平巷施工2

平巷施工(四)不稳定岩层中平巷的施工1概述概念:不稳定岩层是岩体在形成过程中，由于地质运动和岩体的风化、充填等而在岩体内形成的断层破碎带、流沙层或软弱易风化、水解的岩层，统称为不稳定岩层。1概述特征:岩体松软或破碎，承受载荷能力低。当巷道开挖时,不稳定岩层会向巷道中产生挤压变形或冒顶、片帮，甚至成流体状，将巷道堵塞。1概述不稳定岩层对施工的危害:①巷道穿过不稳定岩层时为加强围岩地压管理，防止地压危害必须采取特殊的施工方法这必然造成施工成本的增加，进度变慢。②对于已施工的巷道，由于地压、水压等，对砌体产生较大应力，不稳定区的砌体边墙向巷道中挤入,边墙、拱顶出现裂纹甚至垮塌，巷道底板出现底鼓现象，造成铁道拉断或变形，机车跳道、巷道积水等，给安全生产带来隐患。1概述不稳定岩层的分类:(1)中等稳固岩层:围岩单体强度高,因其节理裂隙发育,整体强度低，开挖后可以稳定一段时间，随后出现片帮、冒顶等不稳定现象。(2)破碎岩层:围岩单体强度高，整体破碎，开挖后围岩始终处于不稳定状态。(3)流沙、砾石岩层:岩层为流沙、砾石松散体堆积或胶结而成。(4)砂质粘上、淤泥等软弱岩层。(5)风化岩层:围岩暴露后易水蚀、风化而出现不稳定的岩层。2施工方法不同类型的不稳定岩层，其危害方式各不一样。因此，应采取不同的施工方法。对于(1)类围岩，可以采用喷锚支护方式。由于锚杆的悬吊连接作用使得巷道上方产生一个承载拱，可以有效控制拱顶围岩，喷射混凝土则可以封闭和支撑围岩，使围岩整体载荷能力提高.2施工方法对于(4),(5)类围岩，由于见水后围岩容易膨胀、风化，喷射混凝土无法控制围岩，往往造成大面积脱层，因此，应根据不稳定岩层的规模决定采用混凝土或钢筋混凝土支护。由于软弱岩层容易在砌体场部产生剪切应力，而使其遭到剪切破坏。经常可以看到砌体墙上首先产生裂纹，续而发展到拱顶。如发现这种现象，应及时向砌体外围打注浆孔，对围岩进行固结注浆同时对开裂段进行喷锚网二次支护，确保巷道的安全畅通。2施工方法施工中遇到(1),(4),(5)类岩石，采取短掘短支的方式，是容易通过的，对施工危害最大的是断层破碎带及流沙、砾石层这类岩层不仅破碎，而且经常伴有大量裂隙水渗人，围岩稍有暴露即大量冒落给施工安全及工程进度造成很大影响，对于这类围岩的处理，通常有以下几种方法:2.1超前导洞边刷边支法①先在掌子面拱顶掘进一小洞，及时用木棚护顶;②然后向两边一步步刷大，并及时用木棚支护;③最后用混凝土一次衬砌成型。由于该方法木材消耗量大，工序繁多，进度慢，目前使用较少。2.2撞楔法用密集木板或圆木，将一头削尖，一根根沿巷道边向外扩张一个5-10°角度排严打人，以免露顶，打入撞楔时，全部撞楔应均匀打人，一次推进100-200mm为宜。撞楔全部打人后，开始掘进工作。当工作面推进到撞楔自身长度的1/3时，架设支架，作业面掘进到撞楔2/3时，再架设支架，同时，打入新的一排撞楔，按同样方法向前推进，直到穿过危险区.2.2撞楔法如果巷道是在流沙层中掘进时，必须根据具体情况向工作面打入1-2排密集木桩，木桩长度0.3-1.0米.以有效隔阻流沙涌人巷道，便于立支架。如巷道侧破碎，两帮也应打入撞楔。如断层中无涌水，可将木撞楔换成锚杆或铁道。支架用10#槽钢做成，锚杆或铁道架在拱架上向前打入，将拱部l/3浮碴处理后喷混凝土控制住顶板，然后处理下部工作面碴石，并对两侧喷混凝土，待混凝土达到一定强度后，重复以上工序，直到处理过塌方区。2.2撞楔法2.3掩护筒法掩护筒法是由撞楔法演变而来的一种施工方法。