斜井穿越富水松散地層施工技術(shù)

夏云龍，李昶鋒，陳良松，謝芝明

（中鼎國際工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330096）

1 概述

屯蘭礦北三進(jìn)風(fēng)斜井坡度為-6°，施工至K0+325m時(shí)，井筒底板與右?guī)陀克吭龃?，并且在右?guī)烷_始涌現(xiàn)流沙，施工中連續(xù)發(fā)生流砂涌出和片冒，而且導(dǎo)致原已架設(shè)噴好的18鋼支架變形破壞。該井筒水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，位于古河床中的卵石層和砂礫層均為富含水層，涌水點(diǎn)多面廣，實(shí)測涌水量為35 m3/h，隨著工作面的延深，涌水量增大至70 m3/h。通過巷道內(nèi)施工的三個(gè)鉆孔揭露的地層來預(yù)測：巷道以-6°坡度向前掘進(jìn)，預(yù)計(jì)掘進(jìn)約101 m巷道底板進(jìn)入風(fēng)化泥巖。

從工作面揭露圍巖及前方地質(zhì)勘探情況來看，井筒要穿過的流沙及卵石層松散，穩(wěn)定性極差，且富含水，極易片冒，給施工造成了很大困難。因此，如何治水、提高巷道圍巖的整體性和穩(wěn)定性成為了施工該段的關(guān)鍵問題。

2 施工方案

2.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）初期支護(hù)：采用超前導(dǎo)管+U25鋼支架+網(wǎng)片+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)

超前導(dǎo)管采用D57×3.5mm無縫鋼管，長度3000 mm，搭接長度1000 mm，間距150mm；U25型鋼支架分為4段，每段先預(yù)先焊接鋼板再用螺栓連接，所有焊接為均勻連續(xù)角焊接，焊腳高為被焊件最小厚度，每架U型鋼拱架之間用Φ18 mm螺紋鋼連接，間距為300mm （見圖1）；鋼支架托梁使用D57×3.5 mm無縫鋼管，長度1200 mm；全斷面鋪設(shè)Φ6 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)目規(guī)格100mm×100mm，搭接長度100 mm；噴射C20混凝土，噴砼150 mm。

圖1 U25鋼支架制作圖

（2）二次支護(hù)：單層鋼筋混凝土

鋼筋為Φ18mm螺紋鋼，單層鋼筋，間距150mm，分布筋間距300 mm，鋼筋保護(hù)層70 mm；澆筑C30混凝土，厚度400 mm。

（3） 底板反拱

U25鋼做底梁；鋼筋為Φ18mm螺紋鋼，單層鋼筋，間距150 mm，分布筋間距300mm，鋼筋保護(hù)層70 mm；底板澆筑C30混凝土，澆筑厚度300～1200 mm。

斷面支護(hù)設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 斷面支護(hù)

2.2 施工工藝

（1）超前支護(hù)：自拱基線開始布置超前導(dǎo)管，采用YT-28型鑿巖機(jī)用Φ50 mm鉆頭鉆眼，再配合套筒將超前導(dǎo)管打入圍巖。

（2）開挖：利用小型挖掘機(jī)配合人工風(fēng)鎬分上下導(dǎo)坑開挖，鋪網(wǎng)、安裝好鋼支架后，及時(shí)噴射混凝土封閉，噴射混凝土可以有效防止井筒開挖初期水沙的外滲。施工中嚴(yán)格執(zhí)行“短掘短支、先拱后墻、單邊跳挖”原則。

（3）底板：待U25鋼支架施工10 m后，即可使用簡易棧橋開挖底板。架設(shè)鋼底梁，綁扎鋼筋，澆筑混凝土，并在斜井左右每隔2 m各預(yù)留吸水小井，小井直徑600 mm。

（4）安裝套管：在預(yù)留吸水小井放入套管，套管采用D520×10mm無縫鋼管。套管管壁鉆密集孔，下套管時(shí)，在套管外包尼龍網(wǎng)，用于過濾泥砂。套管外用碎石鋪墊，鋪底時(shí)套管澆于混凝土內(nèi)。

