超前导管支护技术在平硐暗槽开挖中的应用

2020-09-02

能源与环境 2020年4期

（福煤（漳平）煤业有限公司福建漳平 364403）

1 超前导管支护的基本原理

超前导管支护是沿巷道开挖的轮廓线按一定的间距将一定长度φ60 mm直径空心钢管打入地层中，钢管末端固定在硐口混凝土巷道内，利用钢管一定的强度、韧性、收缩性支撑待挖掘巷道的周边岩土，在横向和纵向形成相对稳定的梁结构和拱结构，防止开挖过程中巷道周边的岩土变形垮塌，提高施工的安全性。

超前导管支护在隧道和矿山工程浅表段地层中，砂质土层、松软土层、风化严重地层不宜明槽开挖的运用较为广泛，具有施工设备简单、工序明确速度快、安全性较高、断面可控性高、工程造价低的优点。

2 工程概况

箭竹坪煤矿属新建项目，设计能力30万t/a。+283m主平硐开挖处位于浅埋表土层段，地形较为平缓，工业广场由山地农田削填形成，土质为松软黄土层，夹杂零星软石，含水性强，粘结性差，易随着挖掘垮落。+283m工业广场边坡经开挖后还未进行永久性支护。

+283m主平硐井筒设计为半圆拱形，采用混凝土砌碹支护。断面参数见表1。

3 支护方案选择

受地形和场地条件限制，+283m主平硐没有多余的空间和场地采用明槽开挖到基岩后再掘进，必须采取平硐口暗槽开挖方案。如何有效的控制巷道周边的岩土不垮塌，保障施工安全是关键。

经查阅相关资料，目前能提高岩土强度的支护技术方案主要有架棚超前支护、超前管棚、高压注浆等。福建省煤矿主要采取架棚超前支护技术，但因巷道断面规格大，架棚支护的规格应大于拱形断面的规格，增加了工程施工难度和工程量。在下一延掘时，超前支护材料的尾端会突出于已砌成型的巷道内，增加处理难度，工程造价较高，进度慢。

经方案比较和设计，决定采用超前导管的方式，沿巷道轮廓线周边打入钢管。这样可以利用钢管控制巷道周边的岩土防止垮塌，人员在钢管的支护下进行作业，保障施工安全。

4 超前导管支护施工技术应用

4.1 超前导管支护参数

按主平硐设计方位，距巷道底板500 mm起，沿巷道设计掘断面轮廓线间距200～250 mm打入φ60 mm的超前钢管31～38根，超前导管尽量打平直，外插角控制在约3°内；超前导管应超前3～4 m，利用已砌碹巷道与岩土内钢管形成的梁式与拱式支撑控制岩土，保证施工安全。见图1。

表1 ＋238m主平硐断面参数

4.2 施工设备

采用 YT28 型凿岩机，长 1.6、2、3、4、5 m 的钻杆，十字型80 mm的岩石钻头若干个。φ60 mm长3.5～4.5 m的钢管。

4.3 施工工艺

①测量定向巷道施工方位→②确定巷道轮廓线→③贴近山坡砌筑1 m巷道→④打钻孔→⑤打入钢管（依次循环④、⑤）→⑥挖掘1 m岩土→⑦砌筑巷道（依次循环⑥、⑦）→⑧超前钢管在岩土中剩余1 m时，按方位定巷道轮廓线→⑨再依次循环④～⑧。

4.4 施工技术应用的注意事项

（1）定向控制：按巷道设计方位，在巷道掘断面两侧及巷道中间位置引3条引导线，便于控制巷道施工定向。

（2）钻孔质量控制：①钻头应大于超前钢管直径，有利于钢管打入；②沿巷道外轮廓线确定超前导管的钻孔孔位，起钻时应挖孔定位；③为减少起钻难度和防止断钎，避免钻孔弯曲变形，应先采用短钻杆打孔，根据钻入深度逐步更换加长钻杆；④使用长钎打孔或遇土层中的孤石时，应控制钻进速度，防止断钎或钻孔弯曲变形，影响钻孔质量；⑤打钻时应严格控制钻入的角度，尽量按巷道方位打平直，外插角控制在3°内，为下一次打超前孔留有空间，也减少砌筑巷道顶部充填量。⑥钻孔间距不应大于250 mm，防止因超前导管间距大造成承载力不足或产生岩土漏顶；

（3）打管施工：①超前钢管长度选择应综合考虑循环进度与施工难度，钢管太长不利于钻孔质量控制和钢管打入；②应将钢管前端切割成楔形有利于打入地层中，采用钻机推入；③每打好一孔应先打入钢管，防止打钻震动塌孔变形而钢管不易打入；④在钢管打入过程中可能因塌孔，出现无法整根打入的问题。在掘砌到该孔位置时，视岩土的稳定性确定是否补打加固。

（4）安全事项：①挖掘山坡坡脚，贴近山坡岩土先砌筑1 m巷道；利用搭架在巷道上和岩土内的钢管形成梁式支护，增加安全性；②超前钢管在岩土中剩余1 m时，应再次打入超前钢管，此次打入的钢管尾端与岩土中的钢管头留有0.5 m的搭接，如此可使尾端外露0.5 m可搭架在砌筑巷道内；③采用超前导管施工必须掘1 m砌1 m，防止因跨度长造成钢管承载大而发生变形，不利于安全施工。