掩护筒也是一种超前支架。其与撞楔的不同点:掩护筒是用金属制成的一个圆形整体筒.里面装有液压千斤顶，千斤顶压在已支好的砌体上，借助于千斤顶的力量。将其切入岩层中在它的保护下开掘岩石和砌筑永久支架。随着永久支架的向前砌筑，掩护筒不断向前推进。掩护筒掘进速度快而且作业安全可靠。所以应用较广泛.2.4超前锚杆支护岩体特别破碎或塌方区有较多大块砾石时,撞楔法施工较困难，此时应考虑钢拱架加超前锚杆支护。超前锚杆分为两种:一种是向上呈现65-70°角，主要起悬吊作用控制顶板，因其速度慢，适应性差而应用较少，一般用于大断面施工;另一种是向上呈10-15°角，主要起支撑作用，因其操作简单，成本低，在不良地质条件下灵活性高，在小断面施工中广泛应用。2.4超前锚杆支护锚杆参数根据岩体破碎程度来确定.对于无流动性破碎岩体，由于本身具有一定粘结力，锚杆的作用是将围岩临时支撑，利用围岩自身相互错动、挤压达到平衡状态，宜选用直径19-22mm、长度2.2-2.5m的锚杆，间距300mm;对于流动性破碎岩体，其载荷较大，宜采用直径28-38mm、长度3-4.5m,间距300mm的锚杆。对于流沙断层，两帮也应打超前锚杆，防止侧墙突入.2.5注浆法施工巷道穿过裂隙含水层、破碎带或冒落区时，可对工作面进行注浆来堵水或加固根据水文地质条件和注浆目的，巷道注浆一般分为三种类型:堵水注浆、固结注浆.回填注浆。由于注浆法施工是为防止受压浆液和裂隙水从工作面涌出来，保证浆液在最大注浆压力下沿裂隙有效扩散注浆前在工作面设止浆垫。止浆垫施工工艺复杂，施工时间较长，速度慢.因此用注浆法进行围岩加固掘进平巷，不如其它方法简捷,但在涌水量大的流沙断层施工时，固结注浆较为可行。3岩层判定及应用由于不稳定岩层岩表现形式千差万别，有的不稳定岩层性相似，只是在施工以后使用中才表现出不稳定性;有的岩层刚一接触即全面垮塌甚至成流体状。如何准确判断不稳定岩层，对以后确定施工方案至关重要。通常，出现不稳定岩层时会有一些征兆:(1)岩石颜色突变;(2)开挖后悬空面成楔形体，其结构面光滑，有浆液侵入;(3)岩石为岩粉包裹;(4)突然涌水;(5)出现泥夹石;(6)松散成流体状岩层.3岩层判定及应用不稳定岩层广泛存在于岩体中，施工中突遇不稳定岩层时必须首先分析判断，了解其成因，并根据施工队设备状况，综合考虑施工、技术、工期、成本等的可行性，才能确定合理的实施方案。4施工实例以会理锌矿六中段为例，来分析不稳定岩层的施工工艺.4.1概况会理锌矿位于四川省会理县云甸乡天宝山，为大型国营矿山，该矿为扩大出矿能力于1994年至1997年对六中段进行改扩建，主平巷761米，到达矿区后，根据矿体赋存情况设计两条环形运输平巷，即东部环形和西部环形道以及设备井、溜矿井及盘区施工，在整个施工过程中遇到流沙大断层3处，软弱灰绿岩2处，泥质岩10余处.是一个地质灾害较多的矿山。4.2施工方法以西部环形道172-193米流沙断层施工为例。西部环形道掘进到172米处，突然遇到流沙断层，断层刚被揭开,流沙、砾石即伴随着4m3/min的涌水将掌子面覆盖，当时，不知道上部情况，试着想将流沙石运空，后见沙石不断涌人，从地质安全角度考虑，决定采用特殊的施工方法。4.2施工方法根据揭露的情况:断层中含细沙30-40%;碎石20-40%;大块砾石40%左右，平巷从底板1.2m以上为沙石松散体，1.2m以下为沙石胶结层，松散体自然安息角38-450,涌水4m3/min。