断层破碎带施工技术论文 篇1
针对上述情况, 结合施工生产要素及施工生产能力, 按照"管超前、严注浆、短开挖、不 (弱) 爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈"的施工原则, 在拱部超前小管棚注浆预固结围岩的保护下, 采用二部台阶法进行施工。拱部预留核心土, 周边采用风镐开挖, 核心土及中槽运用装载机开挖。
1 超前小管棚施工
1.1 工艺原理
在破碎松散岩体中超前钻孔, 打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液, 浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中, 并将其中的空气、水分排出, 使松散破碎体胶结、胶化, 形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体, 从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性;使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体, 在壳体的保护下进行开挖支护施工。
1.2 小管棚及注浆设计
采用4m/根的∮42mm小导管布设在拱部, 外插角5°~7°, 环向间距33cm, 纵向环距2.5m, 即每施作一排小导管, 开挖支护2.5m;压注1:1水泥浆液, 采用525#普通硅酸盐水泥, 浆液中掺水泥用量3~5%的40Be'水玻璃, 以缩短浆液的胶化固结时间, 控制浆液的扩散范围。
1.3 施工要点
1.3.1 小导管加工4m/根的∮42mm小钢
管一端加工成尖锥形, 距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设∮6mm的孔眼4排, 以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。
1.3.2 小导管安设如岩体松软, 采用YT-
28型风动凿岩机直接推送, 如遇夹有坚硬岩石处, 先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。
在施作小导管前应注意:
a.喷3~5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙, 为注浆作好准备工作;b.准确测量隧道中心线和高程, 并按设计标出小导管的位置, 误差±15mm;c.用线绳定出隧道中心面, 随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向, 以控制外插角达到设计的标准;d.施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行, 为提前注浆留好作业空间。
1.3.3 注浆选用UB6型注浆泵注浆, 采用浆液搅拌桶制浆。
为防止浆液从其他孔眼溢出, 注浆前对所有孔眼安装止浆塞, 注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀, 考虑风镐环形开挖的方便, 同时要达到固结破碎松散岩体的目的, 保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定, 形成有一定强度及密实度的壳体, 特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力, 采取注浆终压 (0.8~1.2MPa) 和注浆量双控注浆质量, 拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为1.2MPa, 拱腰范围为1.0MPa, 拱顶为0.8MPa.注浆时相邻孔眼需间隔开, 不能连续注浆, 以确保固结效果, 又达到控制注浆量的目的。
2 开挖为控制超欠挖及减少对围岩的扰
动, 拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖, 核心土及中槽均采用装载机开挖 (石质部分采用弱爆破) , 开挖进尺根据围岩稳定性确定钢拱架的间距, 即0.5~1.0m。
3 锚喷初期支护
3.1 初期支护参数系统锚杆采用3m/根的
WTD25型中空注浆锚杆, 纵向、环向间距均为100cm, 梅花型布置;拱墙设钢拱架, 间距50cm, 钢拱架每侧拱脚设4m/根的WTD25中空注浆锁口锚杆, 按梅花型布置在钢拱架的两侧, 环向间距50cm;挂∮6双层钢筋网, 网格尺寸为15cm×15cm, 喷射混凝土厚25cm。
3.2 喷射混凝土材料及机具选定
3.2.1 机具喷混凝土采用Bz-5型混凝土喷射机, 压力为0.2~0.4MPa。
3.2.2 水泥及细骨科采用425并普通硅酸盐水泥;
细骨料选用福州闽江砂, 砂率控制在50%, 含泥量≤3%。
3.2.3 粗骨科采用规格为7~15mm的碎石, 经试验选用各项指标均达到设计要求的碎石。
3.2.4 粘稠剂选用STC型粘稠剂, 经现场
试验, 最佳掺量为水泥用量的10%, 3min初凝, 6min终凝, 而且可大量减少回弹量。
3.2.5 水灰比水灰比过大、过小都会使混凝土回弹量增加, 浪费大量的材料;
经现场多次试验确定, 水灰比为o.47的混凝土喷射效果最佳。
3.3 喷射混凝土开挖后为缩短围岩的暴
露时间, 防止围岩进一步风化, 必须先初喷混凝土3~5cm厚再封闭围岩;待钢格栅及钢筋网安设好后, 再喷混凝土10~12cm;最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。
3.3.1 采用掺STC型粘稠剂半湿式喷射混凝土工艺, 减小洞内粉尘污染及回弹量。
3.3.2 喷射前用高压风将岩壁面的粉尘和
杂物吹干净, 水泥、粗、细骨料加少量水, 用搅拌机干拌, 水量按水灰比配制混凝土应加入水总量的20%;拌好后将干料运至喷射作业点再进行人工拌和, 并按水泥用量的10%掺入粘稠剂。
3.3.3 喷射作业分段、分片由下向上依次分层进行, 每段长度为3m.
为加快混凝土强度的增长速度及提高混凝土的喷射效果, 用多盏碘钨灯提高作业环境温度。
3.3.4 喷头喷射方向与岩面偏角小于10°, 夹角为45°;
喷头至受喷面距离在0.6~1.0m之间, 喷头呈螺旋形均匀缓慢移动, 一般绕圈直径在0.4m为宜。
3.4 注浆在初喷混凝土封闭围岩后按设计布设锚杆和注浆。
锚杆孔位误差控制在《隧道施工规范》规定的误差范围之内。
3.4.1 钻进用YT-28型手持式风动凿岩
机凿孔并清孔, 应沿径向进行钻孔, 确保锚入稳定岩层的深度。
3.4.2 插入锚杆将安装好锚头的WTD25中空注浆锚杆插入锚孔。
3.4.3 安装止浆塞、垫板、螺母在锚杆尾端安装止浆塞、垫板和螺母。
3.4.4 注浆通过快速注浆接头将锚杆尾端和UB6型注浆机连接。
开动机器压注1:1水泥浆, 掺水泥用量3%的40Be'的水玻璃, 为了保证锚固质量及改良围岩结构, 注浆终压必须达到0.8MPa。
3.5 钢筋网片采用∮6冷拔螺纹钢, 购买成品;
挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设, 与受喷面间留3cm作为保护层, 网片与系统锚杆焊接牢固, 确保喷射混凝土时不移动。
