泥石流塌方复杂地质条件下的斜井特殊支护及其施工技术

张华

（西藏华泰龙矿业开发有限公司，西藏 拉萨850200）

西藏华泰龙矿业开发有限公司地处青藏高原，是一家采选为一体的大型矿山企业。此胶带斜井掘进工程量为1 527m，开口处海拔为＋4 584．059m，坡度为＋5．24%。掘巷过程中必须通过围岩破碎带、松散砂砾土夹石岩层、涌水量大地段等特殊地段，造成施工难度大且存在较大的安全隐患，如图1所示。通过国内外对于类似工程地质条件下巷道的治理方案、治理对策的研究［1－2］，为了保证斜井工程能够顺利施工，本工程中将注浆、管棚超前支护、二次衬砌三种支护方式合理有效地结合［3－8］，取得了较好的效果，保证了工程的安全快速进行。

1 特殊支护及其施工技术

1．1 中深孔注浆及其施工技术

注浆［3］是利用气压或者液压将浆液通过管路注入到岩层的空隙、裂隙或者空洞中，并将里面的空气从中挤出。该浆液具有一定的胶凝能力，其经扩散、凝固、硬化等物理化学的变化，可将破碎的岩层胶结起来，从而达到改善岩层性能、降低岩层渗透性的目的，并且可提高岩层自身的强度与承载能力，减少岩层变形。

根据工程实际情况采用中深孔工作面全断面高压注浆［7－8］，可以将浆液均匀地注入岩石的裂隙或砂土孔隙中，形成近似球状或柱状注浆体。注浆的浆液在高气压或者高液压的作用下注入岩层的破裂面，利用其良好的胶结性能，将岩块黏结在一起，从而提高其在较大变形范围内的承载能力。进行注浆加固以后，围岩弹性模量提高30%以上，同时也提高了岩石力学参数，为安全顺利地完成施工创造了条件。

中深孔注浆施工流程如下：

1）超前钻探：在钻注浆孔前需要钻凿探水孔，其目的是为了掌握施工面处的工程地质与水文地质条件，了解探测处岩石的完整性、涌水量及涌水压力，并为选择注浆参数及注浆技术提供依据。具体做法为利用钻机在掘进面上向前方钻探大约30m的超前深孔，进行探测和注水试验。

图1 斜井巷道内的破坏现象及引起的泥石流灾害Fig．1 Destructive phenomenon and geological disasters in the inclined drift

2）钻注浆孔：首先钻孔的位置要严格按照设计的要求，保证准确，为了减少钻孔时钻机的振动，需要在打钻时保证钻机尽可能地贴着岩面。在进行钻孔时为了保证钻孔的施工质量需要使用清水钻进，在开孔时要遵守轻减压、慢速度、大水量的原则。当更换钻杆时必须要检查钻杆有无损伤、是否弯曲、钻杆的中心水孔是否堵塞等问题。

3）注浆：根据设计参数配制注浆液，用1mm筛对配制好的水泥浆进行过滤。首先检查注浆管是否有堵塞，确保其通畅时方可接至注浆系统。待接好注浆系统与孔口混合器后方可开启注浆泵。注浆程序如下：要先注入稀浆液后注入稠浆液；注浆量开始要大，之后要减小；首先注入水泥单液浆，然后再注入双液浆。停止注浆的条件是注浆压力达到设计值，并在该值下维持2～3min，且注浆量达到设计要求。将注浆的循环长度控制在8～15m，同时要为止浆岩盘预留2～5m。

4）检查注浆效果：当所有设计的注浆孔注浆完成后，需要对注浆效果进行检查，检查时采用钻取岩芯的方式。若出现浆液扩散不理想、某处的漏水量超过10L／min或者单个钻孔的渗水量超过0．2L／min时，需要针对该孔进行补孔注浆，直至满足设计要求为止。

5）注浆结束标准，结束单孔注浆需要满足以下四个条件：

①注浆压力与注浆量均达到设计要求，并维持该状态不少于10min；

② 结束时进浆量需小于20L／min；

③ 钻孔的涌水量要小于0．2L／min；

④ 钻取岩芯，注浆液要扩散均匀饱满［9－10］。

全段结束注浆需要满足以下条件：首先，所有的注浆孔都达到单孔注浆结束的条件，并且没有漏注现象；其次，浆液在岩层中分布的有效范围能够满足设计的要求，并且注浆完成后每天的涌水量不能大于1m3；可保证洞壁在注入浆液后的岩体开挖时的稳定性［9］。

1．2 管棚超前支护及其施工技术

管棚超前支护［6］是一种支护距离可近可远的支护方法，是指在较为软弱或者破碎岩层中，在巷道工作面开挖前，沿巷道顶部、两帮断面轮廓以一定间距、沿巷道纵向轴线以一定倾斜角布置扩散孔，打入一定直径的钢管，并通过钢管对围岩进行支撑的方法。其刚度较大，控制围岩变形，增加围岩的强度和稳定性，并与围岩共同形成钢管棚架超前支护体系。管棚超前支护构造如图2（a）和图2（b）所示。