（5）導(dǎo)水：底板及兩幫主要出水點(diǎn)埋設(shè)Φ50 mm的軟式透水管，將水導(dǎo)引至吸水井內(nèi)。

（6）砌喧：每隔27m澆筑混凝土，進(jìn)行永久支護(hù)，一次成型9m。

2.3 壁后注漿

為了提高圍巖的穩(wěn)定性，加固井壁，堵住水源通道，形成封水帷幕，減少上部涌水對(duì)迎頭施工的影響，待斜井整體穿過富水松散地層，并完成永久支護(hù)后，進(jìn)行壁后注漿。

注漿孔布置在鋼支架之間，間排距為1500 mm×1500 mm，注漿管使用D32×3.5 mm無縫鋼管制作，采用YT-28型鑿巖機(jī)打眼，孔深950mm、1450mm，保證注漿管孔口外露50 mm，并裝有止閥門，為保證注漿質(zhì)量，必須對(duì)注漿口封閉密室。注漿管布置見圖3。

圖3 注漿管布置

注漿漿液使用水泥-水玻璃雙液漿，采用機(jī)械攪拌現(xiàn)場制作。水泥漿量與水玻璃量配比為1:0.4～0.6（體積比），水泥為P O42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃為40 Be′堿性水玻璃。井筒此段靜水壓力為0.5 MPa，注漿終壓應(yīng)不小于1.5 MPa。

3 施工要點(diǎn)

1）該段斜井?dāng)嗝婢蜻M(jìn)寬度7.3 m，掘進(jìn)高5.85 m（不包括反拱），掘進(jìn)斷面積達(dá)41.61m2，因此不可全斷面開挖，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，保留上部核心土，待數(shù)架鋼支架封閉后，上部核心土方可開挖。遇頂板巖層破碎時(shí)，可適當(dāng)在部分超前導(dǎo)管中注漿，起到一定的固結(jié)堵水作用。

2）隨時(shí)觀察初期支護(hù)情況，若發(fā)現(xiàn)混凝土開裂、鋼支架錯(cuò)動(dòng)等異常情況，應(yīng)縮短初期支護(hù)距離，及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)。

3）因涌沙具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，對(duì)鋼支架兩側(cè)腿部壓力較大，為保證鋼支架的整體性和穩(wěn)定性，底板澆筑必須緊隨初期支護(hù)，同時(shí)可利用簡易棧橋，與前方上導(dǎo)坑平行施工，加快工程進(jìn)度。

4）混凝土施工縫增加P型橡膠止水條，混凝土內(nèi)添加XPM外加劑，按水泥5%添加。

5）該段完成永久性支護(hù)后，一方面巷道內(nèi)不斷強(qiáng)排水，砂土流失，壁后空隙增大，壓力加大，使得巷道存在開裂、下沉等安全隱患；另一方面隨著下一步繼續(xù)-6°坡施工，該段涌水會(huì)隨工作面掘進(jìn)而下移，以后工作面也會(huì)因涌水大而難以施工，壁后注漿尤為重要。

6）壁后注漿根據(jù)此段含水松散地層分段進(jìn)行，由上往下逐段進(jìn)行注漿，每個(gè)分段內(nèi)先由下往上注漿，再由上往下復(fù)注一次。

4 效果分析

1）超前管棚支護(hù)設(shè)計(jì)有效地防止開挖過程中冒頂、片幫現(xiàn)象的發(fā)生，保障了施工安全，僅2個(gè)月便成功穿越80 m富水松散地層，涌水量由施工時(shí)70 m3/h下降至成井后的3 m3/h，符合驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2）相對(duì)于在富水松散地層中采用的工作面預(yù)注漿及凍結(jié)法，超前管棚支護(hù)設(shè)計(jì)節(jié)省大量的準(zhǔn)備工作時(shí)間，加快了工程進(jìn)度；節(jié)約了人工及材料的費(fèi)用，有效的降低了工程成本。

3）仰拱及時(shí)跟進(jìn)開挖，與初期支護(hù)及早封閉成環(huán)，有效地控制了圍巖變形，巷道在施工過程中未發(fā)現(xiàn)擠壓、垮塌現(xiàn)象。

4）超前管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠可靠性能，可適用于松散地層、破碎斷層以及采空區(qū)等不良地質(zhì)條件下的施工，超前管棚支護(hù)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

超前管棚支護(hù)、導(dǎo)水及壁后注漿等施工方法的綜合運(yùn)用，屯蘭北三進(jìn)風(fēng)斜井順利通過富水松散地層，保證了施工工期及工程質(zhì)量，取得了很好的技術(shù)、安全及技術(shù)效益。