平硐冒落带的施工方法

本发明属于巷道施工，涉及一种平硐冒落带的施工方法。

背景技术：

1、平硐是硐口直接通地面的水平巷道，供运输设备、材料及行人、通风用。平硐是在矿产资源开发利用行业中最为常见的开题工程。平硐常位于山岭地区，一般需穿越表土段、强风带、弱风化带而后进入基岩中，施工过程安全隐患因素多、施工难度大，特别是平硐上方表土层较厚，在雨季期间施工中硐内发生冒落，或平硐穿越地质构造带过程中，因其围岩破碎、地下水发育等客观因素发生冒落，如直接清理冒落体，平硐上方冒落带中的破碎体会不断冒落，进而产生更大的冒落，同时会引起地表更大的沉降。因此，平硐穿越冒落带的施工工艺及支护技术是影响平硐施工安全、工程造价的难题。

2、目前冒落带的施工及支护技术主要有以下技术措施：

3、1、安设管棚超前支护、小断面分部施工法。通过在地下硐室外轮廓线以一定倾斜角度打入一系列钢管，形成超前支护，从而支撑地下硐室上方的破碎围岩体，然后在超前支护的保护下进行小断面分部开挖，该方法施工工艺简单、支护成本较低，但其多适用于地下硐室中发生小范围冒落、硐室围岩较稳定；因小断面分部开挖，存在施工工期长的缺点。

4、2、围岩冻结法。地下硐室施工中穿过表土段、强风化段、围岩破碎段时，为安全穿越这些地段，应用冻结法工艺、加强支护等综合措施加固围岩体。当冻结的围岩体达到设计强度时，随即对围岩体进行开挖。采用冻结法可使地下硐室安全穿越表土段、围岩破碎带，但存在冻结系统较复杂、施工工期较长、工程造价昂贵等特点。

5、3、围岩固结灌浆法。通过冒落体及围岩体中布设钻孔，利用注浆设备将不同水灰比的浆液或化学浆液压入岩体中，使之充填裂隙，加强破碎体围岩的完整性、提高围岩体强度、减少围岩的变形与不均匀沉陷，进而使地下硐室安全穿过表土段、强风化段、围岩破碎段。通过对冒落体及地下硐室围岩体全部固结灌浆，其灌浆量大、支护成本较高，特别是在围岩破碎带，节理、裂隙极为发育的地段，其灌浆量大幅提高。同时在施工注浆孔、注浆作业等工程中，存在一定的安全隐患，

6、4、塌落拱加固法。采取喷混凝土、挂网、安设锚杆，及架设钢拱架、混凝土浇筑等综合施工措施对塌落拱进行加固后，而后采取自上而下分层开挖。该方法主要适用于地下硐室上方岩层变形已明显变小且稳定的情况。

7、矿产资源开发利用行业中的平硐与其他行业的地下硐室如道路交通的隧道工程、水利水电工程的地下厂房等相比，其断面小，但其总长度大。因此，在平硐施工过程穿越表土段及地质构造带时，其发生冒落的频率大。如采用上述方法，将存在施工工艺复杂、施工成本高及工期长的现象，如围岩冻结法、固结灌浆法；且不能保障安全高效通过平硐冒落区，如采用安设管棚超前支护、小断面分部施工法及塌落拱加固法，因对流动性大的冒落体开挖时，其超前支护不能有效防止硐室上方破碎体的持续冒落。

技术实现思路

1、本发明提供了一种平硐冒落带的施工方法，尤其是适用于平硐上方表土层较厚，在雨季期间施工中硐内发生冒落的安全施工；或平硐穿越地质构造带过程中，因其围岩破碎、地下水发育等发生冒落的安全施工。本施工方法具有施工工艺简单、支护成本低、安全高效的特点。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种平硐冒落带的施工方法，包括以下步骤：