1）管棚超前支护施工采用钻孔法，即先采用钻机成孔，然后推入钢管形成管棚。在软弱破碎岩层中，为了克服钻孔卡钻、塌孔等问题，采用水平导向、跟管钻进技术，即钻孔和进管同时进行。钻孔法施工采用的钻机有锚杆钻进、坑道钻机、导向钻机、水平钻机以及专用的管棚台车等。

2）钢拱架及格栅钢架架立：钢拱架（格栅）是根据设计的要求在加工厂分节制作的，将利用胎架分节制造的钢拱架（格栅）运至工作面现场，现场拼装。在现场安装时，测量人员要严格控制架设的中线、高程与垂直度；最后用Φ25mm钢筋将相邻钢架联接成为一体；钢拱架节间采用A20×70AM螺栓连接，骑缝处焊接，边墙底部钢架与钢垫板焊接牢后，安设在中墙施工时预埋的钢垫板上，并进行焊接，所有焊缝都应焊接饱满，不得有虚焊砂眼，将锚杆与钢架格栅焊接连为整体。钢拱架之间的间距为Ⅱ类30～40cm。

图2 管棚支护技术Fig．2 Pipe roof support technology

3）钢筋网的设置：将Φ8mm的钢筋纵横交叉加工成方格网，交叉处用点焊焊接，组成钢筋网。根据现场的具体情况，通过采用与锚杆或者钢支撑（格栅）焊接的方式将钢筋网固定在开挖的轮廓面上，并根据岩面的起伏进行铺设。在不同围岩类别中，Φ8mm钢筋都焊接成10cm×10cm网格，在点焊中不能有虚焊。

1．3 二衬钢筋混凝土支护及其施工技术

二次衬砌支护［5］是在巷道初期支护稳定之后，采用自行式全断面液压模板衬砌台车，合钢模板泵送混凝土入模，插入式振捣棒和附着式振捣器联合振捣。作为巷道正式运营后的重要安全储备的二衬施工对日后有着重要的影响。

二次衬砌钢筋混凝土的厚度为40cm，混凝土强度为C30钢筋混凝土，模板采用自制简易台车模板。根据围岩情况合理选择二次衬砌的时间。初次支护能够保证施工作业安全，二次支护待开挖完成后进行，二次支护可分段多工作面同时施工，每段12m。当围岩十分破碎且涌水量较大时，二次支护要及时跟进。二次支护使用双层钢筋，主筋采用Ф22mm螺纹钢，纵向间距20cm，内层和外层间距为25cm，内外层钢筋之间使用Ф10mm钢筋拉钩连接。环向分部钢筋采用Ф16mm螺纹钢，间距20 cm。钢筋搭接长度均按照国家现行有关规范执行（绑扎搭接长度不小于35×d，单面焊接长度不小于10×d，双面焊接长度不小于5×d。d为钢筋直径）。二次衬砌钢筋绑扎现场照片如图3。最终支护断面图如图4所示。

图3 二次衬砌钢筋绑扎图Fig．3 The secondary lining steel binding

图4 泥石流软弱围岩最终支护断面图Fig．4 Mudslides ultimately support in weak rock profile

2 结论

根据西藏华泰龙矿业开发有限公司露天胶带斜井泥石流塌方的软弱围岩地质条件，采用对软弱岩层进行注浆、管棚超前支护以及二次衬砌支护的特殊支护方式，改善了围岩力学性质，发挥围岩自稳能力，极大地改善了巷道掘进的施工环境，保证了矿山施工的顺利进行，并且利用此三种支护的结合，有效地解决了泥石流塌方复杂的地质条件下巷道支护的技术难题，为复杂地质条件下巷道的支护方式选择提供借鉴和参考。

［1］ 何满潮，谢和平，彭苏萍，等 ．深部开采岩体力学研究［J］．岩石力学与工程学报，2005，24（16）：2803－2813．

［2］ 何满潮，孙晓明．中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南［M］．北京：科学出版社，2004．

［3］ 刘泉声，卢超波，刘 滨，等 ．深部巷道注浆加固浆液扩散机理与应用研究［J］．采矿与安全工程学报，2014，31（3）：333－339．

［4］ 铁道部第二勘测设计院 ．铁路工程设计技术手册—隧道［M］．修订版 ．北京：中国铁道出版社，1999．

［5］ 叶书麟 ．地基处理工程实例应用手册［M］．北京：中国建筑工

［6］ 林希鹤，卢清国，马艳春 ．超前管棚支护在隧道工程中的应用［J］．铁道建筑，2006（8）：58－60．

［7］ 王 乾，曲立清，郭洪雨，等 ．青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术［J］．岩石力学与工程学报，2014，30（4）：790－802．

［8］ 李术才，张 宵，张庆松，等 ．地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究［J］．岩石力学与工程学报，2011，30（12）：2377－2396．

［9］ 金美海 ．高速铁路隧道穿越富水大断层施工灾害控制研究［D］．重庆：重庆交通大学，2007．

［10］ 赵顺义 ．山岭公路隧道的水害研究与处治［D］．重庆：重庆交通大学，2008．