富水強風化巖巷道掘進施工技術

摘 要：針對富水強風化巖巷道，掘進前采用工作面帷幕注漿和超前小導管注漿加固止水；掘進時采用人工開挖、短掘短支以及環形開挖和跳挖馬口等技術；工作面與后巷平行作業，提高工效，縮短永久支護滯后迎頭的距離，采用U型棚加底梁、掛網噴砼、防水層以及鋼筋混凝土復合支護，確保巷道圍巖穩定，施工安全。

關鍵詞：富水；強風化巖；掘進；施工技術

1 概述

巷道在施工中在穿越富水強風化巖層或斷層構造破碎帶時，如果采用傳統施工方法，易出現片幫、冒頂等事故，是礦井開拓中常遇到的棘手問題。我公司在西山煤電燃料運輸工程穿越富水強風化泥灰巖地層時，經多次研究試驗，調整方案，采用富水強風化巖巷道掘進施工技術，順利完成該構造帶施工。該套技術在陜西神木惠寶副斜井、福建安石坑石灰石礦+730平硐等工程中應用，得到不斷改進和完善，施工質量、安全、進度均達到預期目標。下文中我將詳細論述該施工技術核心內容。

2 適用范圍

適用于富水強風化巖層（或地質構造破碎帶），跨度小于12m的平、斜巷工程。

3 工藝流程（見圖1）

4 操作要點

4.1 帷幕預注漿

（1）基本方案。工作面采用帷幕預注漿堵水加固，對圍巖進行固結，改善圍巖的應力結構，減小涌水量。注漿段長度為50m，掘進施工40m，預留10m（預留段長度暫定10m，視上一循環堵水效果適當調整）作為下一循環的止漿巖柱。

（2）鉆孔。在巷道周圍圓形均勻布置12個孔，開孔間距1200mm，終孔在掘進斷面外5m處，另在工作面中間施工1個檢查孔，孔深均為50m。

采用UY-300型鉆機施工鉆孔，開孔直徑110mm，鉆進5m后進行預埋直徑108mm的孔口管，待孔口管四周養護凝固后再進行掃孔，掃完后用清水試壓，試驗壓力應大于孔口靜水壓力的2～3倍，試壓后安裝好閘閥，更換直徑65mm的鉆頭進行正常鉆進。

（3）注漿。采用“先單號后雙號”的注漿順序，以單液漿（水泥漿）為主，當單孔涌水超過10m3/h，先注雙液漿（水泥-水玻璃）后單液漿；當雙液漿達不到設計要求（涌水量仍超過10m3/h）時，更換為馬麗散堵水（馬麗散樹脂與馬麗散催化劑按l：1混合后，用注漿泵注入鉆孔中，可快速凝結，效果好，抗壓強度大于15Mpa）。

當注漿量超過設計值后仍不起壓力時，采用間歇式注漿工藝，間歇時間控制在15～30min。間歇后再開始繼續注漿，先從稀漿開始，然后逐步加稠。二次注漿控制在設計量的25%左右；如仍不起壓力，再次進行間歇注漿，直到達到符合要求。停漿前必須灌入清水，把注漿管內的漿液全部排空。

注漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥、40Be’堿性水玻璃、速凝劑及馬麗散等材料，漿液在井下現場進行機械攪拌制作。

單液漿漿液的水灰比0.2～1：1；雙液漿漿液的水灰比1：1，水泥漿：水玻璃漿=1：0.1～0.6（體積比）。

注漿壓力按公式PC=P0+K計算，其中P0為注漿點靜水壓力，現場實測；K為富裕壓力，取0.5～0.8Mpa。

4.2 超前小鋼支護

開挖前采用小導管（直徑42mm、壁厚3.5mm、長3m的鋼管，間距200mm）超前支護，自拱基線開始布置，超前2.5m，小導管搭接長度1.5m，外傾角5～7°，如遇水可利用小導管進行注漿，注漿工藝與帷幕預注漿相同。

4.3 開挖

（1）工作面。上臺階：超前小導管→環形開挖→拱部支架→鋪網噴砼→中心區開挖→施工托架錨桿→下一個循環。下臺階：中槽開挖→邊墻巖柱開挖→補棚腿→掛網噴砼→下一個循環。（2）后巷。全斷面復噴→臺車就位→襯砌→養護→脫模→下一個循環。（3）底板。反拱開挖→安裝仰拱→仰拱澆筑→下一個循環。

4.4 支護

（1）初次支護。采用正臺階式開挖，先拱后墻再底。上臺階采用人工風鎬掘進，下臺階及仰拱采用挖機施工，輔以人工修整。應做短掘短支，不空頂空幫，架棚后及時鋪網噴砼封閉圍巖，施工錨桿托住拱部支架。

上臺階與下臺階同步開挖，上臺階超前下臺階3～5m。下臺階先開挖中槽（寬2～3m），兩幫預留不少于1.0m的巖柱，然后巖柱采用“跳挖馬口”方式開挖，并及時補架拱腿及掛網噴砼，架棚掛網后要用木板背緊、背實。

U型棚通常采用礦用U29型鋼進行加工，根據巷道斷面大小分段加工成4～5段，分段位置盡量選擇在巷道施工臺階分界處。

架設U型棚時，當工作面上臺階開挖出環形拱部空間時，應及時將U型棚拱部部分架設上去，拱部與超前小導管進行連接，拱腳用鎖腳錨桿進行固定；當開挖下部臺階邊墻時，在將棚腿補上；棚與棚之間應采用拉桿連接；反拱開挖后再鋪設底梁，并與棚腿連接。