3、s1、对平硐内的冒落体顺坡平整、压实，喷射混凝土进行加固；

4、s2、在冒落体前端的平硐内架设多组钢拱架，相邻钢拱架间喷射混凝土，并在平硐拱部内安设径向注浆导管，对围岩体进行注浆加固；

5、s3、根据冒落体的安息角确定冒落体的清理范围，对部分冒落体进行清理，筛选出其中的碎石及块石备用；

6、s4、在s3清理后的冒落体边缘修筑砌体将进行封闭，修筑时预留排水孔，砌体远离冒落体一侧的下方堆放沙袋加固，砌体修筑的同时在砌体、冒落体与平硐之间的空隙充填s3筛选的碎石及块石；

7、s5、对砌体断面的轮廓线、断面、断面上部和拱顶施工不同型号的注浆钻孔，注浆钻孔安设注浆导管；并在冒落体断面中部设置排水孔，排水孔贯穿冒落体；后通过注浆导管对注浆钻孔进行灌浆固结；

8、s6、平硐拱顶打设超前支护管棚，管棚的管内加钢筋并注浆加固，后进行冒落区开挖，循环进尺过程中，在开挖冒落体后的平硐内架设钢拱架，并在平硐拱部内安设径向注浆导管，注浆加固，直至平硐安全穿越冒落带。

9、进一步地，s1中混凝土等级在c20及以上，喷射的厚度为5-15cm；s2中混凝土等级在c20及以上，喷射的厚度为5-10cm；s2中在冒落体前端3m-9m范围内的架设钢拱架，相邻钢拱架的间距为0.3m~0.5m；平硐拱部120°~150°范围内安设长3m-5m、ф32mm -38mm、间距1m-2m的径向注浆导管，采用水灰比浓度不低于1:1的浆液进行灌浆固结围岩。

10、进一步地，：s3中冒落体清理的长度为1m-2.6 m，高度为1 m-1.5 m。

11、进一步地，s4中砌体砌至1m-1.5m时在其远离冒落体一侧的下方堆放沙袋加固

12、进一步地，s5中的注浆钻孔包括断面轮廓线注浆钻孔、断面注浆钻孔、断面上部的注浆短钻孔和拱顶注浆钻孔；距底板20cm-40cm位置开始布孔，间排距为30cm-60cm，钻孔呈梅花型布置，孔径为40mm-60mm，钻孔的长度及布设角度，需根据钻孔的位置、冒落体分布及平硐围岩固结范围综合确定。

13、进一步地，平硐轮廓线上的注浆钻孔的长度为10m-28m，其仰角为0°，与平硐中心线的夹角21°-31°；平硐断面注浆钻孔的长度为7m-14m，其仰角及与平硐中心线的夹角均为0°；断面上部的注浆短钻孔长度1.6m-3.20m，仰角及与平硐中心线的夹角均为0°，其用于固结充填部分；拱顶注浆钻孔位于拱部120°-160°范围内，布设加密钻孔，其长度为9m-12m，仰角为21°-36度，与平硐中心线的夹角均为0°。

14、进一步地，平硐断面注浆钻孔，采用水灰比为2:1的浆液进行灌浆固结；其主要作用是固结冒落体，防止冒落体产生位移而引起平硐上方破碎体持续冒落。平硐轮廓线上的注浆钻孔采用水灰比为1:1的浆液灌浆固结；其主要作用是固结平硐周边围岩体，防止平硐穿越冒落体时发生片帮、局部冒顶。断面上部的注浆短钻孔采用水灰比为2:1的浆液进行灌浆固结；其主要目的为固结充填体，防止内侧冒落体发生位移。因其内侧冒落体表面已加固，固结充填体是为进一步提高冒落体的稳定性。拱顶注浆钻孔采用多次分级、浆液由稀变浓的注浆原则进行注浆。

15、进一步地，拱顶注浆钻孔依次采用浆液水灰比2:1、1:1、0.8:1、0.6:1四个分级进行灌浆；当灌浆压力保持不变，注入率均匀减少时，不改变水灰比；当某一级水灰比的注浆量超过3000升，灌浆压力及注入率均无明显改变时，浆液加浓一级进行灌注；当注入率大于80l/min时可越级变浓。

16、进一步地，s6中管棚超前支护在拱顶120°-160°范围内设置，管棚长8m-15m，直径≥100㎜，间距30cm-50cm；管内加4根直径≥20㎜的钢筋并注浆加固，管棚15与平硐1掘进方向的夹角为3°~6°。

