大斷面硐室支護設計優化及施工關鍵工藝研究

劉錫同

（山東興楊礦業有限責任公司，山東 肥城271608）

1 工程概況

3100 采區絞車房位于-595m 水平，設計荒寬8.7m，荒高5.75m，斷面形狀為直墻半圓拱，設計凈寬8.2m，凈高5.5m，頂底板均為細砂巖，穩定程度中等。

2 優化支護方案

2.1 根據錨桿支護的懸吊理論，采用錨桿、金屬網可提高圍巖強度和整體性，但是在大斷面硐室施工中，巷道圍巖壓力大， 所使用的錨桿長度不能錨入深部穩定巖層中， 不能有效的控制大斷面硐室巷道變形，因此在錨網支護的基礎上利用錨索增加錨固深度，從而提高圍巖的整體強度。

2.2 根據錨桿的擠壓加固拱理論，增加巖石節理裂隙面間的摩擦阻力，防止巖塊的轉動和滑移，提高破碎巖體的強度，改善圍巖的應力狀態，使巖石處于三向受力狀態，提高巖體的強度。

2.3 根據組合拱理論，巷道開挖后，及時噴射混凝土，防止風化， 使噴體與巖石的粘結力和抗剪強度抵抗圍巖的局部破壞，防止圍巖的滑移，同時錨桿、錨索將數層巖層組合成組合梁，提高了巖層的整體抗彎能力，保持了圍巖的穩定性。

2.4 二次支護的理論是從加固圍巖出發，充分調動圍巖自身的支撐能力，而達到穩定支護的目的，通過二次支護實現了硐室支護特性的轉變， 極大地提高了支護結構的承載能力，從而提高了支護結構的穩定性。 利用在一次支護及時控制圍巖的基礎上，二次支護加固增強硐室的抗壓強度，提高了硐室施工經濟效益。 應用二次加強支護技術加固硐室圍巖，能及時地改變圍巖的松散結構，防止圍巖松動的擴散，提高了巖體的整體強度，保證施工安全可靠性，從而確保施工質量。

2.5 原巖體在地殼各種力的作用下處于三向受平衡狀態,當開掘巷道時破壞了原來的應力平衡狀態, 引起巖體內部的應力重新分布,重新分布后的應力超過巖體的極限強度時,使開掘后的巷道產生變形和破壞,并向已掘巷道移動,直到再次形成新的應力平衡狀態。 巖體受力后產生變形和破壞的過程分為四個階段,從壓密階段—彈性階段—塑性階段—破壞階段;進行巷道支護的基本目的就是緩解圍巖的移動和破壞, 使巷道斷面不至于過度縮小,并防止已破壞圍巖的冒落。因此要充分發揮主動支護的作用和圍巖的自承能力，從而達到支護要求。

2.6 對深部開掘的巷道分先后兩次支護：一次支護采用及時的“讓壓支護”,限制和減少圍巖變形,在圍巖已產生一定的變形和能量得到一定的釋放后和一次支護不留空隙, 再進行二次強化支護,進一步促進圍巖的穩定和安全性,達到聯合支護的效果。

3 支護參數選擇

3.1 錨桿

采用φ20×2400mm 高強預應力錨桿，每孔裝2 卷K2350樹脂藥卷（樹脂藥卷長0.5m）。 托盤規格均為150×150×8mm的鋼板壓制， 間排距為800×800mm， 錨桿的預緊力不小于40KN，錨固力不小于80KN，安裝扭矩不低于260Nm。

3.2 錨索

采用φ17.8×6300mm 鋼絞線， 間排距為1600×1600mm，由巷中向兩邊均勻布置，每孔裝4 卷樹脂藥卷，托盤規格為200×200×10mm，錨索的預緊力不小于100KN，錨固力不小于260KN。