（2）防滲漏結構。采用本公司自行開發的《斜井大斷面過含水層井筒防滲漏結構的施工方法》發明專利技術進行施工。

防滲漏結構由隔水層（防水土工布）和濾水層（濾料和間隔埋設在濾料中的導水管）組成，其中拱部隔水層、邊墻隔水層及反拱隔水層連接成一體形成完整封閉的隔水層。

首先用簡易作業臺車將單幅土工布固定到預定位置，然后用熱熔襯墊及射釘將土工布固定在噴射混凝土上，射釘按梅花型布置（拱部間距0.5～0.7m，邊墻1.0～1.2m）；鋪設時沿巷道拱頂縱中心線，使土工布隔水層橫向中心線與噴射混凝土上的縱向中心線相重合，并從拱頂部開始向兩側下垂鋪設，最后敷設反拱土工布；土工布采用線粘法搭接進行連接

（3）二次襯砌。二次襯砌滯后初期支護15～20m，視工作面情況而調整，確保支護的連續性和穩定性。運用機械化設備制作、運輸、泵送混凝土，采用整體襯砌臺車（或組合模板）襯砌。

襯砌施工前預埋φ20mm壁后注漿管，8～10m一段，每段2～4個注漿孔，施工中做好注漿管穿隔水層防滲漏處理，采用1：1的水泥漿液回填，回填注漿壓力控制在0.2MPa以內。

5 材料與設備

5.1 主要施工材料（見表1）

5.2 主要施工機械設備（見表2）

6 質量控制措施

（1）帷幕預注漿鉆孔應嚴格按設計施工，并進行驗收，驗收合格后進行注漿施工，注漿時，應該根據注漿順序、水壓、注漿壓力、注漿液配比或濃度及注漿液用量等參數作為注漿結束依據。

（2）帷幕預注漿過程還要通過觀察工作面中部的檢查孔進行注漿效果。

（3）超前小導管施工要嚴格控制導管插入點、外傾角及間排距、搭接長度、超前距等參數，施工完應進行驗收。

（4）U型棚應根據上下臺階的高度加工成若干分段，鋼棚應根據巷道傾角設置相應的迎山角，拱部鋼棚架設完應及時安裝鎖腳錨桿，防止下臺階墻部巖柱開挖后棚拱下沉。

（5）采用襯砌臺車進行澆筑混凝土施工，澆筑前應根據中腰線調整好模板位置，涂刷模板油，并固定好臺車和安裝擋板；澆筑時通過窗口從下向上連續進行，兩次砼面標高偏差控制在500mm以內，混凝土下落高度控制2m以內，采用插入式和附著式振搗器振搗密實混凝土，頂部預留壓漿孔進行注漿充填；澆筑完12小時后脫模，脫模養護7天以上。

（6）反拱開挖時要保護好棚腿，開挖后及時施作底梁封閉成環。

（7）隔水層施工時應檢查防水土工布完整性，出現破損的不得使用；土工布固定點應進行防水處理；搭接前應先檢查土工布的位置、間距（不符合要求的及時調整，搭接處不得出現褶皺），搭接寬度應滿足設計要求（如施工效果不佳，可考慮增加搭接寬度和粘結縫數量），并48小時后進行氣密性試驗（氣壓0.15Mpa，經3min其下降值不大于20%）。

（8）壁后充填注漿要首先確保預埋注漿管的位置和間距，注漿時已注漿壓力和注漿量作為注漿結束控制依據。

7 安全措施

（1）帷幕預注漿施工時，注漿壓力較大，作業人員應做好安全防護，注漿前應確認孔口管固結牢固。（2）超前支護中導管末端應與U型棚連接固定。（3）工作面掘進施工應堅持“有掘必探、先探后掘”的原則，有條件的工作面可以采取“物探先行、鉆探跟進、注漿加固”的方針。（4）小導管施工中發現有涌水（單孔涌水量小于5m3/h），可通過小導管進行注漿堵水，注漿壓力控制在0.5～1.5Mpa（經現場試驗確定）；當涌水量較大時應采用先固結孔口管（或施工止漿墊預埋注漿管）再注漿的措施，并在下一循環改進帷幕注漿參數。（5）U型棚架設時多人協同操作，專人指揮，棚間應設拉桿連接，底梁要與棚腿連接。（6）支護要及時，嚴禁空幫空頂。（7）人工或挖掘機開挖有困難的，可以將挖掘機挖斗更換成鎬頭進行開挖。（8）U型棚與圍巖之間應用板皮剎緊，最后鋪網噴砼。（9）襯砌后內有涌水時可進行壁后注漿充填封閉，或者變更設計，在襯砌前施作防水層。（10）如果采用小導管作為超前支護效果不理想可增加大管棚配合小導管加固工作面前方。

8 經濟效益

以西山煤電燃料運輸工程為例，巷道在穿越強風化奧陶系峰峰組泥灰巖地層期間，施工月進度由28m提高到85m，最高月進度118m。

工期較計劃提前3個月，節約設備租賃費66萬元，節約人工費84萬元，節約排水費12.6萬元，業主20萬元進度獎，合計182.6萬元。

9 結束語

在圍巖不穩定、涌水量大等地質條件復雜的巷道掘進施工，可以考慮應用該套技術進行施工，該套技術具有新穎性、實用性。

通過工作面進行預注漿，減少工作面涌水量，增強圍巖穩定性，改善工作面作業條件，是提高施工進度的重要因素，節約排水費用，減少地下水流失，節約水資源，達到了綠色施工的要求。

通過采用合理的勞動組織和平行作業，提高工效，增加月進度，可以確保工程經濟效益，同時可以避免片幫、冒頂等事故的發生，減少了處理費用，做到安全、高效施工。

作者簡介：李尉進（1958-），男，江西萍鄉人，高級工程師。1982年畢業于淮南礦業學院，現任中鼎國際工程有限責任公司副總經理兼礦建分公司總經理。