巷道管棚钢格栅喷混凝土支护掘进方法的应用.pdf

2 0 0 6 年 6月 第 3 5卷 第 3期 中 国矿 山工 程 Ch i n a Mi ne En g i n e e r i n g J u n ． ， 2 0 0 6 VoI _35 No ． 3 巷道管棚钢格栅喷混凝土支护 掘进方法的应用 Tu n n e l S u p p o Me t h o d o f S h o t c r e t e o n T u n n e l T u be Awn i n g S t e e l Gr i l l a n d I t s Ap p l i c a t i o n 向元水 ， 文 舰 ， 黄 崇亮 1 ． 中国铝业 贵州 分公 司第一铝矿 ， 贵州 贵阳 5 5 0 2 0 9 ； 2 ． 温州通业建设公 司银 厂坡矿丁程处， 贵州 贵阳 5 5 0 2 0 9 关键词 管棚钢格栅 ； 导管 ； 喷混凝 土支护 ； 斜坡道 摘要 巷道管棚钢格栅喷混凝土 支护掘进 方法是先沿巷道开挖 断面安装导 管， 形成管棚假顶 ， 在管棚假顶 下采取短掘短砌 ， 按 1 ～ 2 m 间隔砌筑钢 筋拱 架， 两钢筋拱 架间又用栅状 钢筋连接 ， 钢格栅与开挖 断面壁问空隙 用毛石 充填 ， 最后喷 混凝土 固结 钢筋 拱 架及栅状钢筋 ， 形成管棚钢格栅喷混凝土支护 。 银厂坡矿斜坡道地质务件复杂 ， 掘进难 以成巷 。 经 多方案比较 ， 最终采用巷道 管棚钢格栅喷混凝土 支护 方法 半年 多实施情况表明， 这种 支护掘进 方法解 决了银厂坡矿斜坡道施工难题 ， 对类似条件的巷道 掘 进 有 借 鉴 作 用 。 Ke y wo r d s t u n n e l t u b e a wn i n g s t e e l g ri l l ； g u i d e p i p e ； s h o t c r e t c l i n i n g ；r a mp Ab s t r a c t T h e t u n n e l t u b e a w n i n g s t e e l g ri l l wi t h s h o t c r e t e s u p p o r t me t h o d i s t h a t e x c a v a t e s t h e c r o s s s e c t i o n a l o n g t h e t u n n e l t o i n s t a l l t h e g u i d e p i p e fi r s t ， f o r ms t h e t u b e a w n i n g v a c a t i o n t o g o a g a i n s t ， g o e s a g a i n s t i n t h e t u b e a w n i n g v a c a t i o n a d o p t i n g s h o rt d i g s s h o rt b u i l d s 、 A c c o r d i n g t o 1 - 2 me t e r g a p l a y s s t e e l b a r a r c h c e n t e r i n g a n d b e t we e n t w o s t e e l b a r a r c h c e n t e r i n g s u s i n g t h e d s h a p e s t e e l b a r c o n n e c t s 、 T h e s t e e l U a n d e x c a v a t i n g c r o s s s e c t i o n g a p i s fi l l e d wi t h t h e q u a r r y s t o n e 、 F i n a l l y s p u rt s c o n c r e t e t o s o l i d i f y t h e s t e e l b a r a r c h c e n t e ri n g a n d t h e g r i d s h a p e s t e e l b a r ， s t h e t u b e a wn i n g s t e e l g ril l s p u rte d c o n c r e t