3.6 安设钢拱架:工字钢除锈后按设计要求分节加工成型, 钢拱架分节间通过钢板用螺栓联接或焊接。
3.6.1 钢拱架严格按设计间距架立。
3.6.2 为充分发挥钢拱架的承载能力, 首先要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直;
其次, 严格控制左、右拱脚标高, 以防拱架偏斜或侵入衬砌厚度。
3.6.3 钢拱架底部必须置于基岩上, 以防下沉变形。
3.6.4 监控量测初期支护完成后, 在拱顶、
拱脚及边墙处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用∮12圆钢加工而成, 每根元件长25cm, 锚入初期支护体20cm, 外露5cm, 以防震动影响量测结果。水平收敛量测采用铁科院武汉岩体力学研究所研制的收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次, 然后根据变形量的减小而减小量测频率, 即12h、24h、48h、72h、168h, 根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等, 便于指导施工, 确保施工安全。量测点每隔5m布设1组。经量测, 拱顶最大累计下沉量为11mm, 水平最大累计收敛量为13mm。通过对断层破碎带采用超前小导管棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施, 且通过现场监控量测得出以下结论:
周边人工开挖可减小对围岩的扰动, 有效控制超欠挖。超前小管棚注浆预支护, 可以大量减少拱部围岩的掉块, 保证了施工安全、质量和进度。
摘要：本文对鹤顶山隧道断层破碎带段采用小管棚预支护、锚喷初期支护施工技术作了详细叙述, 并对开挖方法作了简要介绍。
关键词：隧道,断层,破碎带,支护施工
参考文献
断层破碎带施工技术论文 篇2
1工程概况
赵固一矿是河南煤化集团焦煤公司新建矿井, 年设计生产能力240万t。主采二1煤层, 煤层倾角2～6°, 平均厚度6.5 m, 属近水平发育的稳定性厚煤层。煤系地层上部被巨厚新生界地层覆盖, 新生界地层平均厚480 m, 煤层埋藏深度平均580 m, 具有煤层埋藏较深、松散覆盖层厚、基岩薄等特点。煤层直接顶厚3～6 m, 岩性为砂质泥岩、泥岩和少量砂岩, 泥岩、砂质泥岩抗压强度分别为8.5～23.2, 13.0～36.0 MPa;基本顶多为厚8～12 m的中粗粒砂岩 (大占砂岩) , 局部相变为砂质泥岩, 抗压强度16.4～79.9 MPa。煤层底板以泥岩、砂质泥岩为主。顶底板泥岩和砂质泥岩风化或吸水后强度明显降低, 并有泥化崩解现象。在断层发育处, 岩石原始结构遭到破坏, 强度明显降低。
赵固一矿东翼首采工作面胶带运输巷沿煤层顶板布置, 在向前掘进过程中遇到断层破碎带。受其影响掘进面附近煤层破碎、松散, 引起片帮, 造成支护困难。另外掘进面后方10 m范围内顶板破碎, 有淋水现象。为确保巷道顺利掘进, 保证行人、运输安全, 决定对该段巷道用锚杆钻机向淋水处顶板和断层破碎带打注浆孔, 然后采用QB-12型气动双液注浆泵通过注浆孔向冒顶处破碎带进行波雷因双液注浆, 直至通过断层破碎带。
2注浆原理
顶板淋水原因为顶板岩性较差, 抗压强度低, 巷道掘出后, 在重新平衡应力的过程中, 顶板受压破碎, 裂隙发育并导通其他含水裂隙。泥岩和砂质泥岩的顶板遇裂隙水发生泥化, 抗压强度弱化, 进一步加剧了顶板的下沉和变形。而断层破碎带的岩石本身松散、破碎, 强度低, 由于围岩淋水影响, 巷道掘进面甚至表现为似泥石流状滑落。对2处地段进行化学注浆基于3点:①对顶板松散围岩进行加固。该化学浆分A、B两组份, 材料本身并无黏结性和抗压强度, 当A、B组份以1∶1混合注入破碎围岩, 二者反应生成黏结性较高的胶质体, 将破碎围岩进行包裹和黏结, 胶质体发泡、膨胀, 封堵和充填破碎岩石间空、裂隙, 从而将顶板破碎围岩胶结成一整体, 增加了顶板的抗压强度。胶质体硬化后, 还具有部分韧性, 使其可以适应、缓冲顶板的局部压力。②通过对破碎围岩裂隙的封堵和充填, 将裂隙水的通路封闭, 切断了水源。③通过将破碎岩石进行黏结, 在巷道掘进过程中, 顶帮破碎围岩不易冒落、塌帮, 且顶板淋水水源被封闭, 从而大大提高了掘进工作面的安全程度, 改善了作业环境。
3注浆方案选取
(1) 顶板淋水治理。
对胶带巷掘进面后方10 m范围内淋水破碎顶板进行加固。在距掘进面0.5 m开始向后布置5排堵水加固孔, 孔距2.5 m, 每排布置3个钻孔, 施工时根据注浆加固效果随机进行调整。钻孔深3 m, 孔径42 mm。每个孔设计注浆量为200 kg, 实际施工中根据注浆效果随时调整。
(2) 巷道超前加固。
对胶带巷预注浆, 直至通过断层破碎带。根据顶板情况和施工工艺, 设计每循环注浆7 m, 掘进7 m。每循环在巷道掘进面和顶板交线位置布置5个注浆孔。正中1个, 两角各1个, 两角与正中间各1个, 外摆5～8°, 各注浆孔均向上倾斜10～15°, 孔深7 m, 孔径42 mm, 每孔设计注浆量200 kg, 实际施工时, 可根据注浆效果对注浆孔密度、深度、角度和注浆量随时进行调整。
4施工工艺
注浆材料选用波雷因注浆材料, 注浆设备采用QB-12型风动化学注浆泵。QB-12型风动高压注浆泵主要适合单液或双液注浆, 当双液注浆时, 2种组份可按1∶1的体积比输出并混合。A料和B料分别通过各自的柱塞和矿用K型高压胶管/单向阀Y型三通/混合器进入封孔器, 并被压注进破碎煤岩层。与注浆设备配套的进风管为Ø25 mm高压风管, 出浆管规格为Ø10 mm。注浆压力设计为10～12 MPa, 保证了浆液的充分渗透与扩散。充填高冒区时, 注浆压力较低, 一般为2～3 MPa, 当对破碎带进行加固注浆时, 注浆压力较高, 最高压力达到5 MPa。
禁止在顶板或围岩裂隙发育程度较高或者松散程度高时进行化学注浆, 或在已接近或达到设计注入量时继续不断压入, 这样会造成浆液大量逸散、浪费, 导致止水或补强效果不好。在确认注入量设计正确的前提下, 提高浆液的浓度, 调整凝结时间。如需暂时停注, 可采用间隙注浆方式, 停留一段时间再复注, 直到符合设计注浆量以及终量或终压要求。
5注浆效果分析
赵固一矿胶带巷道断层破碎带共打钻孔32个, 注化学浆波雷因7.625 t, 注浆时间仅用4 d。通过注浆, 顶板淋水得到了有效控制, 淋水由原来2.2 m3/h转变为0.3 m3/h。通过对断层破碎带注浆, 使破碎顶板胶结, 顶板变形小, 不易冒落, 为掘进和支护提供了安全、有利条件, 顺利通过了断层破碎带。与传统处理方法相比, 大大减少施工时间, 虽然直接材料费用有所提高, 但掘进工作面能快速掘进, 而且处理冒顶作业的安全性得到提高, 其技术经济效益比较显著。注浆前后顶板下沉速度变化如图1所示。
6结语
超大断层破碎带隧洞施工技术 篇3
关键词：隧道；超大破碎带；注浆；长管棚；超前支护
