风化破碎岩体平硐掘进与支护施工

石恩国,闫永平

(兖州中材建设有限公司,济南 250100)

在平硐巷道开挖施工中，如何解决软岩和围岩的风化破碎问题，一直是困扰矿山工程施工人员的老大难课题。国内专家学者对于软岩和风化破碎巷道支护展开了大量的研究，何满潮[1]深入分析某中生代复合型软岩巷道围岩的“分子膨胀+岩体结构面错动+开挖扰动”的复合破坏机制，提出以恒阻大变形锚网索藕合支护为核心的主动支护技术体系。针对矿山开采地质条件、地应力特征，国内外研究对于软岩或破碎岩体分别提出了采用高强度锚杆、强力锚索、注浆加固围岩的高阻让压和高强度支护技术；以内注浆锚杆为核心的锚杆+锚索+锚注“三锚”联合支护体系及密集高强锚杆承压拱、厚层钢筋网喷层拱和滞后注浆加固拱于一体的锚喷注强化承压拱支护技术；“锚杆、金属网、喷浆、锚索、注浆和底板锚索”的巷道综合支护技术；采用方形钢管约束混凝土拱架支护技术；以“喷射混凝土+壁后注浆+锚杆+锚索”为核心的双拱协同软岩巷道全断面加固返修方案，复破碎软岩巷道分区分级支护技术[2-7]。破碎易风化巷道的支护和围岩控制是地下矿开采领域的重点研究方向之一，国内外学者已在这方面开展了一系列的研究，并取得了众多研究成果。

1 工程背景

吉林天池钼业有限公司小城季德钼矿25 000 t/d项目地下运矿平硐工程，位于吉林省舒兰市，距离舒兰市区约20 km，平硐总长度1 039 m，主要工程有地下运矿平硐掘进、衬砌及排水系统。该区属低山丘陵区，属张广才岭南段。一般海拔300～650 m，区内最高峰海拔656 m，最低侵蚀基准面300 m，高差350 m。山上以天然阔叶林为主，人工针叶林较少，下部多以灌木为主，植被发育。

区内水系发育，属细鳞河流域，细鳞河从矿床南西侧通过，北侧属呼兰河支流源头，为常年期河流。河流上源坡度大，切割深度一般大于300 m，水流湍急，河谷较开阔。山间沼泽发育。

该区地处北寒温带，大陆型季风气候，四季分明。结冻期为11月至翌年3月末，长达150 d。结冻深度1.5～2.0 m。无霜期130 d。年平均气温3.9 ℃。年平均降水量705.3 mm，7～8月份为降水集中期。1980～2001年间年平均降雨数42.6 d，年均蒸发量1 039.6 mm。区内未见有泥石流及滑坡等地质灾害。

隧道地处山区之间，没有可利用的道路，全线贯通便道将为工程发料及地方材料运输担负主要的运输任务，便道的修建按照既满足施工需要，又节省投资的原则，在原有矿用道路段，修建7 m宽的便道至隧道洞口。进口临时道路挖方量约5 685 m3，出口临时道路填方量约1 415.7 m3。

2 施工设计

2.1 施工原则

依据设计院的开采规划基建设计方案及与吉林天池钼业有限公司签署的作业合同，结合该矿山所处的工程地质特点和矿床资源的赋存情况，部署施工组织机构和优选先进可行的施工方案，从组织机构、施工方案、机械设备配备、工程材料供应等方面确保工程质量和施工安全,依据现场施工条件及环境，可由业主、设计院、监理单位及施工方共同修改，制定科学合理的施工组织方案，确保施工组织安全、环保、经济、高效。

确保施工按期完成的原则。优化资源配置，满足施工工期的要求，科学组织施工，合理安排施工进度，搞好工序衔接，实行平行作业、流水作业相配合，交叉组织施工，确保工期，均衡生产。

积极采用新技术、新工艺、新材料、新设备，提倡施工机械化、工厂化、整体化、标准化。

保证工程质量，确保施工安全，重视环境保护，做到文明施工。

2.2 明硐及硐口加强段施工

2.2.1 硐口明槽施工

硐口处于强风化岩层中，无法通过凿眼爆破方式形成隧道断面，采用明槽挖掘。明槽挖掘前，在明槽范围15 m外挖掘截水沟，防止地表汇水灌入隧道。

明槽采用挖掘机分层分段挖掘，掘进工作面正上方仰坡坡比为1∶1，左右两帮的坡比根据表土层厚度及基岩风化程度适当选取边坡比为：3级边坡坡率1∶1。挖掘至掘进掌子面的岩石结构满足采用凿岩爆破方式的掘进施工条件时，停止明槽挖掘。根据边坡稳定情况,业主、设计院、监理单位及施工方共同确认边坡不采取喷浆支护。在开挖明槽过程中，碰到以下两种困难。

1)由于明槽部位是淤泥与泥沙的混合体，在开挖运输过程中出现运输车辆无法行走的情况；我们采取的措施是：先换填路基处，在换填挖掘机工作平台。使挖掘机与运输车辆都能正常工作，直至清理完淤泥和泥沙。

2)开槽过程中，地表水、裂隙水及地下水是施工过程中需要解决的问题。采用集中地下水源，用潜泵集中外排的方式。

2.2.2 明硐钢筋混凝土施工

明槽挖掘施工完成后，进行掘进工作面的超前预支护和明硐钢筋混凝土浇筑施工。超前预支护采用超前锚杆和钢拱架结合的方式，在掌子面拱部位置钻进51根超前锚杆(φ38 mm)长5 m，间距160 mm，安装钢拱架顶住超前锚杆后，进行明硐钢筋混凝土浇筑施工。

2.3 平硐掘进施工

明硐施工完成后，开始硐口加强段掘进施工。因该段隧道处于强风化岩层中，按照设计图纸要求的支护方式，采用短掘短砌及钢拱架、超前锚杆预支护的方式施工，钢拱架间距(20#工字钢)1 m，超前锚杆(φ38 mm)长5 m间距160 mm，排距2 m。洞内支护采用钢筋混凝土支护，绑扎单层钢筋网，钢筋型号φ16 mm螺纹钢，混凝土浇筑厚度300 mm，钢筋保护层不小于50 mm。

2.4 平硐掘进施工遇到的问题及研究措施

2.4.1 风化特别严重(Ⅵ级围岩)的区域如何处置的问题

1)这种围岩最好的处置方式就是用设备挖掘或破碎，将岩体取出。

2)采用爆破方法，周边孔采用间隔炮孔装药或单孔不耦合装药，爆破后，顶板围岩受冲击波及爆破振动影响会塌落，形成冒顶；如果周边孔不装药，做了5次试验，3次冒顶，2次顶板较完整，故在加快掘进的过程中，采用了周边顶孔加密且不装药的方法，取得了不错的效果。

2.4.2 风化较严重(以Ⅴ级围岩为主)的区域如何处置的问题

结合Ⅵ级围岩的掘进方法，Ⅴ级围岩采用的是周边孔不耦合装药或隔孔装药的方法，且依照为如(图1)1→2→3→4→5的起爆顺序，实际用段位区分即可。

风化程度较轻(Ⅳ级围岩及以上)采用周边孔不耦合装药的光面爆破即可。

通过试验完全掌握了施工工艺，在调整好立拱、挂网、填充、浇筑等支护措施后，得以顺利进行往复循环。

3 结 语

矿山工程始终面临地质体复杂多变的问题，同时不同工程地点气候条件、施工作业条件、设备装备水平各异，针对特定的施工条件，选择技术可行、经济合理的施工方案是对施工管理者知识与能力的考验。