高应力围岩岔口段施工优化研讨

张 鹏

(兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

矿建工程中，尤其是中段或分段工程中，都设计了大量的岔口段工程或岔口挑高段工程，并由此形成了岔口段工程群。大量工程支护实践证明，岔口段工程的设计质量、施工质量直接决定着整个中段或分段等工程的质量。岔口处形体复杂，应力集中突出，如岔口发生严重变形，则会引发岔口段工程前后10m左右的工程也发生较严重的变形破坏，在整个中段或分段将形成以岔口段工程为核心的变形开裂带，而岔口段返修量、支护难度大、成本高、效率低，施工安全质量难以保证。因此，优化岔口段工程或岔口挑高段工程施工方法，对控制整个中段变形将起到重要作用。现以笔者参建的金川矿建工程龙首矿、二矿、三矿范围内施工的部分高应力围岩条件下岔口段工程或岔口挑高段工程经优化后所取得的明显技术经济效果为例。详细阐述施工优化的过程：

1 岔口段工程变形破坏的调研分析

2006 年以来，针对金川矿建龙首矿、二矿、三矿范围内施工的部分高应力围岩下岔口段工程或岔口挑高段工程的变形破坏，笔者进行了较全面、系统的现场调研与分析，通过分析初步确定了岔口段工程产生变形破坏的主要原因。具体如下：

(1)岔口段工程或岔口挑高段工程设计的初次支护与围岩强度、刚度是不相耦合的，造成围岩变形移动难以有效缓解、控制，致使围岩失稳，支护体变形破坏;

(2)岔口段工程或岔口挑高段工程暴露面积大、空间大，围岩本身产生的重力荷载大，加之原岩应力集中，致使一次支护体过载破坏;

(3)岔口段工程或岔口挑高段工程往往实施的时间较长，造成较大的围岩变形应力和较大的重力荷载长时间施加在微弱的初次支护体上，致使初次支护变形破坏失效，无法与二次支护共同持力;

(4)岔口段工程或岔口挑高段工程变形开裂没有得到有效控制，致使以其为中心交汇各巷道10m左右工程段应力重新分布，加之其前后段没有特殊加固措施，由此引发连锁破坏;

(5)岔口段工程或岔口挑高段工程开口时机不当，往往在进入岔口段一次支护后便急于左右开岔，造成应力重新分布，引发变形破坏。

2 高应力岔口段施工优化选取试验

(1)试验模型构造

由于施工图设计给予的支护形式，可按围岩情况现场选取。所以按双层喷锚网+注浆和喷锚网+单筋砼+注浆两种支护形式，同时分三种工艺顺序，即(1)普通掘进施工顺序即遇岔口开岔口一次掘进一次支护完成，之后进行二次支护施工。(2)不急于开岔口，先按正常掘进支护挑高通过岔口，并对岔口前后10m范围进行二次支护并采取注浆后回头进行左右开岔并顺序支护。(3)不急于开岔口，先按正常顺序掘进支护挑高通过岔口，除对岔口前后10m范围进行二次支护并采取注浆外，对岔口挑高段亦先进行注浆加固，而后进行左右开岔并顺序施工。所以，合计选取6个试验岔口。在按以上支护形式和工艺顺序分别施工后进行了分别检测观察。

(2)岔口段加强支护收敛检测设计

本次巷道收敛监测断面采用了三点布设，A、C为水平对称测点，距底板1.5m，B测点为巷道拱顶中央测点。A、B、C三测点在同一垂直断面上(如图1所示)。

在同一工程地质岩石组条件下，沿脉道方向上两监测断面间距控制在10～15m，在穿脉道方向，岔口一侧按均布原则至少布设两个监测断面。

(3)收敛监测断面测点材料及安装方法

测点锚固头材料：巷道收敛监测断面测点锚固头的就地取材，即为用于巷道支护的锚杆，长度800～1000mm，一端打磨光滑，端头横断面与螺纹钢轴向垂直。

安装方法：巷道初次支护时，按锚杆支护正常的施工顺序进行打眼，与其他支护锚杆同时安装。安装测点锚固头，锚固头打磨光滑一端在外(指向巷道临空面方向)。采用树脂锚固剂全长锚固(如图1所示)。

图1 巷道收敛监测点锚固头安装示意图

3 确定耦合支护形式和最优施工工艺顺序

经过较长时间的收敛监测，最终在AC间的相对收敛速率≤0.02mm/d时，断面停止了监测。根据收敛监测数据对比，不同支护形式下，以收敛值小、收敛稳定时间最短为验证标准。最终得出结论的最优施工工艺顺序为以上第3种支护顺序，即，不急于开岔口，先按正常顺序掘进支护挑高通过岔口，除对岔口前后10m范围进行二次支护并采取注浆外，对岔口挑高段亦先进行注浆加固，而后进行左右开岔并顺序施工。至于较优的支护形式，根据此次试验结果的异同，还进行了几次针对性试验验证。最终发现，支护形式在拱部围岩优于两帮围岩持力能力时以双层喷锚网+注浆形式为宜，这样在巷道收敛时由于属柔性支护，巷道两帮应力更易均匀传递释放，不至于产生较大应力集中收敛变形部位。在两帮围岩优于拱部围岩持力能力时以喷锚网+单筋砼+注浆形式为宜，可充分发挥两帮单筋砼在竖向荷载下的刚性抗压能力，减少收敛变形，但须注意混凝土浇筑中对拱顶一定做到密实接顶，方可实现支护目标。

高应力围岩下岔口施工难点突出。所以以上不失为一种值得借鉴的研究方法，但针对具体不同地区围岩特点，难免共性和个性同在，可能所得结论亦不尽相同。但在具体施工监理中，在现有设计支护不变的前提下，做好设计支护形式的合理选取是最直接也最经济的做法。

［1］《矿山采矿设计手册》中国矿业大学出版社

［2］《铁路工程设计技术手册》中国铁道出版社