e s u p p o rt s a n d p r o t e c t s ． Yi n c h a n g p o mi n e r a mp g e o l o g y c o n d i t i o n i s c o mp l e x ， t u n n e l i n g i s d i f fi c u l t 、 Af t e r mu l t i - p l a n s c o mp a ris o n ， t h e t u n n e l t u b e a wn i n g s t e e l I I s p u rte d c o n c r e t e s u p p o rt s a n d p r o t e c t s me t h o d a r e u s e d ． Mo r e t h a n h a l f y e a r i mp l e me n t a t i o n s s i t u a t i o n s i n d i c a t e d t h a t t h i s k i n d s u p p o rt a n d p r o t e c t t u n n e l i n g me t h o d c a n s o l v e Yi n c h a n g p o mi n e r a mp c o n s t r u c t i o n p r o b l e m a n d p r o v i d e r e f e r e n c e for o t h e r s i mi l a r mi nP s ． 1 前言 中国铝业 贵州分公司第一铝矿银厂破地下开采工程 ． 采 用汽 车斜 坡道 开拓 方式 。 银 厂 坡矿 斜坡 道工 程从 硐 口开挖 处 就遇到复杂的岩层条件 ，施工过程基本在不 良岩体 中进行 ， 有破 碎 带 、 裂 隙发 育带 、 溶 洞 ， 溶洞 中充 填 有胶 泥 、 泥 中夹石 ； 有炭质页岩层 ， 岩层稳固性均很差 ， 基础软弱 ， 采用普通的喷 混凝土支护难以实施 ， 工程曾一度被迫停工。因土地征拨等 方面原因， 坑 口位置 已无变更余地 ， 斜坡道 工程 只能在破碎 带进行。经过分析论证 ， 管棚钢格栅支护掘进方法是最佳方 案。经过半年多的实际应用 ， 该方案达到了预期效果 ， 保证 了 工程的顺利进行。 2 管棚钢格栅喷混凝土支护掘进方法 管棚钢格栅支护方法是对顶棚超前支护 。 在开挖巷道顶 部形 成 一较 为稳 固的人 工 假顶 ， 同时 兼顾 顶 部加 固和底 部 支 撑两 方 面 。首 先在 巷道 顶 部周 边安 装 一排 钢 筋 导管 ， 注混 凝 维普资讯 2 中国矿 山工程 2 0 0 6 年 第 3 5 卷 土将其稳固 。 这样在巷道顶部周围形成了一个钢管 顶棚 ； 为了避免管顶棚 整体 垮塌 ， 根据巷道形状安 装拱行钢格架进行支撑 ； 然后喷射混凝土加 固。整 个施 工过 程如 图 1所示 。 一r 一r ] 一 I 管棚超前支护I一 安装导 管H加1 导管} 打 孔 I 清除 松石， 安全处理I L 一 一L 一 i 钢格栅支撑 l 钢格栅安装} 钢筋架制作 ]r ] 完 成整 体 支 护l I 坑 道 最 终 喷 混 凝 土 浇 注{ { 初步 喷 混 凝土 支 护1 ．．．．．．． ．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 ， ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． _ 一L ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． __ 图 1 管棚钢格栅喷混凝土支护流 程示意 图 2 ． I 管棚超 前 支护 1 清除松石 。 安全处理 。断面掘进过程中 ， 每 进行新一轮 的爆破作业后， 由于岩层破碎松软， 或是 孤石泥漕交错互生 ． 首先需对断面的松动浮石进行 清 理 ， 必 要 时 还 需 对 已 暴 露 工 作 面 喷 射 一 层 2 ～ 5 c m的混凝土作为止浆墙 ， 降低风化程度 ， 增强表 面稳 固性 ． 达到工作面基本平整 ， 满足安全要求 ， 便 于下一步的施工作业 。 2 打孔 沿着 设计 拱 形巷 道 的圆 弧外 周边 1 0 0 ～ 2 0 0 m m 范 围 。 