长沙引水工程输水隧洞全长43794m，于2006年3月开工，施工过程中建设方多次邀请国内知名专家深入工程现场进行施工指导，隧洞施工整体进展顺利。当隧洞工程完成掘进43686m，永久衬砌已完成41746m时，在砰山3#隧洞上游～崔家冲隧洞下游段，遇区域性高棱山压扭性断层F86，连续出现了多次涌水及塌方，致使尚差108m隧洞未能贯通，桩号里程为K42+412～K42+520。严重制约了引水工程建设进度。该隧洞穿越区域性高棱山压扭性断层F86，破碎带范围大，结构松散，地下水丰富，洞内涌水量每天达9000m3，外水压力最大水头达100m，水文地质条件恶劣，为世界上罕见的隧道施工中的大断裂。
1 F86断层地质情况
F86断层为区域性高棱山压扭性断层，具有延伸长、规模大的特点，基本沿近南北走向的崔家冲冲沟发育.现场踏勘该断层延伸长25.0km左右，宽度100m左右，向北西和南东向延伸；其中北西向延伸穿过一山脊，南东沿冲沟延伸。
该断层上盘出露在隧洞的桩号为K42+412，下盘出露在隧洞的桩号为K42+505～K42+507。产状：N10°～20°W，NE（SW）∠85°～90°.挤压强烈，破碎带宽50～90m，破碎带内充填的物质主要为黄褐色断层板岩、砂质板岩、炭质板岩和糜棱岩碎块等，主要为泥质胶结，胶结较差，较松散，透水性强。与洞轴线交角63°～73°。
2 超前注浆
考虑到崔家冲隧洞断层破碎带的特点（分布、规模、工程力学特性等），参考国内外多条水工隧洞的实际施工经验，分析认为在隧洞不良地质段超前加固，采用洞内超前注浆。超前注浆主要目的是改善F86断层内松散介质体的结构条件，达到开挖不良地质洞段松散体固结和止水效果。洞内固结注浆加固范围为隧洞及隧洞开挖轮廓线外5m围岩，隧洞底部开挖轮廓线外3m围岩，注浆孔布置为水平孔和散射斜向孔（保证隧洞开挖线外有不小于5m围岩形成固结止水圈），浆液确定采用水泥水玻璃双液浆液及环氧树脂化学注浆浆液。崔家冲隧洞洞内超前注浆孔布置图见图1。
3 注浆施工工艺
断层破碎带超前预注浆施工工艺。详见图2（转P87）。
4 施工技术措施
1）注浆工作面开挖一次到位，并符合设计规范要求。
2）每个钻孔设孔口管，在钻孔中发现有大量泥沙从孔中涌出迹象时，及时退钻，进行顶水注浆，防止砂土颗粒的大量流失。
3）加强对止浆墙及作业面附近隧洞断面的沉降变形监测，必要的应力检测，确保注浆施工安全。
4）严格按拟定的钻孔、注浆施工方案进行实施。钻孔方向、深度严格按设计要求进行。孔口管的埋设要牢固、密实。
5）根据超前钻孔探测，随时测量水量及水压，核实地质情况。如与设计不符，及时向监理工程师提出，以便迅速变更设计参数，调整施工方案。
6）如发生浆液窜孔，则停止注浆，立即在窜浆的孔上安装球阀，再进行注浆。当注浆孔达到终孔标准时，则可以认为窜浆孔同时也达到终孔标准。
7）施工过程中作好注浆施工记录及各种检查测量记录，用于注浆分析。
8）注浆压力由小逐渐调大，分级升压。
5 注浆施工质量控制
1）钻孔过程中，如遇到钻孔出水量明显增加时，则停止钻进，尽量减少钻注施工过程中水量排出，安设注浆管注浆。
2）注浆前先进行注浆现场试验，注浆参数通过现场试验在实际施工中根据具体情况及时调整，以获得较好的注浆加固效果。
3）配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料，不得随意增减数量。水泥在倒入搅拌桶前去除杂物，在倒入口安装滤网。
4）水泥浆搅拌好放入储浆桶后，在吸浆过程中不停搅动，防止浆液离析，影响配比参数。
5）注浆泵吸浆头用纱网包裹，并间隔一定时间提起吸浆头晃动，防止浆液堵塞吸浆头。
6）注浆管路连接完毕后，先压水检查注浆管路的密闭性，保证连接牢固，防止高压下脱开对人员造成伤害。
7）注浆开始时，先打开进浆阀，再关闭泄浆阀，注浆结束时，先打开泄浆阀，再关闭进浆阀，待泄压后拆卸注浆管路，以保证不堵管，不影响注浆质量。
8）注浆过程中遇到突然停电时，立即用高压水冲洗净管内的浆液。如停电时间较长时，注浆管和注浆泵拆下冲洗，将搅拌机中浆液放入储浆桶后清洗搅拌机。
9）注浆过程中，若地层吸浆量很大，注浆压力长时间不上升，可通过调整浆液配比，缩短浆液胶凝时间，以达到注浆目的。
10）注浆过程中，如注浆压力突然上升，立即停止注浆工作，打开泄浆阀泄压，查明原因后再决定该孔是否继续注浆。如果是管路堵塞，清除故障后继续注浆；如果管路未堵塞，继续注浆时仍旧出现压力突然上升，可结束该孔注浆。
11）注浆过程中，发生跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵。如果发现效果不明显，可暂停对该孔注浆。
12）注浆过程中，要保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。
13）严格按照设计的段长进行分段注浆，不得任意延长分段长度；必要时可进行重复注浆，以确保注浆质量。严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业。当未达到注浆结束标准时，进行补孔注浆。
14）注浆压力从低到高逐渐加压，但注浆压力不得超过设计最大压力，达到设计注浆量即可停止注浆，避免过多的扰动地层。
6 结 语
断层破碎带施工技术论文 篇4
安全技术措施：
一、工程概况：
根据相邻轨道延伸巷实际揭露资料和三维地质资料，二水平轨道大巷地质条件相对简单。
二、技术要求：
1、二水平轨道大巷掘进过断层、破碎带，支护必须紧跟迎头。支护前必须挑掉活矸，坚持“敲帮问顶”制度(支护合格后进行出渣)。
2、二水平轨道大巷掘进过断层、破碎带，提前架设的矿用11#工字钢钢棚，钢棚必须用背板加密背实，并用撑拉杆撑拉，使钢棚达到加强支护的要求。
3、二水平轨道大巷掘进过断层，采用三排锚索，菱形网加钢筋网双网加强支护，先铺设菱形网后铺设钢筋网，适当增加锚索长度。
4、二水平轨道大巷掘进过断层，后续架设钢棚必须清到硬底，严禁将棚腿架设在浮煤、浮矸上;支架帮、顶必须用木板背紧、背牢，背帮背顶材料要紧贴围岩，不得松动或空帮空顶。梁腿接口处的两肩必须加楔打紧;架棚支架之间必须安设牢固的拉杆;支架无歪扭迈步，前倾后仰现象。
5、架设钢棚，必须坚持“支一架掘一架“循环作业方式。
三、架设钢棚专项技术要求：
1、地面挑选架棚装车。
2、棚架入井前地面必须预组装棚架试验，测定组装数据，便于井下安装掌握。
3、二水平轨道大巷架棚前必须搭设作业跳台，架梯作业人员上部作业时必须配有安全带、安全绳，防止坠落。
5、二水平轨道大巷采用棚梁为4000mm，棚腿为2000mm的梯形棚支护。
6、二水平轨道大巷棚架，棚腿间采用拉杆支撑。
7，施工时，架棚支护的操作顺序，根据现场实际情况，备齐所用工具。
8、施工架棚前，必须架设好跳板架，采用2寸钢管加工跳架高度1.5m，跳板采用50mm×250mm×3000mm木板。
9、架棚时，棚架架设底脚必须清到硬底。跳板上作业人员站稳，组装棚架棚腿基坑平稳牢靠，专人配合，上部组装人员配合默契，确保组装上下人员自身安全。
10、施工时有专人统一指挥，上下人员作业协调一致。严格按中腰线施工，架间调平找正。
11、清理出棚架底脚窝，必须清至硬底(或穿木鞋)，清理后开始架棚。
12、中心线为正中控制棚架方向，棚架中心左净宽2000mm，右侧净宽2000mm。棚架净高2000mm。
13、架棚时必须按中腰线架设棚架，调整棚架位置，控制好巷道设计尺寸，要加固两侧棚腿，防止位移，符合质量要求。
14、棚架组装架成后，首棚要用支撑辅助固定，两帮背实。棚架全部施工完毕后，按施工顺序集中进行木料井字形木垛充填。