17、进一步地，冒落区开挖时，每循环进尺为0.3m-0.5m；架设钢拱架，间距为0.3m-0.5m；沿拱顶120°范围内安设径向注浆导管，采用水灰比1:1的浆液进行灌浆固结。采用较浓的浆液进行灌浆固结，进一步提高平硐上方破碎体的稳定性，进而保障平硐完工后长期使用。

18、山岭地区的平硐，当其上方表土层较厚，在雨季期间施工过程中硐内发生冒落，或平硐穿越地质构造带过程中因其围岩破碎、地下水发育等因素发生冒落，冒落体主要由淤泥（粘性土）、砂、碎石及块石等组成，其流动性大。如直接清理硐内冒落体，平硐上方冒落带的破碎体会不断冒落，将产生更大范围的冒落，同时会引起地表更大的沉降，进而引发滑坡等次数灾害。为使平硐安全穿越冒落带，应及时加固冒落体，提高冒落体的稳定性；为保障各工序的安全施工，应采用架设钢拱架、喷射混凝土及在平硐拱部内安设径向注浆导管，对冒落影响段的围岩进行加固；根据冒落体的安息角确定冒落体的清理范围，清理部分冒落体，修筑砌体封闭冒落体，同时用沙袋加固砌体及冒落体；施工注浆孔、布设排水孔；对冒落体及平硐围岩进行注浆固结，提高围岩的自稳能力；采用打设管棚进行超前支护；最后“短进尺、多循环”的施工，同时采用架设钢拱架，布设径向注浆导管对平硐拱部围岩进行加强。采用本发明可使平硐安全穿越冒落区，同时保障平硐完工后长期安全使用。

19、本发明具有以下有益效果：

20、（1）安全高效。本发明通过对冒落体进行及时加固，对冒落影响带进行加强支护，采用封闭冒落体，对冒落体及平硐围岩进行注浆加固，进而有效如果冒落带围岩的稳定性；在对冒落体开挖前采用管棚超前支护，采用“短进尺、多循环、强支护”的方式进行施工，进而保障平硐安全穿越冒落体，同时可保障平硐完工后长期安全使用。

21、（2）施工成本低。本发明采用清理部分冒落体，采用修筑砌体、用碎石、块石等回填冒落体与平硐之间的空隙，应用沙袋加固砌体；采用平硐断面不同部位的注浆钻孔的相关参数及浆液的水灰比不同进行固结；对平硐拱部的加密注浆孔采用分级注浆方式等综合措施，对冒落体及平硐冒落带破碎体进行固结，与围岩冻结法、固结灌浆法施工相比，其施工成本大幅降低。

22、（3）、施工方法简单，现场作业人员易掌握。采用喷射混凝土加固冒落体、修筑砌体封闭冒落体、施工注浆孔对冒落体及围岩进行固结，采用管棚进行超前支护、刚拱架及径向导管等进行加强支护等。这些施工及支护技术是地下工程施工工艺及支护技术中较为成熟的技术，且施工过程中未涉及大型复杂设备，故现场作业人员易掌握、操作。

23、（4）、对平硐冒围岩的扰动程度小。通过对冒落体表面及时加固、封闭，并对其内部进行注浆，防止冒落体移动而扩大冒落范围，进而影响平硐围岩的稳定性；开挖冒落体时采用管棚超前支护、“短进尺、多循环、强支护”的综合措施，可有效降低平硐施工过程中对围岩的扰动，进而使平硐安全穿越冒落带。

24、（5）、本发明在对注浆钻孔进行灌浆固结的过程中，根据钻孔位置的不同，采用不同水灰比的浆液，平硐拱顶120°-160°范围内的加密拱顶注浆钻孔，其主要作用是固结平硐上方冒落带内的破碎体，是固结灌浆的重点部位。其固结效果应满足平硐内冒落体开挖时，固结体能自稳。通过多次分级、由稀变浓的注浆原则，可对平硐上方冒落带内3-4倍平硐净宽范围内的破碎体进行有效加固。