超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用

2018-10-10高振

世界有色金属 2018年14期

高振

（长春黄金设计院工程建设监理部，吉林长春 130000）

在隧道工程中，破碎岩体巷道施工是一个难点，如何选择掘进方式、如何进行支护，尚且没有统一定论。在埋深较大的软弱破碎岩体中，由于自身强度低、侧向压力大，支护处理得当，不仅能避免坍塌，还能降低工程费用；相反则会发生结构变形，威胁施工安全。实践证实，应用超前锚杆支护技术，能有效提高岩体的稳定性，为巷道施工创造有利条件，以下结合工程案例进行分析。

1 超前锚杆支护的施工工艺和技术要点

（1）施工工艺。第一步，施工准备。熟悉施工图纸，准备材料、机械、人员，检测锚杆性能，进行除锈调直处理。第二步，布置锚孔。依据施工图纸的要求，利用测量设备进行放样，保证孔位准确。第三步，钻孔。钻孔作业期间，调整钻进速度和方向，控制外插角变化，避免出现超挖、欠挖现象。第四步，注浆。科学拌制砂浆，注浆前首先使用水、浆液对管道进行湿润处理，促使两者紧密贴合。第五步，插入锚杆。将锚杆插进钻孔，通过锤击促使锚杆进入底部，然后使用木楔封堵孔口。第六步，清理。去除多余的砂浆，清理注浆工具，进入下一个施工循环。

（2）技术要点。总结超前锚杆支护技术的要点如下：①拌制砂浆时，严格按照配合比设计进行，遵循随拌随用的原则，避免过量拌制影响砂浆性能。②注浆作业一般一次完成，如果作业期间停止时间超过30分钟，要测定砂浆的塌落度，若数值明显降低，则不能继续使用。③锚杆插入钻孔后，不能随意敲击，避免锚杆方向和外插角明显变化。④适当加大锚杆孔径，可以提高锚杆的承载能力，同时在锚杆端部加用垫板，促使开挖面周边形成压密圈，提高围岩结构的整体承载力。⑤开挖面掘进时，掘进速度不能太快，因为锚杆的锚固需要一定时间，掘进速度过快会破坏支护结构，带来安全隐患。

2 超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用

2.1 工程概况

以某地下工程为例，设计斜坡道总长度为1800m，断面开挖尺寸为4.2m×4.0m，采用三心拱形式。现场勘查显示，开口部位的近地表，属于强分化破碎岩层，且上方存在废弃巷道。考虑到该斜坡道的开口位置已经确定，且没有其他技术方案可供替换，遂采用超前锚杆支护技术，以保证施工安全性。超前锚杆支护技术的应用，总体设计如下：开挖面爆破前，在巷道拱顶部位设置超前锚杆；爆破完成后，通过喷浆临时支护，并且推进金属支架，将支架和外露的锚杆焊接在一起；最后喷射混凝土，进行永久支护。

2.2 工艺流程

首先安装超前锚杆。在巷道拱顶部位进行钻孔，深度控制在3.0m，间距为250mm，和巷道轴线的夹角为12°。本工程中巷道拱顶长度约为6.5m，钻孔共计26个，完成后向孔内安装锚杆。金属支架在距离工作面50cm的部位，和超前锚杆进行焊接固定。然后凿岩爆破作业。将循环进尺控制在1.0m，超前锚杆露在掌子面的长度为1.5m，完成爆破后对巷道拱顶、支护侧帮进行喷浆，将喷浆厚度控制在55mm。最后出渣，清理多余的砂浆，并利用金属支架进行支护，将支架间距控制在1.0m，完成一个作业循环。

2.3 参数设计

本工程中需要超前锚杆支护的斜坡道长度为60m，考虑到开挖断面大，最终选择C25等级的混凝土进行永久支护，混凝土的喷射厚度为300mm，且金属支架浇筑在混凝土中。安装金属支架时，为了满足永久支护的需要，将支架宽度设计为4.4m，混凝土支护的保护层厚度为100mm，支护设计见下图1。

图1 超前锚杆金属支架的支护示意图

2.4 施工要点

第一，安装锚杆。依据施工图纸，严格控制钻孔的深度和角度；如果钻孔后钻杆难以拔出，此时不能强行向外拔，会扰动岩层的稳定性，应该将钻杆留在孔内，作为超前锚杆使用；钻孔完成后及时安装锚杆，可以选择圆钢或钢管，插进孔底后的外露部分，要和金属支架焊接在一起。第二，凿岩爆破。超前锚杆安装完成后，凿岩爆破采用简易光爆技术，通过多打孔眼、少装炸药，减少爆破对岩体造成的振动。此外，爆破进尺一般控制在1.0m以内，爆破后锚杆留在掌子面内的长度不能低于1.5m，否则会减弱支护效果，甚至出现锚杆冒落现象，影响后续施工。第三，注浆临时封闭。爆破完成后，做好现场的通风工作，具备施工条件时，可对巷道拱顶、支护侧帮进行喷浆作业，缩短巷道在空气中的暴露时间，避免岩体继续分化。喷浆时控制速度和数量，完成后出渣，使用扒渣机装盛破碎岩体，提高施工效率。第四，金属支架支护。出渣之后要架设金属支架，按照设计图纸进行施工，要求相邻的支架彼此焊接牢固，并保证完全接顶。结合巷道走向，调整金属支架的位置偏差，为混凝土施工时支设模板打下基础。第五，混凝土永久支护。以上工序完成后，即可对金属支架进行混凝土支护，将支架浇筑在混凝土中，技术要点如下：①控制模板和金属支架之间的距离，混凝土浇筑完成后，保证保护层厚度为100mm；②使用混凝土泵送设备，能保证拱顶混凝土的厚度达标，避免出现厚度不均的情况。③施工作业时，巷道内部要有良好的照明设施；初期支护完成后，可在拱顶设置观察点，以便观察围岩变化。④控制混凝土的性能质量，检测坍落度、和易性、强度等指标，从源头上保证施工质量。