前言
矿山井巷工程在巷道施工时，突遇极破碎软岩夹层，处理巷道前方大范围塌方的施工工法。北洺河铁矿斜坡道开拓工程，施工至-185m分层后，根据围岩变化，采取了钢拱架配合超前锚杆护顶的短掘紧支工艺，随着巷道掘进，碰到极破碎软岩夹层，受到扰动后破碎岩体压力失衡，巷道前方左侧及顶部急剧塌落，碎块呈接近流体状纵向侵入巷道数米，未及封闭，巷道正前已出现高度17m、宽度10m、纵深6m的塌落空区，顶部不时有碎块掉落。最终通过现场设计部署，进行正确的施工，顺利通过了塌方区。
1、特点
该方法直接对巷道塌方区空腔进行非通常的“钢筋砼支护充填”，形成人工假顶，在顺利通过塌方区的同时，消除了塌方区巷道顶部易生成塌落“暗腔”的安全隐患。
2、适用范围
适用于在矿山井巷工程中，由于地质勘探难度较大，随施工掘进，突遇极破碎软岩夹层，围岩整体性极差，巷道正前形成大体积空腔塌落区的巷道施工。
3、坍塌原因分析
3.1．地质因素
(1)、巷道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快、围岩失稳而坍塌。
(2)、当由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。
(3)、在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等碎裂结构地层中，岩块间互相挤压牵制，经开挖则失稳，常见围岩掉块、坍落。在软弱结构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。
(4)在构造运动的作用下，薄层岩体形成的小这种褶曲、错动发育地段，施工中常常发生坍塌。
(5)岩层软硬相间，或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低．因而发生滑坍。
(6)地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。
3.2．施工方法和措施不当
(1)施工方法选择不当，或工序间距安排不合理。各工序间距拉得较长久，引起围岩松动、风化、招致坍方的发生。
(2)临时支护不及时，或喷混凝土质量、厚度不符合要求。
(3)采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实，或联接不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求。
(4) 爆破作业不当，用药量过多。
(5) 处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。
(6) 初期塌方时采用穿楔护顶法强行通过时出渣较多，形成空场加大。
4、工艺原理
实施“现场设计--施工--变形观测--再施工”的动态管理，遵循“短进尺、弱爆破、紧支护、勤观测”原则，通过对塌空区封闭和混凝土充填，使破碎塌方段成为“稳固区域”后，进行 “穿过”掘进。
5、工艺流程及操作要点
5.1. 处理塌方施工顺序
封闭塌落体—-埋设砼输送钢管及钢筋网—-砌筑砼封闭墙—-泵送砼充填支护—-短掘紧支—-变形观测---二次永久衬砌。
5.2.施工操作要点
5.21.巷道正前出现大面积塌落并纵向侵入于巷道时，立即采取前方封堵，即喷射C20混凝土封堵掌子面及塌落面，稳住围岩，防止空顶加大。对巷道前方原支护拱架进行加固，同时保证安全施工。
5.22.对巷道正前拱架顶部与塌空区进行沟通，通过拱架顶部向塌空区顶部方向斜插入Φ108混凝土泵送钢管，为保证空腔混凝土填充密实，钢管出口应尽量达到空腔顶部，拱顶中间两根，两侧各一根，共四根（见附图）。受施工空间限制，螺纹钢埋设时，由拱架顶部开口直接扔入空区底部，使钢筋在空腔内呈无规则交错布置，作为混凝土充填假顶的底部骨架。
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5.23.在塌落巷道处进行封闭墙施工。使用C20混凝土，Φ16螺纹钢网度300×300mm钢筋网，墙体厚度800mm，使巷道正前塌方区与后方完全封闭。