3.3 金屬網

頂幫鋪設φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網， 規格為1000×1400mm， 網格為100×100mm。 網片搭接壓茬不小于100mm，用12# 鐵絲雙股綁扎聯網，采用三角聯網法聯網，聯網間距不大于200mm。

3.4 噴射混凝土

噴射強度為C20，配合比為水：水泥：砂子：石子=0.44:1:2.12:1.72，J85 型速凝劑的摻量為4%，噴厚為150mm。

4 施工工藝

巷道施工采用正臺階式施工方法分層掘進, 由外向里施工拱基線以上部分,及時錨網索噴支護,循環進尺為1200mm,上分層超前下分層6000mm, 而后從外向里掘拱基線以下部分,兩幫及時進行錨網索噴支護。 其工藝流程如下:

4.1 施工準備、安全質量檢查→打上部眼→檢查瓦斯、加強支護→裝藥檢查瓦斯→爆破通風檢查瓦斯→敲幫問頂→初噴→耙裝出矸→錨網索支護→復噴。

4.2 施工準備、安全質量檢查→打下部眼裝藥爆破→敲幫問頂→耙裝出矸→錨網支護→初噴→初凝后復噴至設計厚度。

為了確保巷道成型，減少爆轟波對圍巖的破壞,打眼前畫好輪廓線，點眼定好眼位，確保炮眼的眼距、深度、角度符合設計要求。周邊眼距定為300mm,掏槽眼距為1200m，周邊眼全部預留光爆層,周邊眼的裝藥量應視預留光爆層厚度而定,以保證眼痕率在80%以上。

5 支護工藝

5.1 一次支護

使用光面爆破對硐室開挖后， 首先對圍巖進行敲幫問頂，立即進行初噴，初噴厚度30-50mm，將圍巖與空氣及水隔絕。 等待40 分鐘， 噴層凝固確認安全情況下及時進行打錨桿、掛網、錨索支護，要求錨桿錨固力不小于80kN，錨索錨固力不小于260kN；錨桿露出托盤長度30～50mm，錨索露出托盤長度150～300mm；錨桿預緊力不低于4T，安裝扭矩不低于260N.m，錨索預緊力不低于10T。 復噴至設計厚度150mm,噴漿后及時灑水養護。

5.2 二次支護

一次支護完成后，經過10 天硐室應力釋放后，進行二次支護，錨網索噴。

錨桿采用φ20×2400mm 等強錨桿，拱部使用2 卷K2350樹脂藥卷，幫部使用2 卷K2550 樹脂錨桿（每卷樹脂藥卷長0.5m）。 托盤規格均為150×150×8mm 的鋼板壓制，間排距為1000×1000mm。 錨索為φ17.8×6300mm 鋼絞線， 每孔裝3 卷K2350 樹脂藥卷，由巷中向兩邊均勻布置，每排為5 根，間排距為3000×3000mm。 鋪設φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網，噴漿厚度150mm，強度為C20，配合比為水：水泥：砂子：石子=0.44:1:2.12:1.72.水泥為P.C32.5R 硅酸鹽水泥，砂為河砂，石子粒徑3-8mm。

5.3 工程施工標準

5.3.1 巷道開挖后及時初噴，掛網，打設錨桿、錨索,控制頂板變形和松動裂隙的進一步發育。

5.3.2 錨桿（索）的角度、間排距、外露長度嚴格按照設計要求布置。

5.3.3 錨桿、錨索的安設必須確保預緊力符合設計要求。 錨索要緊跟迎頭,避免頂板離層，爆破后,及時對錨桿進行二次預緊,增強錨桿的承載能力,防止出現錨桿不承載。

6 應用效果

對絞車房進行支護優化后，施工質量優良，硐室穩定程度良好。

7 結論

大斷面硐室采用錨網索噴支護減少了巷道的開挖工程量，提高了掘進速度，縮短了施工工期，雙層錨網索噴支護具有工序簡單、易于操作、降低成本、施工方便的特點,在技術上是可行的，在經濟上是合理的。