顺 着巷 道 掘 进 方 向 。 与 水 平 方 向 成 8 。 ～ l 0 。 的夹 角 ， 孑 L 径 4 8 ～ 5 0 m m， 孑 L 深 3 ． 5 ～ 4 ． O m， 间 距 3 0 0 m m。采用 Y T 2 8或 7 6 5 5气腿式凿岩机打孑 L。 如果岩层过于破碎还可适当加密。孑 L 打好后 ， 为 了 确保孔壁完好 。 一 般不急于将钻杆拔 出 。 而是在导 管准备到位的条件下 。 将钻杆拔 出的同时 。 立 即进 行下一步的导管插人作业 。 见图 2 。 小 导 管 安 装 r E 图 2 导 管安装孔示意图 3 导管制作加工 导管的加工平时完全可作 好准备 ， 在打安装孑 L 的同时 ， 便运送到工作面 ， 以做 到孑 L 一打好便立 即准备安装。导管加工工艺比较简 单 。采用无缝钢管切割而成 ，管壁厚 2 ～ 3 ram，外径 3 8 ～ 4 2 mm。 长 3 ． 0 ～ 4 ． O m。 底段 也可 以适 当钻 4 ～ 8个 直径 4 m m的通气孑 L ， 见图 3 。 4 安装导管 导管的安装在施工组织上 与打 孑 L 几乎 同时进行 。 要求打一个孑 L 。 就立即安装一个 导管 ， 这样导管 的安装成功率会大为增加 。虽然对 导管安装孑 L 作 了保护措施 。 保证其成孑 L 率 ， 但有 些 4 气孔 图 3导 管加 工 不 惹 图 孑 L 壁还是不一定平滑 。将 导管插人 已经打好的钻 孑 L 。 还需要用大锤打人 ， 一般来说 ， 能够保证导管插 入深度超过 3 m便可保证安装要求 。因为巷道掘进 每一循环的进尺控制在 2 ． 0 ～ 2 ． 5 m的范围； 但如果不 能 满足 3 ． 0 m 的插 人 深度 时。 就 必须 进 行重 新 打孑 L 安 装。导管安装完成后。 需要在孑 L 口喷射一层 l O c m混 凝土作为止浆墙， 一方面可保证面壁光滑平整。 另一 方面也可更加固定导管。当遇到施工区岩石特别破 碎 ， 且节理裂隙相当发达时。 有必要通过导管进行注 浆处理。 导管灌浆采用 0 ． 5 l ～ l l的水泥浆 。 设计扩 散半径 4 0 c m。 灌浆压力 0 ． 5 ～ 1 ． O MP a ． 见图 4 。 导管 兰 水泥浆 1 1 安装孔 5 0 2 ． 2 钢 格栅 支撑 插人用无缝钢管制作 的导管后， 将导管注满浆 ， 在孑 L 口再喷射一层 l O c m厚的混凝土 。 这样 。 就基本 上形 成 了导管 混 凝土 结 构 的小 管棚 超 前 支 护顶 棚 。 由于顶棚 已基本稳固， 接着便可进行巷道掘进 。 一次 掘进长度一般为 2 ．0 ～ 2 ． 5 m， 经过 出渣 、 断面清理后 ， 就会发现先前插入的导管一部分外露 ， 另一截依然 埋在岩层中 。 只有将导管顶棚形成 的人工假顶与整 个巷道支护形成一个坚固的整体 ， 才能保证巷道顶 棚永久性稳固，因此需要对顶棚进行钢格栅支撑 。 钢格栅支撑 工艺由钢筋架制作钢格栅安装两部分 组 成 。 1 钢筋架 制作 钢筋架制 作安排在室外开 阔 维普资讯 第3 期 向元水等 巷道管棚钢格栅喷混凝土支护掘进方法的应用 3 场地 进行 ， 根 据巷 道开 挖 尺寸 ， 对 于 4 ． 4 mx 3 ． 7 m的拱 型断面 ． 每个钢筋架共分成五节拼装而成 ， 其 中底 部两边各一节 ， 长 2 ． O m； 拱部三节 ， 按 6 0 。 平分 ， 每节 外弧长 2 ． 8 0 m． 内弧长 2 ． 6 4 m。 如果条件允许 ， 可以制 作一个半圆形专门固定钢筋 的模具 ， 则可以将拱形 段三节合成一节 ， 加上底部二节 ， 总共三节 ， 这样可 以减 少相 当大 的工 作量 。钢筋 架外 弧长 2 ． 8 0 m， 各 节 之间采用螺栓连接， 螺栓规格 M3 2 x 6 0 。为了保证连 接 部位 的强 度 ， 钢筋 架各 节之 间 连接 后 还 需 对连 接 钢板进行焊接加 固。钢筋架的箍筋 、 肋筋都要焊接。 相邻钢筋架之 间在安装时用 b 2 2 m m钢筋连接 ， 间 距 1 ． 0 ～ 2 ． O m， 如围岩太破碎可适 当加密。钢筋架的 制作室外完成后 ， 由装运设备运至安装位置 ， 为了 保证 支护 的整体性 ， 钢筋架之 间要焊接连接筋 ， 便 可形成一钢格栅 。 钢格栅制作详见图 5 。 钢格栅制作 主要技 术 参数 见表 1 。 