复杂山体平硐施工技术

张春智

(咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712000)

1 工程概况

工程建设地位于四川省宜宾市珙县巡场镇，依据已有地质勘探资料，平硐出口埋深3～20m段属岩溶发育区，岩体中等风化，裂隙较发育，岩体极不稳定，开挖时易发生崩塌和掉块，工程稳定性差，属Ⅳ类围岩。平硐硐身围岩主要为页岩和灰岩，岩石坚固性系数f=11，属Ⅱ～Ⅳ类围岩；断层破碎带，岩体破碎，裂隙发育，可归为Ⅳ、Ⅴ类围岩。

现场调查，岩层垂直裂缝较发育，主要为大气降雨及地下水渗入的通道，山体内岩溶沿此方向发育，山体内有一因矿石开发而出露的溶洞，溶洞长约50m，走向北东50°，与坡向一致。平硐长733.6m，坡度1°，宽4.4m，高3.45m，掘进断面面积13.77m2。围岩分段情况如表1。

2 平硐施工技术

2.1 硐口形成

根据工程概况，平硐硐口施工具体方法为：清除硐口附近植被，测量定位放线，装载机清运硐口岩堆后开挖硐口，大块岩石利用手风钻穿孔爆破。根据硐口地质和围岩情况确定进硐点，硐口至进硐点间采用明槽方式，明槽边坡1∶0.25。

2.2 硐身掘进

平硐硐身掘进主要利用4台YT- 28型气腿凿岩机同时凿岩，凿孔完毕后，装药、堵塞、连线，经检查无漏装、错装、连线正确后，非电导爆管雷管引爆乳化炸药卷、光面爆破一次成巷。平硐灰岩、页岩(围岩)掘进炮孔布置如图1和图2。炮孔排列及装药量如表2。

2.3 平硐支护

依据平硐围岩地质条件，采取锚喷支护、混凝土浇注联合支护方式，其中锚喷支护随平硐掘进而跟进。

表1 围岩分段情况

图1 灰岩围岩平硐掘进炮孔布置图

图2 页岩围岩平硐掘进炮孔布置图

表2 炮孔排列及装药量

2.3.1 锚喷支护

初次喷混凝土(C25)完成后，厚度5cm，YT- 28凿岩机按横向、纵向1.8m间距，孔径φ42mm、深2.5m凿锚杆孔，注浆机注入C25砂浆，孔内注满即打入φ22mm钢锚杆，随后挂网进行二次喷浆，厚度5cm。锚喷支护顺序如图3，支护施工布置如图4。

图3 锚喷支护顺序

图4 锚喷支护施工布置图

2.3.2 平硐混凝土浇注支护

平硐口设搅拌站，JS500型搅拌机搅拌混凝土，混凝土配比根据设计要求配制。滑动支撑组合钢模板(150m2)，30m3/h的混凝土输送泵输送混凝土入模。采用HZ- 50型插入式振捣棒振捣，自然养生。防排水混凝土施工缝设止水带，铺设纵横管沟，与硐内排水沟相连通。平硐混凝土支护顺序如图5，浇注支护施工布置如图6。

图5 平硐混凝土浇注支护顺序

图6 平硐混凝土浇注支护施工布置图

3 特殊段施工技术

3.1 围岩破碎带超前小型导管注浆法

平硐掘进期遇围岩破碎带宜采取超前小型导管注浆法处理，其施工工艺如下。

喷射50mm厚度混凝土封闭工作面，支HEB100型金属支架，确保支腿稳固，拱、墙部与围岩密实接触；YT- 28气腿式凿岩机凿注浆机孔，交错布置两排，其中第一排上倾10°，第二排上倾15°，孔距400～500mm，排距300～400mm；安装超前φ38mm小型钢管，长度3m左右，钢管周壁钻φ10mm的孔。喷80～100mm厚度止浆墙，单液水泥浆液(加早强剂)注浆作业，作业初压0.1～0.3MPa。注浆后，视地压情况，用风镐或减弱装药量爆破进行开挖。每开挖600～800mm支一榀金属支架。开挖2m左右重复以上作业。施工布置如图7所示。

图7 超前小型导管注浆法施工布置图

3.2 围岩冒顶人工假顶法

平硐掘进期遇围岩冒顶宜采取人工假顶法处理，其施工工艺如下。

采用砌石封闭工作面，预留注浆孔。注浆浆液视涌水情况选用单液水泥浆液(加早强剂)或水泥—水玻璃浆液。视现场凝结情况，合理进行风镐或减弱装药爆破掘进。每开挖600～800mm进行金属支架支护，喷射混凝土跟进，视地压情况进行短掘短砌作业。人工假顶法施工如图8所示。

