高應力圍巖岔口段施工優化研討

張 鵬

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

礦建工程中，尤其是中段或分段工程中，都設計了大量的岔口段工程或岔口挑高段工程，并由此形成了岔口段工程群。大量工程支護實踐證明，岔口段工程的設計質量、施工質量直接決定著整個中段或分段等工程的質量。岔口處形體復雜，應力集中突出，如岔口發生嚴重變形，則會引發岔口段工程前后10m左右的工程也發生較嚴重的變形破壞，在整個中段或分段將形成以岔口段工程為核心的變形開裂帶，而岔口段返修量、支護難度大、成本高、效率低，施工安全質量難以保證。因此，優化岔口段工程或岔口挑高段工程施工方法，對控制整個中段變形將起到重要作用。現以筆者參建的金川礦建工程龍首礦、二礦、三礦范圍內施工的部分高應力圍巖條件下岔口段工程或岔口挑高段工程經優化后所取得的明顯技術經濟效果為例。詳細闡述施工優化的過程：

1 岔口段工程變形破壞的調研分析

2006 年以來，針對金川礦建龍首礦、二礦、三礦范圍內施工的部分高應力圍巖下岔口段工程或岔口挑高段工程的變形破壞，筆者進行了較全面、系統的現場調研與分析，通過分析初步確定了岔口段工程產生變形破壞的主要原因。具體如下：

(1)岔口段工程或岔口挑高段工程設計的初次支護與圍巖強度、剛度是不相耦合的，造成圍巖變形移動難以有效緩解、控制，致使圍巖失穩，支護體變形破壞;

(2)岔口段工程或岔口挑高段工程暴露面積大、空間大，圍巖本身產生的重力荷載大，加之原巖應力集中，致使一次支護體過載破壞;

(3)岔口段工程或岔口挑高段工程往往實施的時間較長，造成較大的圍巖變形應力和較大的重力荷載長時間施加在微弱的初次支護體上，致使初次支護變形破壞失效，無法與二次支護共同持力;

(4)岔口段工程或岔口挑高段工程變形開裂沒有得到有效控制，致使以其為中心交匯各巷道10m左右工程段應力重新分布，加之其前后段沒有特殊加固措施，由此引發連鎖破壞;

(5)岔口段工程或岔口挑高段工程開口時機不當，往往在進入岔口段一次支護后便急于左右開岔，造成應力重新分布，引發變形破壞。

2 高應力岔口段施工優化選取試驗

(1)試驗模型構造

由于施工圖設計給予的支護形式，可按圍巖情況現場選取。所以按雙層噴錨網+注漿和噴錨網+單筋砼+注漿兩種支護形式，同時分三種工藝順序，即(1)普通掘進施工順序即遇岔口開岔口一次掘進一次支護完成，之后進行二次支護施工。(2)不急于開岔口，先按正常掘進支護挑高通過岔口，并對岔口前后10m范圍進行二次支護并采取注漿后回頭進行左右開岔并順序支護。(3)不急于開岔口，先按正常順序掘進支護挑高通過岔口，除對岔口前后10m范圍進行二次支護并采取注漿外，對岔口挑高段亦先進行注漿加固，而后進行左右開岔并順序施工。所以，合計選取6個試驗岔口。在按以上支護形式和工藝順序分別施工后進行了分別檢測觀察。

(2)岔口段加強支護收斂檢測設計

本次巷道收斂監測斷面采用了三點布設，A、C為水平對稱測點，距底板1.5m，B測點為巷道拱頂中央測點。A、B、C三測點在同一垂直斷面上(如圖1所示)。

在同一工程地質巖石組條件下，沿脈道方向上兩監測斷面間距控制在10～15m，在穿脈道方向，岔口一側按均布原則至少布設兩個監測斷面。

(3)收斂監測斷面測點材料及安裝方法

測點錨固頭材料：巷道收斂監測斷面測點錨固頭的就地取材，即為用于巷道支護的錨桿，長度800～1000mm，一端打磨光滑，端頭橫斷面與螺紋鋼軸向垂直。

安裝方法：巷道初次支護時，按錨桿支護正常的施工順序進行打眼，與其他支護錨桿同時安裝。安裝測點錨固頭，錨固頭打磨光滑一端在外(指向巷道臨空面方向)。采用樹脂錨固劑全長錨固(如圖1所示)。

圖1 巷道收斂監測點錨固頭安裝示意圖

3 確定耦合支護形式和最優施工工藝順序

經過較長時間的收斂監測，最終在AC間的相對收斂速率≤0.02mm/d時，斷面停止了監測。根據收斂監測數據對比，不同支護形式下，以收斂值小、收斂穩定時間最短為驗證標準。最終得出結論的最優施工工藝順序為以上第3種支護順序，即，不急于開岔口，先按正常順序掘進支護挑高通過岔口，除對岔口前后10m范圍進行二次支護并采取注漿外，對岔口挑高段亦先進行注漿加固，而后進行左右開岔并順序施工。至于較優的支護形式，根據此次試驗結果的異同，還進行了幾次針對性試驗驗證。最終發現，支護形式在拱部圍巖優于兩幫圍巖持力能力時以雙層噴錨網+注漿形式為宜，這樣在巷道收斂時由于屬柔性支護，巷道兩幫應力更易均勻傳遞釋放，不至于產生較大應力集中收斂變形部位。在兩幫圍巖優于拱部圍巖持力能力時以噴錨網+單筋砼+注漿形式為宜，可充分發揮兩幫單筋砼在豎向荷載下的剛性抗壓能力，減少收斂變形，但須注意混凝土澆筑中對拱頂一定做到密實接頂，方可實現支護目標。

高應力圍巖下岔口施工難點突出。所以以上不失為一種值得借鑒的研究方法，但針對具體不同地區圍巖特點，難免共性和個性同在，可能所得結論亦不盡相同。但在具體施工監理中，在現有設計支護不變的前提下，做好設計支護形式的合理選取是最直接也最經濟的做法。

［1］《礦山采礦設計手冊》中國礦業大學出版社

［2］《鐵路工程設計技術手冊》中國鐵道出版社