肋筋 箍筋 主筋 图 5钢格栅制作安装示意图 表 l 钢格栅制作主要技术参数表 主筋 箍筋 肋筋 连接筋 连接钢板 加强钢板连接螺栓 l 8 mm 1 4 mm d M4 m m d 2 2 m m l O x 1 7 0 x 1 7 0 l O x 1 5 0 x 5 0 M3 2 x 6 0 2 钢格栅安装 将 按巷道形状尺寸制作好 的 钢筋架 ， 用设备铲运至安装地点 ． 其纵向紧贴已清 理 断面 ． 顶部支撑导管顶棚 ． 横向两侧贴 近已开挖 的巷 道壁 。两 钢筋 架 间距 ． 岩层 相 对稳 固时 一 般 为 1 ． 5 - 2 ． O m． 不稳固时就控制在 1 ． O m左右 ， 其间用钢 筋焊接 ． 这样就形成 了一排钢格栅 ． 钢格栅 与巷道 壁间的缝隙必需用坚 固块石充填。 2 ． 3 整体 支 护 1 初步喷混凝土支护。钢格栅安装焊接工序 结束 ． 经检查正常后 ． 即可 喷射混凝 土作 为初期 支 护。为了确保施工安全 ． 待安装完成后应立 即进行 混凝土喷射 ， 由于喷射混凝土较厚 ， 要分层施 喷， 初 步喷混凝土的标准是将整个钢格栅全部覆盖 ， 最薄 不得小于 2 ． 0 c m． 喷混凝土完成后 ， 便等待其凝 固 2 坑 道 最终 喷 混 凝 土浇 注 。为 了避 免 混 凝 土 太厚 ． 凝 固时 间 过 长 ， 从 而 影 响工 程施 工进 度 ， 实 际 施工时并不进行最终混凝土浇筑 以急于形成完全 的拱型巷道 ， 而是继续进行打孔 、 导管安装进入下 一 轮工作循环 ，一直等到巷道延伸至岩层稳 固段 。 同时 充分 利 用新 奥法 的一 些 基 本原 理 ， 初期 支 护 经 过巷道围岩应力挤压变形状态基本稳定后 ， 再 以混 凝土或 钢筋混凝 土作 为墙 拱及底板 的二次混凝土 浇注衬 砌 ， 二次混凝土衬砌按先灌浇底板 ， 后灌浇 墙拱的顺序， 凝 固后方可形成稳定 的最终拱型巷道 。 3 管棚钢格栅支护在银厂坡主斜坡道 施工 中的应用 1 工程施工质量。银厂坡地下开采工程主斜 坡道不稳固施工段． 开挖跨度 5 ． 4 m， 高 4 ． 2 m， 于 2 0 0 5 年 5月 底穿 过整 个破 碎带 ，总共 进尺 3 2 0 m左 右 ， 在 施 工 中过 程 采 用管 棚 钢格 栅 支护 ， 现距 成 巷 时 间 已 经超过半 年 ， 根据巷道现场情况可 以看 出 没有 出 现 明显裂痕 ． 渗漏现象 ． 巷道各部位也没有出现变 形 ， 不存在局部塌 陷． 完全满足井下巷道支护验收 规范。因此采用管棚钢格栅支护方式安全可靠。 2 施 工进 度 。 由于 施工 过程 中 ， 导管安 装是 在 整个巷道 掘进前 已完成 ，正式 开挖 时已不受其影 响 钢筋架 的制作在地表专 门场地完成 ， 只要等一 个循环的开挖掘进结束后 ． 用铲装设备装人便可立 即安装。整个工艺流程紧凑有序 ， 不存在工序冲突． 造成误工 。穿过整个破碎带 ． 日进尺基本上保证 了 1 ． 5 - 2 ． O m。比采用钢筋架混凝土浇注支护效率至少 提 高 5 0 ％。 3 支护成本。根据相关定额 ， 参照现在市场可 比价 ． 采用 钢筋架整体筑 浆浇注 ． 其每米 的支护费 用将高出管棚钢格栅支护成本 1 0 ％～ 2 0 ％ 但 比较一 般的喷混凝土支护和喷锚网支护 ， 管棚钢格栅 支护 成本还是要高出 3 0 ％～ 5 0 ％。 但关键是采用管棚钢格 栅支护能保证巷道顺利施工． 工程质量安全可靠。 4 结束语 1 管棚钢格栅喷混凝土支护能够保证松软岩 层 、 裂隙发育带 、 极不稳固岩体 中的安全掘进 ． 并且 施工进度较快 。如果巷道周边 围岩压力不大 ． 采用 管棚钢格栅 喷混凝土支护的巷道 ． 几个月内如没出 现破坏迹象 ， 则可以作为永久性支护使用 。如果 出 现支护体被剪切挤压破坏 ， 发生片帮 、 冒顶等现象 ． 应进 行 二次 浇注混 凝 土支 护 ． 以保 证使 用安 全 。 下转 第 4 4页 维普资讯 4 4 中 国矿 山工程 2 0 0 6 年 第3 5 卷 中也存在设计过程中的人为原因。而从结构的地震 反应 看 ． 阻尼 比为 0 ． 0 5的最大 层 间位 移角 要远 远 小 于 阻尼 比为 0 ． 0 2 ， 这种 情 况 在设 防烈 度 7度 区 表现 的更 为 明显 对 于 四类 场 地土 情 况 下设 计 的 结 构 ， 其 它地 质 条件相 同 ． 