如采用固结注浆法施工，虽然比较可行，但当时没有注浆设备，采购注浆设备需要时间，且大量涌水对止浆垫施工带来不利影响，势必延误工期。4.2施工方法经过仔细分析研究，确定采取如下施工方案:撞楔+超前锚杆十混凝土联合支护方式4.2施工方法4.2施工方法(1)撞楔设计:根据岩体的流变性，在施工作业面打入撞楔，其作用主要控制作业面流沙流动，提高流体自然安息角，直径d=150-200mm，一头削尖，便于打人。由于木撞楔质地较软，应根据流沙中打入难易程度，通过试验确定其长度，s=1m,撞入系数0.55，由于巷道高2.5m,应设置三排撞楔。4.2施工方法(2)锚杆设计:①锚杆直径:根据钻孔直径确定，当时用7655凿岩机钻孔38mm,锚杆直径取32mm，便于安装。②锚杆间距:根据大块情况.由于流体中大块较多，块径300-700mm.取锚杆间距250mm.③锚杆张角:每次混凝土支护斜长1.2m,厚度b=0.3m，张角14.5.④锚杆长度:根据巷道高2.5m,混凝土厚度b=0.3m，总高度H二2.8m。通过几何运算得L=4m.⑤安全性验算:在没有大的层间错动情况下，当大部大块托在锚杆之上后，大块间相互摩擦、支摔，形成承载拱，顶部岩石处于暂时平衡状态，作用在支护上的力实为拱下部分岩石重力，考虑锚杆实际承受能力不够，因此，实际施工时，在拱部适当位置需增加18kg/m铁道进行加固，从而保证了施工安全4.2施工方法(3)施工实施:首先沿掌子面打三排水平的密集木桩.一边打进一边将碴出掉，直到破碎带起点;然后立支架;沿支架向前打人超前锚杆，锚杆直径32mm，其间打入18kg/m铁道超前支护,间距250mm,仰角14.50、利用7655凿岩机作冲击器自制冲击套，头接凿岩机，另一头套住超前锚杆或铁道往堆积体及拱顶打入(墙部锚杆长2.5米)。完成后继续打人撞楔，运走松碴.4.2施工方法随着松碴的运走周围沙砾、石子在水力作用下会涌入巷道中.但由于碴中含有大块砾石，卡在轨道或锚杆间,同时在锚杆间加焊钢筋槽条连接，可以有效阻断流沙涌人巷道。当流沙趋于稳定后，再试着将巷道两边向前挖进一部分，从而使可支护段达到1.2米，此时，应迅速采用300mm厚C25混凝土浇灌起来。4.2施工方法浇灌过程中，由于水大，必须采取防水措施。主要用聚脂薄膜挡住淋头水，墙上用100mm钢管导水。施工第二循环及以后各循环时，重复上循环过程，直到穿过断层破碎带，施工时，为保证巷道断面及支护混凝土厚度，从第一节开始，混凝土应与超前支护材料相同的角度朝向外，每个支护斜长1.20米，高差300mm.4.3施工总结本次流沙断层施工，主要采用了撞楔法及超前锚杆加混凝土联合支护方式。铁道与锚杆的使用根据掌子面岩石变化情况现场调整，最后统计:实际消耗锚杆127根，铁道179根，槽钢115米，合计钢材用量15吨，进尺21米，用时18天，平均每天完成一个施工循环，成巷1.2米。施工中采取墙部用钢管导水，以减少水对砌体的压力，每次掘进循环控制在1.2一1.3米之间，以确保稳定的胶结体对流沙的阻滞作用，便于施工。4.3施工总结本次流沙断层施工，主要采用了撞楔法及超前锚杆加混凝土联合支护方式。铁道与锚杆的使用根据掌子面岩石变化情况现场调整，最后统计:实际消耗锚杆127根，铁道179根，槽钢115米，合计钢材用量15吨，进尺21米，用时18天，平均每天完成一个施工循环，成巷1.2米。施工中采取墙部用钢管导水，以减少水对砌体的压力，每次掘进循环控制在1.2一1.3米之间，以确保稳定的胶结体对流沙的阻滞作用，便于施工。