15、充填顶板前槽梁上顶部衬网、铺设木板后再用木料井型接顶充填顶板结实。木料的宽度200mm、厚度不小于80mm，长度2000mm。网采用∮6×1000×2000mm，网格100×100mm金属网。
16、顶板充填木料时，架设上部防止高空坠物，作业人员上部配好安全绳防止坠落。木垛采用全施工段充填，“井”字形搭设，木垛配用木楔将顶帮接实，局部使用8#铁丝绑扎固定。
四、锚网、锚索支护技术要求
一)锚杆：
(1)采用Φ18×2000mm左旋螺纹钢锚杆，间排距900×900mm。锚杆每排9根。(断层段)
(2)锚杆锚固长度1400mm，树脂锚固剂MSCK2335×4支。
二)、网片：
(1)顶板采用双层网片支护，上层网采用采用12#铁线菱形网1000×4000mm，网格50×50mm;下层网采用Φ6×1000×2000mm，网格100×100mm。
(2)两帮金属网采用Φ6×1000×2000mm，网格100×100mm，全断面锚网。
三)锚索：
(1)锚索规格∮15.24×10000mm，三排锚索托梁支护，长度10000mm。
(2)锚索托梁采用11#工字钢长度4000mm，孔间距3000。
(3)锚索间排距：排距900mm。
(4)锚索锚固长度3000mm，树脂锚固剂MSCK2350×6支。
五、施工时的安全措施
1、施工时，严格执行“敲帮问顶制度”要有专人负责顶板管理、检查。
2、架棚时，辅助设施必须符合施工要求，棚架组装立架必须统一指挥。
3、跳台及使用的梯子必须架牢可靠。
4、搭设木垛时，上下操作人员必须紧密配合，站在安全处作业，递送木料要迅速准确，拿包稳妥，及时到位。
5、冒高处打木垛时带有一定的危险性的工作，操作时必须十分注意安全，专人随时观察顶帮的变化，超高部用料时必须使用绳索提拉，木楔、木垛必须与顶帮接实。
6、严禁停风机无风作业。
7、跟班安全员、瓦检员必须到现场监督，随时检查、监督瓦斯、顶板变化情况。
8、冒落处的支护材料要提前备齐备足，处理工作要组织有序，稳稳当当，确保安全施工。
9、架棚、充填支护完毕后，报请生产技术部进行验收。
10、发现顶板压力变化较大，现有支护措施无效后发现险情时，必须撤出人员，另行制定安全技术可行性措施。
其他未尽事宜严格按照《煤矿安全规程》、《二水平轨道大巷掘进作业规程》及相关操作规程执行。
六、过断层的管理措施
1、根据生产中技术部门给出标注断层，过断层安全技术措施必须发放到各相关施工单位，并严格执行。
2、根据揭露的断层产状，判断断层实际落差。、如突然出现断层或煤层异常变化(突然变厚、变薄)，首先进行打钻探孔作业，探水探瓦斯，把瓦斯及水赋予情况分析清楚，再制定专项措施进行掘进。
4、顶板管理：带班人员必须严格执行敲帮问顶制度。坚持先排险后支护，先支护后作业的原则，及时使用长柄(不小于2.0m)工具排除危帮危顶，浮矸、活矸，要防止在排除危岩过程中岩石意外伤人。要加强跟班作业，督促工人加强对顶板的支护力度。工作地点必须架设好临时支护。严格永久支护的工程质量管理，工程质量和支护材料规格必须符合设计的有关规定，工作地点要备有满足工作需要的支护材料。安全员随时检查顶板的安全情况，督促职工搞好自身安全。做到安全作业。由每班的班长负责工程质量管理和支护质量管理。
断层破碎带施工技术论文 篇5
断层破碎带应力分布复杂, 且易形成较高的应力集中区, 同时围岩极为破碎, 巷道掘进过程中极易片帮冒顶, 因此断层构造带巷道支护技术一直是高应力软岩巷道支护技术研究的重点、难点。
某矿东翼轨道石门是矿井未来运输、通风、行人的咽喉通道, 地质勘探结果表明, 该巷道将穿过平均落差50 m以上断层, 且断层构造带内岩石以砂质泥岩为主, 围岩松散破碎, 局部地段存在淋水现象。在断层揭露点附近巷道掘进过程中, 巷道顶板压力现象明显, 原有U29型钢支架出现屈服破坏, 并伴有一定底鼓, 因此, 迫切需要安全、经济、可行的巷道支护技术方案成功穿越断层破碎带。
1 巷道破坏原因分析
东翼轨道石门破坏主要原因如下: (1) 巷道围岩承载能力差, 在高构造应力作用下易屈服破坏。从巷道掘进过程中揭露的围岩状况表面, 断层破碎带附近围岩岩性以砂质泥岩为主, 层理和节理在该段围岩极其发育, 在高应力作用下岩块沿结构面剪切滑移, 岩体整体承载能力很差; (2) 巷道支架承载能力没有得到有效发挥。由于围岩十分松散破碎, 巷道表面围岩与U型钢支架接触关系较差, 使得支架承载大多为偏载状态, 极易导致结构性失稳, 造成U型钢实际承载能力与理论承载能力相差较远; (3) 支护体本身结构上不稳定。U型钢支架抗侧压能力较差, 虽然东翼轨道石门采用马蹄形全封闭支架, 但支架底拱部分曲率半径较大, 使得底拱抗底鼓能力大大降低, 而一旦底拱失效, 巷道两帮支架随之失去径向约束力, 造成支架整体结构失稳; (4) 断层破碎带泥质胶结物含量较高, 已有研究表明, 泥质软岩所含粘土物质成分中, 蒙脱石吸水性最强, 水分子一旦进入随即强烈膨胀, 其膨胀最高可达50%以上。该段巷道围岩岩性以泥岩、砂质泥岩为主, 粘土类矿物含量较高, 围岩遇水强烈膨胀是导致巷道失稳的主要原因之一。
2 注浆加固机理
在该地质条件下, 巷道强烈变形的因素主要是断层附近较高的构造应力和水体对泥岩体强度的弱化作用, 显然在应力水平一致的前提下, 巷道围岩强度提高对控制巷道变形效果最明显, 而提高岩体强度最直接有效的方法就是注浆加固。而注浆加固技术的关键因素在于浆液的选择, 一般情况下浆液的性质取决于组成成分及温度、时间和渗透速度等, 而浆液在松散介质中渗透的难易程度, 一方面取决于浆液本身的粘度, 另一方面取决于松散介质渗透系数的大小。
目前, 国内外普遍采用的注浆材料主要分为两大类[1]:即水泥浆液和化学浆液。水泥浆液具有成本低, 原材料广泛的特点, 因此在各个工程领域都得到了广泛应用, 然而由于其浆液母体为水, 对一些遇水膨胀岩体不仅难以渗透, 反而浆液中含有的大量自由水会对岩体进行大幅弱化, 造成岩体变形更加强烈。化学浆液则克服了以上缺点, 在特殊地质条件下具有极高的应用价值。化学浆材有两大类, 一是水玻璃类化学注浆材料, 二是有机高分子化学注浆材料。
水玻璃类化学注浆又分为碱性水玻璃和酸性水玻璃。碱性水玻璃浆材的主要缺点是凝胶体有脱水收缩和腐蚀现象、耐久性较差并对环境有污染。酸性水玻璃浆材可在中性区域内凝胶, 凝胶体没有碱溶出, 不存在碱性水玻璃的腐蚀和环境污染现象, 耐久性较好。
高分子化学注浆材料。此类浆材具有渗透能力强、固结性能好、抗渗性高和凝胶时间可调的优点, 可以解决水泥浆液无法解决的工程问题, 但必须指出的是这类浆液在耐久性及固结强度上还有待进一步研究。高分子化学注浆材料主要有:木质素类浆液、尿醛树脂类浆液、酚醛树脂浆液、丙烯酸盐类浆液、吠哺树脂类浆液、水溶性聚氨酯浆液、非水溶性聚氨脂浆液、环氧树脂类浆液、聚亚胺胶脂类浆液。
马丽散是一种低粘度, 由树脂和催化剂双组分合成的高分子聚亚胺胶脂材料, 具有:初始粘度低, 能很好地渗入细小的裂缝中;浆液可通过加入一定量的加速剂调节反应速度;具有极好的粘合能力与地层形成很强的粘合;其良好的柔韧性能承受随后的地层运动;可与水反应并封闭水流;具有高度的粘合力和很好的机械性能等优点。