阻尼 I L 0 ． 0 2和 阻尼 比 0 ． 0 5的用 钢 量 相差 很 大 ， 在设 防 烈 度 8度 区 表 现 的 更 为 明 显 ， 最 大 可 达 3 9 ． 1 5 ％。 层高不同 ， 对用钢量也有很大影响 ， 1 2 层 结 构在 阻尼 比为 0 ． 0 5时 ， 比1 6层更 省钢 。从结 构 的 地 震 反 应 看 ． 最 大 层 间 位 移 角 接 近 规 范 要 求 的 1 ／ 3 0 0 ． 也就是刚好满足规范要求。所以对于四类场 地 土 ， 结构设 计 主要 是 由刚度 控制 。 4结 论 从设 计实 例 看， 当钢结 构 的阻尼 比取 0 ． 0 5时， 是 否能节省用钢量 ， 能节省多少用钢量， 主要取决于该 钢结构在设 计过程 中是 由刚度控制还是由强度控 制。如果该结构是 由强度控制 ， 则节省的用钢量不 明显 ， 如果 是 由刚度 控 制， 阻尼 比的改 变则 对节 省 用 钢量起 到 很大 作用 。 在 刚度控 制 的钢 结 构设 计 中，输 入地 震 波后 地 震反应 跟阻尼 比相关，阻尼 比取 0 ． 0 5与阻尼 比取 0 ． 0 2时的最大层间位移角相差很大。因此在满足水 平地 震 作用 的情 况下 ， 阻 尼 比取 0 ． 0 5对 于 节省 钢 材 的而言是可行 的， 特别是以刚度控制的结构。 【 参考文献】 [ 1 ] G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 ， 建筑抗 震设计规 范[ S ] ． 北 京 中国建 筑 T业出版社 。 2 0 0 1 ． [ 2 ] 建筑工程抗震性态设计通则 试用 [ S ] ．北 京 中国计划出 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 顾强 ， 何若全 ， 苏明周． 钢结构 的地震 作用[ M] ． 苏州 苏 州科技学院． 【 4 】 张金海． 钢结构地震作用取值的建议 与分 析[ M ] ． 哈尔滨 哈 尔 滨 T 业 大学 ． 2 0 0 5 ． 上接 第 3页 2 管棚 钢 格栅 喷混 凝 土 支护 掘 进 方法 因消 耗 钢材量较大， 故成本较高。实际施工 中是否选用此 方法应综合考虑安全 、 成本 、 工期等方 面的因素， 以 免造 成不 必要 的 浪费 。 3 管棚钢格栅 喷混凝土支护掘进方法在银厂 坡 斜 坡道 不 良岩层 段施 工 中的应 用 是 成 功 的 ． 解决 了巷 道掘 进 过 程 中 的施工 难 题 ． 保 证 了工 程 正 常进 行 。但是， 因施工 中缺乏地压测试等手段 ， 无法获取 地应力等详细数据 以进行理论计算 ． 故管棚钢格栅 的设 计选 型 带有 经 验性 ， 文 中涉 及 到 的管 棚 钢 格栅 的相关数据仅供参考 。 上 接 第 2 8页 2 做好重 点项 目前期 准备阶段 的工作 ， 重点 要 加 强 项 目立 项 期 间 的调 查 研 究 和设 计 阶 段 的设 计结合及设计 审查工作 。前期准备阶段包括 初步 设计 、 施工 图设 计 、 设计方 案审查 、 准备建设 条件 主 要 是 三通 平 、 组 建 重点 工程 项 目部 、 招 标 选 择 承包商及监理单位。 3 继续 加强 、 完善 和落 实项 目法人责任制或 重点项 目负责制 、 工程监理制 、 招标投标制 、 合 同管 理制和严格的效能监察及审计责任制度。 4 正确处理好建设单 位与设计单位 、 监理单 位 、 施工单位的关系。建设单位与这些单位的关 系 是按市场经济的发展要求 ， 通过 以合同的形式来规 范的 ， 一定要坚持公 开 、 公平 、 公正 的原则 ， 平 等竞 争 、 择优选择 、 强化管理 ， 只有这样才能保证重点项 目建设 的顺利实施和规范化管理。 【 参考文献】 [ 1 ] 段 建伶． 项 目管理知识与实务[ M ] ． 兰州 兰州大学 出版社， 2 00 4． [ 2 ] 丁士昭． 建设工 程项 目管理[ M ] ． 北 京 中国建筑工业 出版 社 ． 2 0 0 4 ． [ 3 ] 中国建设 监理协会编建设 _T程监理概 论[ M] ． 北京 知识 产权 出版社． 2 0 0 4 ． [ 4 ] 中国建设监理协会． 建设工程合 同管理[ M] ． 北京 知识产 权 出版社． 2 0 0 4 ． 维普资讯