5.24.巷道内距离封闭墙10m处，安装输送泵和搅拌站，对踏空区空腔进行混凝土充填支护，首次充填采用M75号水泥砂浆，对塌落体内部进行渗入后，使用C20沙石混凝土进行浇注，为使混凝土易于向塌区周边渗入，混凝土塌落度控制在180mm。浇注高度间隔约1.0m~2.0m时，向塌空区埋设螺纹钢，呈不规则状分布，增加砼体强度。同时密切观测封闭墙和拱架受力状态，出现裂纹和形变时及时采用锚杆等支撑进行加固。
5.25.“钢筋砼”充填支护至空腔顶部后，进入砼凝固期，同时继续保持对拱架和封闭墙的观测。
5.26. 当充填作业完成达到规范养护龄期后，塌落区已形成相对稳定的人工混凝土岩体和假顶，即可进行二次掘凿作业。施工时先打φ32mm圆钢超前锚杆长度护顶，间距150～250mm，长度4.5m/根；必须遵循“短进尺、弱爆破、紧支护、勤观测”的原则，使用“台阶法”自上而下开挖。尽量采用机械配合人工开挖方式，而不采用爆破方式，如因破碎大的孤石时必须采用尽可能少的炸药，保证不致扰动塌方体，同时开挖时尽可能多的保留核心土，以防止出现新的塌方。对开挖后的裸露部位及时采用C20喷射砼进行封闭，紧跟进行U25型拱架支设跟进。钢拱架架支护规格应进行调整，预留沉降变形量在100mm~150mm。钢拱支设架间距不大于0.5m，钢架腿部基础立于硬岩上，并使用Φ32mm圆钢作地脚锚杆固定架腿，拱架与拱架之间使用Φ32mm圆钢连接，保持钢架垂直稳定性。拱架与岩壁间使用对开圆木充填。
5.27.塌方掘进施工完成后，密切观测拱架垂直沉降和内部收敛，及时对拱架进行加固。应力释放一定时期稳定后即可进行永久砌碹支护作业。
6、质量标准控制要点
6.1严格按照《冶金矿山井巷工程施工质量验收规范》YB4391-2013施工。
6.2《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
6.3《砼质量控制标准》（GB50164-92）
6.4《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2003）
6.5《钢筋焊接接头试验方法标准》（JGJ/T27-2001）
6.6《金属非金属地下矿山安全规程》
7、安全注意要点
7.1处理塌方必须分秒必争适时地投入抢险战 。
7.2必须根据施工方案按技术要求施工。
7.3及时处理塌方段顶部松动的混凝土块，防止掉落伤人。
7.4加强塌方段的照明力度，采用防水效果较好的探照灯进行照明，并安设好独立的应急灯等照明
7.5由于坍体封闭断面，会造成前端积水较多施工时要尽早做好排水工作，以免积水浸泡拱脚引发次生安全事故。
7.6在变形和塌方段设置变形观测点，随时掌握变形情况。施工中，严密监视施工动态，设立专人监护施工，发现有塌方的迹象时，应将施工人员及机械设备尽快拆离危险区，在险情排出后，方可进入施工。
8、结论分析
在对北洺河铁矿斜坡道-185分层塌方的施工发现，塌方部位处在破碎带中的断层挤压结构面，该结构面呈片石状，未开挖前密实度较高，一经开挖，潜在应力释放快，没有自身承载力，围岩失稳导致前方形成大面积塌空区塌方。如果在塌方后进行出碴硬穿过方法，会引起连锁反应，使顶部塌落加大，对施工安全产生巨大隐患。通过现场制定方案，在第一时间对塌体封闭，保证了后方围岩稳定不向前坍塌，前方围岩也得到控制。封闭后，直接采取钢筋砼制造人工假顶的方法，没有采用注浆固结塌体的工序，使施工成本降低，进度加快。由于塌方顶部空腔进行了钢筋砼充填，大大减弱了塌方区巷道顶部易生成塌落“暗腔”的安全威胁。
永久混凝土二次衬砌后的变形观测，巷道沉降度和收敛值在要求范围之内，说明此施工方法是可行，可靠的。
论文作者:郑军军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/13
标签：巷道论文; 围岩论文; 混凝土论文; 空腔论文; 钢筋论文; 作业论文; 夹层论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;