马丽散注入岩体后保持液体状态几秒钟, 渗透细小的裂隙, 这时树脂和催化剂发生反应, 生成多元网状密弹性体, 当它被高压推挤, 注入到软弱破碎岩体中, 可沿软弱破碎岩体的空隙和裂缝延展直到将所有空隙裂隙 (包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙) 充填固结, 从而将破碎围岩重新胶结起来而不受流动水体影响, 从而提高注浆岩体的强度、抗变形能力和完整性。其主要技术参数如表1所示。
3 断层破碎带二次注浆加固技术方案
综上所述, 控制该巷道在高应力作用下的强烈变形, 要求支护体必须具备较高的支护阻力和结构稳定性, 因此结合东翼轨道石门具体地质状况提出支护技术方案, 该方案技术核心为:
(1) 超前预注化学浆液。通过超前预注化学浆液, 封堵导水裂隙, 降低水体对泥质岩体弱化作用, 同时部分提高岩体强度, 注浆锚杆长度5 000 mm, 注浆锚杆间排距1 500 mm×1 500 mm, 浆材选用马丽散。
(2) U型钢支架壁后充填注浆。针对断层破碎带围岩松散破碎和支架强度偏低的特点, 在采用高强度U36型钢支架的同时, 采用U型钢支架壁后二次注浆技术一方面能够将松散破碎的岩体进行胶结, 提高工程岩体的完整性, 使得围岩体本身的强度有所提高达到岩体强度补偿目的, 另一方面能够显著改善支架与围岩相互作用关系, 使得支架承载均匀性大大提高, 有利于发挥支架的承载能力, 注浆锚杆参数为:顶帮注浆锚杆长度1 300 mm, 注浆锚杆间排距1 200 mm×1 500 mm, 浆材选择普通硅酸盐水泥。
4 支护效果分析
东翼轨道大巷断层破碎段已按照方案施工完毕近1月, 目前巷道表面喷层状况良好, 并无出现明显变形, 底板未出现底鼓迹象, 但未采取二次注浆加固段巷道, 喷层已大量开裂脱落, 且部分U型钢屈服破坏, 局部地段底鼓量达到150 mm以上, 对比两种支护方式, 显然采用新型支护方式后, 巷道支护效果显著。
5 结论
断层破碎带围岩十分松散破碎, 且构造应力较高, 在此类巷道支护设计中, 应从提高巷道围岩强度、发挥支护体承载性能和支护体结构稳定性角度出发, 通过超前预注化学浆液封堵水源, 降低水体对泥质岩体的弱化作用, 同时通过二次注浆加固对松散破碎的岩体进行胶结提高其强度, 且改善支架围岩相互作用关系, 使得支架均匀承载, 同时通过锚索对支架结构薄弱环节进行结构补偿, 发挥主动支护和被动支护的优越性, 从而控制巷道的强烈变形。
摘要：针对断层破碎带断层落差大、构造应力高、围岩岩性差和导水的特点, 从提高巷道围岩强度和支护结构稳定性角度分析该地质状况下控制巷道变形的关键问题, 并提出断层破碎带巷道二次注浆加固支护技术, 并得到成功应用。
关键词：断层,巷道,注浆
参考文献
断层破碎带施工技术论文 篇6
当南翼机轨大巷掘进迎头进入断层破碎带后, 全断面进入岩层两条巷道的围岩环境已严重影响了正常掘进施工与支护, 并对人员生命安全造成威胁, 为避免危险发生, 需对巷道的掘进与支护方式进行优化, 保证该段巷道围岩和支护结构的稳定[1,2,3,4]。
1 机轨大巷施工掘进与支护关键技术
综合考虑本矿区南翼机轨大巷复杂围岩地质条件, 首先需将原有的矩形巷道断面优化为受力更为合理的半圆拱形巷道断面。
1.1 断面优化
为提高南翼机轨大巷过断层破碎带过程中围岩的自稳能力, 保证巷道断面结构受力合理, 将原有矩形断面改变为受力更为合理的半圆拱形断面。
1.2 超前预加固技术
超前小导管注浆加固机理包括注浆加固作用和锚杆桩作用。
1.3 预应力支护技术
采用锚索支护将顶板破碎岩体锚固到深部稳定岩体上, 并进行全断面锚网支护, 综合保证巷道围岩和支护结构的稳定与安全。
1.4 二次注浆加固技术
通过二次锚注加固, 可形成积极主动有效的全断面锚注支护结构和多层组合拱结构, 实现与巷道围岩的共同承载, 提高了支护结构的整体性和承载能力, 并使支护体内锚杆、锚索均转化为全长锚固, 能够保证巷道围岩和支护结构较长时间内的稳定。
2 南翼机轨大巷断层破碎带段掘进与支护施工方案
根据断层破碎带围岩特性, 建议的施工技术方案:超前小导管注浆技术+29U型钢支架与喷网初次支护+预应力锚索加强支护+二次注浆加固。
2.1 超前小导管注浆预加固
巷道毛断面尺寸宽×高为5100mm×4150mm, 在巷道顶部布置超前小导管。
2.1.1 布孔
在紧靠巷道开挖断面轮廓线布置超前小导管共13个, 小导管拱顶间距500mm, 小导管长度为6000mm, 直径为Φ48mm, 外插角为6°, 钻孔直径为Φ60mm。小导管布置如图1所示。
2.1.2 注浆材料与参数
选取浆液时, 应同时考虑以下几方面:浆液的可注性、浆液凝胶体强度、浆液的凝聚时间、材料来源、价格和是否有毒。因此, 针对流沙层特殊地层条件, 本方案注浆采用单液水泥-水玻璃浆液, 水泥使用32.5级普通硅酸盐水泥, 加入3%~5%的水玻璃, 水灰比控制在0.8-1.0的范围。
2.1.3 注浆压力
注浆压力是浆液在地层裂隙中扩散、充填、压实脱水的动能, 是注浆设计和施工中的主要注浆参数之一, 对提高注浆质量和保证注浆效果起到的影响作用较大。考虑到超前预注浆的目的主要是堵水和加固;以地层压力为计算根据, 使浆液能够扩散。因此, 综合以上因素, 确定注浆压力应为0.5MPa-1.0MPa;注浆终压为2.0MPa-2.5MPa。
2.2 巷道掘进与支护
巷道掘进后及时采用29U型钢支架与钢筋网支护, 然后采用预应力锚杆和锚索加强支护, 并安设注浆管, 其设计参数:
注浆管使用Φ38mm钢管制作, 规格为Φ38mm×1000mm, 孔径Φ45mm, 孔深2500mm。
锚杆采用高性能螺纹钢锚杆, 规格为Φ20mm×2200mm, 直径20mm, 间排距800mm×700mm, 锚杆孔直径为Φ28mm, 其采用1卷慢速M2350型和1卷中速Z2350型树脂药卷加长锚固。
锚索采用Φ18.9mm×8900mm, 孔径Φ28mm, 采用1卷中速Z2350和2卷慢速M2350型树脂药卷。
2.3 喷浆封闭与注浆加固
在完成锚杆、锚索和注浆管安装的基础上, 进行喷浆封闭, 既形成对注浆管的封孔, 又构成锚网支护结构。喷浆厚度在150mm左右, 喷射混凝土强度等级C20, 配合比为1∶2∶2, 掺3%-5%速凝剂。
注浆管的布置如图1所示, 间排距为1200 mm×1400 mm。
3 结论
本次工程针对内蒙古棋盘井矿业有限公司三号井南翼机轨大巷端头掘进采用“锚网喷+钢拱架棚+超前小导管注浆+二次注浆支护”复合支护形式, 在施工过程中进行了实时施工监控量测, 同时对监控量测成果进行及时分析, 为确定合理的施工技术方案和支护参数, 保证施工安全提供依据, 并为围岩与支护结构的稳定状态分析提供反馈信息, 从而优化施工方案和参数, 达到安全、经济、高效等预期目的, 可为同类型巷道提供参考依据。
摘要：由于内蒙古棋盘井矿业有限公司三号井南翼机轨大巷围岩条件复杂、支护难度大、巷道稳定性差, 现有支护形式无法满足巷道正常使用。基于此, 在巷道原有设计基础上开展了优化方案设计, 提出了采用“超前小导管注浆技术+U型钢支架与喷网支护+全断面锚杆支护+预应力锚索支护+二次注浆支护”的复合支护形式, 并进行了现场施工和监测。优化后的设计方案取得了良好的社会和经济效益, 具有推广意义。
关键词：机轨大巷,断层破碎带,施工技术,应用
参考文献
[1]董新平, 彭中和.浅埋地下工程管棚法施工中合理管棚直径分析[J].岩土工程学报, 2007, 9:1355-1360.
