼拱架等超前措施，開(kāi)挖后分區(qū)及時(shí)跟進(jìn)強(qiáng)度更高的雙筋混凝土支護(hù)，從而保證了施工安全，確保了大斷面施工順利進(jìn)行。

(2)異性組合拱架的運(yùn)用，對(duì)每個(gè)分區(qū)加工斷面規(guī)格所需鋼拱架，解決了大斷面拱架一次架設(shè)中因重量較大、難以一次架設(shè)成形的問(wèn)題。

(3)運(yùn)用新型設(shè)備加快巷道混凝土支護(hù)，巷道在施工鋼筋混凝土支護(hù)時(shí)，由于斷面大、人工能力有限，在施工中采用混凝土輸送泵，加快了施工進(jìn)度，保障了施工質(zhì)量，同時(shí)也節(jié)省了人工。

(4)及時(shí)進(jìn)行了永久支護(hù)，減少了冒落區(qū)柔性支護(hù)自由變形的時(shí)間,防止大硐室變形過(guò)大。按照改進(jìn)后的施工工藝，未發(fā)生片幫、冒頂，巷道施工實(shí)體質(zhì)量達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也縮短了施工工期。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)該施工工藝方案的運(yùn)用，較好地解決了破碎巖體中大斷面工程安全、高效施工的問(wèn)題。

(2)該方案的成功實(shí)施，為今后類似工程的施工提供了較為成熟的方案和途徑。