图8 人工假顶法施工布置图

3.3 穿越溶洞插板法

平硐掘进期遇溶洞宜采取插板法处理，其施工工艺如下。

预留出足够的混凝土支护厚度，用圆木搭设成梯形支架。顶部用5cm厚木板或φ16mm半圆木插入，插板间隙20～30cm，木柱间距0.5m，插板长2.5～3.5m。插板上及缝隙充填竹片、荆芭，以阻挡下滑淤泥及碎石。施工布置如图9所示。

图9 插板法施工布置图

4 施工过程控制措施

(1)硐口位置采用高精度电子全站仪、红外测距仪、水准仪精确测定，进行平硐贯通定位测量。平硐施工中心线及纵坡高程用激光指向仪控制。每掘进50m，由测量人员通过全站仪校正一次，每100m在硐内地板上建立测量控制钢板桩。另外，现场技术员每10m在墙壁上画一个桩号，以便随时掌握进度。

(2)平硐掘进作业面(Ⅱ、Ⅲ级围岩)宜采用全断面光面爆破一次成型，Ⅳ、Ⅴ级围岩宜采用全断面减弱爆破一次成型，工艺控制超欠挖±10cm。凿岩作业由技术员按施工方案现场布设孔位，保证钻孔准、平、齐、直。

(3)平硐锚喷支护确保锚杆眼尽量与岩层交叉，钢筋质量符合要求，拱、墙喷浆厚度足够，硐壁有大面积细微渗水时，喷头宜靠近硐壁；硐壁大面积渗水时，宜从小处逐步往大处喷，把水赶到一两个集中出水处，插入导管；如果是裂隙涌水，用红胶泥或水泥掺水玻璃封堵，把水赶到集中点，水管导水，随后喷混凝土；涌水量很大时，宜采用预注浆先堵水，然后进行锚喷作业。喷射作业过程中要时刻注意设备风压平衡，准确掌握停开顺序，杜绝胶管出现弯曲和硬弯。操作工须随时观察围岩、喷层厚度、回弹、粉尘等情况，以便及时调整配比。

(4)平硐衬砌采用滑动支撑、混凝土输送泵浇注工艺。施工期须严格控制原材料、混凝土配合比、混凝土搅拌、钢筋绑扎、模板支撑和混凝土振捣等各项工序的质量，并做好砂石、钢筋、水泥、混凝土和试块检测记录。设止水带，铺设纵、横管沟，与硐内排水沟相连通。

(5)对于围岩破碎、冒顶且含水量大的施工段，宜用超前探孔探明含水和破碎情况。有突水、突泥可能发生时，宜先采用预注浆堵水，然后锚喷或砌石密闭作业面，固结不稳定围岩，锚杆锚固牢靠、喷浆、砌石厚度和材料配比科学合理，金属支架支腿支撑必须落到基岩，并与围岩背实。插板法处理涌水量大、充填碎石、粘土且呈可流动性溶洞时须确保预留出足够的混凝土支护厚度，圆木、木板及辅助材料数量充足、质量合格，插板间隙和木柱间距符合设计要求；处理含水量小、无充填物或部分充填淤泥且小溶洞时须进行混凝土支护，确保混凝土支护厚度、强度符合实际要求，拱空区视具体情况不支护或充填灌浆处理。

(6)合理选择、布置风机，加强风机、风筒的日常维护管理，防止漏风，备置风、电闭锁装置，使巷道始终保持新鲜风流。

(7)在设备材料堆放场地周围开挖或砌筑截、排水沟，保证排水畅通。预备雨前的覆盖材料(帆布、塑料布等)。露天堆放的设备、材料垫高到离地面一定高度，防潮设备用苫布覆盖，防止日晒雨淋。

5 结语

(1)采用上述平硐掘进分段微差爆破技术工艺与对应控制措施后，从施工现场效果看，未出现盲炮、断爆现象及次生冒顶、片帮事故，半孔率好，炮孔利用率高达92%，平硐成型断面轮廓线整齐，形成了平顺、整齐的硐壁，超欠挖均在10cm以内。

(2)锚喷法、混凝土浇注法两种成熟支护技术与相关对应控制措施的应用，不仅满足了建设、设计和监理单位的要求，而且确保了人员、设备的安全，更重要的是使生产线持续化。

(3)小型导管注浆法、人工假顶法、插板法等特殊施工工艺的合理选择与应用不仅为平硐的贯通工期提供了保障，而且为项目后期的支护作业提供了安全、稳定的作业环境。

(4)项目所处地工程、水文、环境地质条件复杂，山体内涌水、破碎带、冒顶、溶洞均有不同程度的显现，自项目竣工至今已有10余年，平硐从未出现坍塌、出水、硐壁变形等现象，证明上述平硐施工工艺可行，可为类似项目提供借鉴经验。