[2]余静, 等.超前围壁锚杆结构与作用机理[J].煤炭学报, 1986, 11 (2) :64-69.
[3]陶龙光, 侯公羽.超前锚杆预支护机理的模拟试验与成拱力学模型研究[J].中国矿业大学学报, 1995, 24 (3) :35-42.
断层破碎带施工技术论文 篇7
关键词：光爆锚喷,支护,断层,破碎带
在我国煤矿支护中, 光爆锚喷技术已应用多年, 梨树煤矿采用光爆锚喷在断层破碎带的应用上摸索出一些办法。在本矿二段主带皮带井改造工程施工中, 先后用锚喷支护穿过了数条落差比较大的断层, 在所施工的工程中有平巷, 也有下山, 现在巷道已经投入使用, 至今支护状况良好。
1 地质概述
煤层底板岩层依次为为页岩, 砂岩, 砂岩和页岩互层, 层节理较为发育, 所掘巷道周围多为承压煤柱及采空区, 岩性为粉粗砂岩和砂质页岩互层, 泥质砂页岩和岩质泥岩, 泥岩和泥质黑页岩, 断层处岩层遇水常潮解膨胀, 爆破后极易片冒, 给施工和维护带来很大困难。
2 施工方法
断层破碎带的掘进断面一般为8~15m2, 多工序平行作业:二掘一喷、一掘一喷、边掘边喷及浅眼小循环, 由于构造变化较大, 循环进度控制在0.8~1.0m;工序为光爆初喷、锚杆超前护顶、永久锚杆、挂金属网, 复喷至设计厚度。当施工断面大至15m2时采用台阶施工法, 上部光爆锚喷, 下部锚喷, 达到一次成巷。
2.1 强化光爆
增强围岩的自身承载能力确保围岩的完整和稳定, 分三种方法施工。根据围岩性质和构造变化, 合理的制定光爆图表, 如表1所示。
2.1.1 预留光面层
在围岩稳定性较差的岩层中光爆, 必须采用浅打眼, 较近的周边眼距, 增加空心眼数量, 间隔装药, 多次起爆的控制方法。
2.1.2 缩小周边眼位
在围岩不稳定的岩层中, 如围岩为泥岩, 炭质页岩时, 采用中心掏槽, 缩小周边眼距, 确保巷道成型, 眼距巷轮廓线为600~800mm。炮眼布置如图1所示。
2.1.3 底部掏槽
在断层破碎构造复杂层节理紊乱的地质条件下, 采用底部掏槽爆破, 人工造型刷边到设计轮廓线, 底部掏槽眼距底板约1m为宜。
2.2 锚喷支护
针对围岩应力重新分布的规律, 研究断层开挖后, 破碎带围岩压力大、松动早、来压快、强度低、易脱落等问题, 采取相应的保护措施, 采用下述几种支护形式:
2.2.1 锚杆-混凝土联合支护:
在围岩不稳定区段层节理裂隙虽然发育, 但并不松散, 特别是光爆后, 顶帮未立即成块脱落时, 需要立即迎头喷射20~30毫米厚的砂浆封闭, 作为临时支护, 初喷时速凝剂量为水泥重量的3%-4%, 再打永久锚杆挂网, 复喷混凝土至设计厚度, 锚杆为预应力锚杆2.2m×φ18mm, 间排距为600mm×600mm, 混凝土配合比1:2:1.5, 喷厚为70~100mm。
2.2.2 锚杆-钢带-金属网-混凝土联合支护:
在围岩易变形脱落时, 必须在围岩松动前尽早支护, 可以有效防止围岩的变形和松动, 紧跟迎头以提供支护抗力, 人工造型刷边后立即喷护顶浆10~20mm厚 (砂浆比1:2) , 速凝剂为4~5%, 再上钢带打永久锚杆挂网。其中:预应力锚杆2.2m×φ18mm, 间排距为600mm×500mm;钢带规格为长×宽×厚=巷道的宽度×250mm×3mm;金属网规格为100×80mm;混凝土喷厚为100mm。
2.2.3 锚索和U型钢梁联合支护:
锚杆的组合作用形成组合拱, 因为拱内的岩体裂隙发育破坏严重, 所以岩体的强度相对降低, 致使拱的强度降低, 故对于破碎区, 大松动圈巷道, 单一支护达不到理想效果。依据锚喷支护充分发挥围岩自承能力, 控制围岩不进入有害的松动状态, 调节围岩变形至适当位置的原理, 保证不出现有害松动情况下, 围岩可以一定程度的变形。措施是控制支护时间, 调节围岩变形:当通过断层破碎带约1~2个月时间, 观察发现第一次支护后, 围岩虽然大部分趋于稳定, 但是支护强度不足, 局部有小块片落及膨胀鼓裂, 裂逢长3-4m, 宽1-2mm, 且伴有泥质暴露。我们在处理好膨胀鼓裂现象的同时, 在断层破碎带处用锚索-U型钢-复喷混凝土联合支护增强抗力, 阻止围岩继续变形和位移。其中:锚索索绳长8m, 间排距1.0m×2.0m, 喷射混凝土厚100mm。
3 施工要求
在断层带中进行锚喷时, 依据围岩变形较快的特点, 我们认为要分二次支护, 支护的施工顺序和时间应该根据围岩自稳时间而确定。如果围岩的自稳时间较长, 应该先锚后喷;相反如果自稳时间较短, 围岩甚至冒落得难以控制, 则应采用打超前护顶锚杆 (角度以45度为宜) 。经过观察:第一次支护后在限制了围岩变形的速度的同时, 还允许围岩产生适当的位移和变形, 以此来释放压力, 即便局部出现轻微开裂、甚至小块片落也无妨。等到围岩变形基本趋向稳定之后, 施行二次支护上锚索, 加大喷厚, 增大锚固拱的厚度, 增强支承拱的作用, 以此来保证支护的安全。
4 经济效果
断层破碎带采用光爆锚喷支护, 每前掘进一米减少开挖量34.1%;与砌碹比较, 每米成巷可节约木材1.1m3, 钢材0.01吨, 石料5 m3, 经济效果十分可观。
5 结语
在充分吸收矿区建设实践经验和深入分析施工方法的基础上, 针对梨树煤矿的断层多、岩层软, 地质条件复杂的特点, 逐步形成了一套适合本矿区复杂地质条件的支护方法, 使矿井建设工期大幅度缩短, 对类似矿井支护具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]张富民.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.
[2]郑颖人.地下工程锚喷支护设计指南[M].北京:中国铁道出版社, 2008.
[3]李永友, 李树清.深部软岩巷道锚注联合支护围岩承载机理分析[J].湖南科技大学学报, 2008, 23 (1) :10-14.
[4]张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004.
[5]柏建彪.深部软岩巷道支护原理及应用[J].岩土工程学报, 2008, 30 (5) :632-635.
[6]郑永学.矿山岩体力学[M].北京:冶金工业出版社, 1998.
断层破碎带施工技术论文 篇8
1 工程概况
某隧道的起点为DK237+763, 终点为D326+821, 隧道全长890.5km, 隧道中设置有5座斜井, 最大埋深值为768m。隧道内部存在断层破碎段, 断层破碎段的起讫里程为DK292+192~643, 均为V级围岩, 总长度为451m。高地应力是断层破碎围岩出现的主要原因, DK292+192~643中的围岩受到高地应力及地壳运动的影响, 已经变得密实且破碎, 在开挖隧道后发现围岩多呈粉末状。断层破碎段当中的断层泥砾δ0为350k Pa, 破碎岩δ0为620k Pa, 视电阻率在45Ω·m~280Ω·m之间, 岩体波速在2581m/s~2814m/s之间。为了保证隧道施工的顺利进行, 决定对该段围岩进行特殊处理。
2 隧道断层破碎围岩段施工控制技术分析
2.1 超前注浆预加固控制技术
在对本工程的围岩状况进行考察后决定先采用超前导管注浆技术对隧道岩面进行加固处理。首先沿轮廓线在开挖面设置钻孔, 随后利用小导管将胶凝浆液注入钻孔中, 浆液硬化后便可以预加固断层破碎围岩, 从而起到超前支护作用, 并保证隧道开挖作业的安全性。本工程采用的小导管直径为45mm, 壁厚为4.0mm, 开挖隧道时的循环长度为5.5m, 每个循环之间的搭接长度均>1.5m, 在拱顶120°范围内小导管的环向间距为30m。在施工的过程中将锚固剂填塞到小导管中, 同时在小导管中插入直径为20mm的螺纹钢筋, 以便能够使导管的抗压强度及抗弯刚度得以增强。钻眼时采用YT28型长钻杆, 钻杆长度为4.0m, 钻眼完成后将钻杆拔出, 并将小钢管插入, 在插入钢筋及加入锚固剂的同时注入水泥浆液, 当注浆压力上升到1MPa时可停止注浆施工[2]。对于地下水较为丰富的破碎围岩地段, 本工程结合了深孔注浆工艺, 利用小导管完成平导超前及地表超前预注浆施工。经超前注浆加固控制后, 断层破碎围岩段形成了大范围且厚度达到设计要求的加固区, 在预加固后可进行开挖施工及其他支护作业。
2.2 短台阶开挖控制技术
完成超前预加固处理后本工程采用了短台阶工艺进行开挖施工, 同时起爆上台阶与下台阶, 爆破施工的循环进尺为2.5m, 为避免断层破碎围岩坍塌, 在爆破时将下台阶的炸药用量控制在0.5kg/m3~0.85kg/m3之间, 上台阶为1.0kg/m3~1.3kg/m3。围岩周边眼安放直径为20mm的小药卷, 起爆时采用间隔导爆技术, 周边炮眼的装药量≤0.5kg/m3。为了避免对断层破碎围岩的稳定性造成影响, 在施工中严格控制上台阶的高度, 使其保持在6m左右, 以便留有足够宽度的操作平台, 开挖好上台阶后暂停开挖施工, 3d后开始开挖下台阶, 在开挖过程中确保预支护变形量≤5cm。下台阶与仰拱之间的距离为20m, 以便于施工机械进入开挖操作平台, 开挖好下台阶后暂停施工, 7d后开始处理仰拱, 处理仰拱时确保预期加固的变形量≤10cm[3]。为了加快钢筋绑扎、矮边墙及防水板的施工进度, 在开挖时还要保证掌子面与拱墙混凝土衬砌之间的距离为45m左右, 上台阶及下台阶的开挖施工完成30d后才可在拱墙喷射或浇筑混凝土, 在拱墙施工阶段保证预加固变形量≤25cm。
2.3 围岩支护控制技术
开挖后及时进行初期支护处理, 在支护施工中采用了型钢钢架, 钢架由仰拱部分、上断面及下断面部分组成, 确认钢架的各部分连接牢固后紧贴围岩布置钢架, 如超挖部分较多, 则将预制混凝土块置于超挖部分。为了避免钢拱架出现下沉现象, 本工程在钢拱架与围岩之间焊接了钢板, 钢板规模为15mm×230mm×500mm, 在钢板的定位孔中打入锁脚锚管, 以便增加钢拱架的抗变形能力及避免发生位移。钢筋网的规格为150cm×150cm, 网格间距为25cm×25cm, 在本工程中安装了2层钢筋网, 以减少破碎围岩的回弹量、提高受喷性及加快混凝土的喷射速度。在锚支护施工中使用的锚杆为螺纹钢, 直径为25mm, 钻孔深度达到标准后将浸透的锚固剂塞入其中, 随后插入螺纹钢, 确定锚杆到达孔底后安装好垫板及拧紧螺栓, 将钢架与锚杆尾部焊接牢固。完成锚杆施工后便可以喷射混凝土, 混凝土的坍落度为95mm~105mm, 速凝剂添加量为1.0%~1.5%, 水灰比为0.48。喷射混凝土的顺序为从上到下、先喷墙壁后喷射仰拱, 喷射时喷嘴与工作面应保持垂直, 且两者距离应保持在2.0m左右[4]。在完成混凝土喷射施工及钢架施工后可进行衬砌施工, 衬砌厚度为85cm, 安装好模板后连续灌注混凝土。此外, 对于破碎围岩中的泥带, 则在坍穴口设置临时排水管道, 管道为直径为60mm的钢管, 以便及时排除断层泥, 改善围岩支护效果。
3 结束语
综上所述, 断层中的破裂围岩可对隧道工程的施工质量造成影响。为了有效控制破碎围岩, 避免不良地质条件影响工程建设质量, 则应注意在施工过程中采用科学合理的施工工艺控制破碎围岩, 改善破碎围岩的支护质量及强度。
参考文献
[1]毕强, 葛根荣, 王毅.调整线路平纵断面解决隧道中线施工偏差的原则及方法探讨[J].高速铁路技术, 2014 (1) :53-56.
[2]李文江, 孙明磊, 朱永全, 朱正国, 李玉良.软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J].岩石力学与工程学报, 2012, 31 (z1) :2729-2737.
[3]王剑晨, 张顶立, 张成平, 房倩, 苏洁, 杜楠馨.北京地区浅埋暗挖法下穿施工既有隧道变形特点及预测[J].岩石力学与工程学, 2014 (5) :947-956.
断层破碎带施工技术论文 篇9
地面预注浆技术是指当井筒通过较大的裂隙含水层或流砂层时, 在井筒开凿以前, 用钻机沿井筒的周围钻孔, 然后将配好的浆液靠设在地面的注浆泵经过各注浆孔注到地层内的裂隙或孔隙中充填固结, 在未开挖的井筒周围形成不透水的注浆隔水帷幕, 最后再进行井筒开凿。
地面预注浆技术的优点有: (1) 全部工作均在地面上进行, 工作条件好、效率高、钻进速度快; (2) 可以根据裂隙方向布置钻孔, 钻孔偏斜影响小, 且钻孔、注浆工程量较小; (3) 钻孔和注浆工作可在井筒开始掘进前进行, 不影响工程进度, 可连续施工; (4) 可以使用生产效率高的大型钻机使注浆孔孔径加大, 钻孔可以交叉更多的含水层裂缝, 提高了充填效果。
1 工程概况
江苏省徐州市某矿区域地质构造位置属华北板块南缘, 煤田构造形式为近东西向的对冲构造盆地, 南北两侧均为推覆构造组成的叠瓦扇, 盆地内部则为较简单的复向斜构造。南北边缘发育走向逆冲断层, 内部发育北北东向正断层。
井筒多为花斑状泥岩、砂质泥岩和粉砂岩, 裂隙发育, 岩体破碎, 富含水和瓦斯。瓦斯地质、水文地质和工程地质条件较为复杂。
2 注浆工艺
2.1 固管工程量、注浆段造孔
在注浆施工中, 依据注浆的目的不同及注浆地层的不同, 可以采用不同的钻孔方法及钻孔要求。
固管段表土层段采用牙轮钻头钻进, 直孔钻至382 m。护壁管中用单液水泥浆固管;养护后换130 mm牙轮钻头, 无芯钻进至终孔。井筒地面预注浆共完成固管安装2 292 m, 完成注浆段造孔4 018 m, 注浆孔布置见图1。
2.2 钻孔结构
主井地面预注浆钻孔分两级结构。
直孔段:开孔直径191 mm, 钻进至套管深度382 m, 下入直径168 mm套管。套管以下用直径130 mm钻头钻进。
2.3 孔斜
井筒直孔固管段终孔偏斜率不大于2‰, 注浆段终孔偏斜率不大于5‰。
为防止钻孔偏斜, 在钻进过程中, 应严格遵守技术操作规程, 还应注意钻具的同心度与垂直度, 根据岩层软硬的变化调整钻压、钻速, 保证钻具呈垂直状态。
钻孔测斜采用JDT-6陀螺测斜仪, 要求每10 m一个测点, 必要时加密测点, 并把数据及时填到钻孔偏斜平面图上, 以便根据钻孔偏斜情况及时采取相应措施, 确保注浆质量。
3 注浆方案
3.1 注浆深度及段高划分
井筒断层破碎带的加固范围为400~442 m。采用小段高, 定量注入单液水泥浆进行加固。当井底为含水层时, 为防止井底涌水, 注浆深度应为10 m以上。当注浆深度较大时, 由于各土层的裂隙发育不同及静水压力随深度增加而增大, 所以, 在一定压力下浆液扩散距离不相同。上部扩散远, 下部扩散较近;大裂隙扩散远, 而小裂隙扩散近, 应采用分段注浆。而主井断层破碎带基本现场实际情况可以采用先注黏土浆, 再注入水泥浆。水泥浆注浆加固段高原则上每10~20 m一个段高, 以不塌孔和埋钻为原则。
3.2 注浆压力
注浆压力是浆液在地层中扩散的动力, 它直接影响注浆加固效果, 但是注浆压力受注浆地层条件、注浆方法和注浆材料等因素的影响和制约。
注浆压力采用式 (1) 来计算:
式中:k是由深度决定的压力系数, MPa/m, 在埋深较潜的土层注浆时可取k=0.023~0.021;H为注浆深度, m。
由于是对断层破碎带进行堵水加固, 地质条件非常复杂, 所以从注浆公式可确定终压为静水压力值的2.5~3.0倍, 且根据注浆施工中的实际情况进行调节。
3.3 注浆材料及配比
破碎带堵水注浆以黏土水泥浆为主, 加固以单液水泥浆为主, 并注入部分塑性早强水泥浆 (主要成分水泥、粉煤灰、早强剂、塑性剂) 。
塑性单液水泥浆比常规的单液水泥浆吸水率低, 悬浮性好, 早期强度高, 可以适当提高注浆段高, 减少重复注浆次数, 提高施工效率。具体单液水泥浆配比见表1。
3.4 注浆量
浆液注入量根据浆液有效径向扩散距离和注浆段平均裂隙率, 利用公式 (2) 计算:
式中:Q为浆液注入量;R为浆液有效扩散半径, m;H为注浆段高, m;η为砂层孔隙率, 30%~40%;λ为损失系数, 1.2~1.5;η为岩层裂隙率, 0.5%~3%;α为浆液在裂隙内的有效充填系数, 0.8~0.9;m为结石率, 与浆液性质、砂层种类及充填率等有关, 一般为1.1~1.3;m为结石率, 与浆液性质、水泥浆的水灰比等有关, 一般为0.56~0.99。
4 注浆效果
4.1 注浆结束标准
井筒破碎带加固注浆, 单液水泥浆加固注入量实行定量控制, 达到设计的注浆终压 (静水压力的2.5~3倍) , 终量不大于60 L/min, 并继续以同样的压力注入较稀的浆液20 min以上。
4.2 注浆效果
井筒涌水量的预计一般采用稳定流完整井承转无压井的裘布依公式计算出的涌水量作为参考水量。该井注浆后注浆段井筒剩余涌水量预计为2.26 m3/h, 达到小于4 m3/h的质量标准, 与注前井筒检查孔提供的基岩段井筒涌水量297.57 m3/h相比, 堵水率达99.5%, 注浆加固效果明显。
5 主要结论
1) 该井筒裂隙发育, 岩体破碎, 含水丰富, 为确保地面预注浆工程达到所要求的效果, 实际完成6个注浆钻孔, 浆液注入量224 606 m3, 达到了预期效果;
2) 根据井筒复杂的水文地质条件, 采用小段高定量注入单液水泥浆对主井进行加固;注浆压力从注浆公式可确定终压为静水压力值的2.5~3.0倍;单液水泥浆配比从0.5∶1到2.0∶1;
3) 井筒破碎带在压水试验监测表明, 地面预注浆质量可靠, 堵水效果显著, 基本上消除了掘进工作面突水、大涌水量等隐患, 为井筒施工创造良好条件。
参考文献
[1]刘斌.地下工程特殊施工[M].北京:冶金工业出版社, 1991:30-36.
[2]黄德发, 王宗敏, 杨彬地层注浆堵水与加固施工技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.
[3]刘佑荣, 唐辉明.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社, 1999.
[4]陈轲, 王曾光.地面注浆堵水技术在矿山建设中的应用[J].中国矿山工程, 2009, 38 (1) :35-40.