破碎段施工工法.doc

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人工造顶通过斜坡道破碎段施工工法
1.前言
在地下矿山斜坡道工程掘进时，不可避免的会遇到岩层松软、岩体破碎而造成巷道大面积塌方，增加施工难度。由我公司承建的北洺河铁矿深部开拓斜坡道工程在2011年7月13日掘进施工-185m分层附近时，围岩揭露为蚀变闪长岩夹带泥质灰岩，节理极度发育，塌冒不断；将原临时支护的5架U25型钢支架砸塌，1m3柴油铲运机铲斗和大臂砸毁，以致该工程不能正常掘进施工。该段设计断面4.2m(宽)×4.1m(高)，塌冒最大断面为7.3m(宽)×12m(高)×9.5m(长)，采用了充填砼人工造顶后进行二次掘进方法，顺利安全通过了严重破碎段施工。
2.工法特点
2.1采用充填砼人工造顶后，形成拱顶稳固，有效控制塌方。
2.2进行二次掘进时采用U25型可缩钢支架配合，实行短掘短支工艺，施工简单、容易操作。
2.3提高了作业面人员、机具设备安全保障。
3.适用范围
本工法适用于处于岩层松软、岩体破碎、围岩极不稳固的巷道施工。
4.塌方原因分析
4.1．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。
4.2．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。
5.施工方法及操作要点
5.1施工工艺流程
设计止浆墙厚度——止浆墙施工——预埋灌浆管和溢流管——灌浆充填施工——二次掘进---- U型钢支架支护——永久砌碹支护。
5.2操作要点
5.2.1确定围岩类别
根据现场地质条件、地质部门提供的地质素描资料，确定围岩类别。依据隧道围岩分级（2004）（见附表）,岩体破碎、结构松散时为Ⅴ类围岩级别。
围岩级别
围岩主要定性特征
围岩基本质量指标BQ或修正围岩基本质量指标[BQ]
Ⅴ
较软岩，岩体破碎；
软岩，岩体较破碎-破碎；
极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构
≤250
5.2.2设计止浆墙形式
采用柱面型砼止浆墙，其厚度B=K×R（1-√1-2P/〔σ〕）
式中:K-为安全系数，取1.1；
R-为柱面外半径，本段取10m；
P-灌浆压力，本段为破碎冒落拱取1×H×λ/100=0.2MPa（H为受注口至拱顶高度取4m；λ为水的密度取1）
〔σ〕=混凝土允许抗压强度，取20MPa
带入公式:B=0.75m；取整数
则:实际止浆墙厚度为B=800mm。
5.2.3、止浆墙技术要求
止浆墙设在距工作面10m(距塌方渣堆1m)处；自巷道底板起，外侧用钢模板(内侧用50mm厚木板)支设一道800mm厚止浆墙，高度至U型拱架顶，砼强度等级C20；
外侧模板用［16槽钢作立柱，间距1.5m(同模板长度)，模数不对时，用木模拼接在一侧；立柱外用18kg钢轨作四道水平撑杆，两侧卡入U型支架柱腿，再用φ89mm*5mm钢管作斜撑加固，防止涨模。
在止浆墙上留设四根φ180*8mm输送泵输送钢管作为灌浆管，中间设两根，一根呈倾斜状伸向正前踏空区顶部，一根垂直伸向止浆墙上部穿过拱顶；另两根布置在两侧，分别倾斜穿过拱顶，伸向塌空区两侧腮窝处；四根灌浆管要求长度保证穿过拱架顶部不少于4m(对接3～4根泵送管)，并且端部对接450弯头，防止灌浆过程中落渣掉入管中造成堵管(详见灌浆示意图)。同时留设两根φ65mm*5mm观察钢管(带一定斜度，安放在拱架下部200～300mm处和拱顶4m以上位置)，兼做溢流功能。
5.2.4、灌(充填)砼施工
在距离止浆墙10m位置安装一台HBMD12/4-22S 型砼输送泵和一台JS-350型滚筒搅拌机配合作业，粗骨料在地表按比例拌合好后装入1m3侧翻矿车经西风井、盲斜井、-170m斜井通道、1#施工巷运至3-2卸料硐室，再由运岩车倒运至斜坡道搅拌地点。
本次灌浆分两次配比作业；第一次拱顶以下采用M7.5水泥砂浆，配合比为1:5.6:0.8(水泥:砂:水)，水灰比为0.8；其主要目的为固结塌落堆渣。
第二次拱顶以上充填采用C20泵送砼进行连续充填施工，砼配合比1:1.98:3.96:0.51(水泥:砂:石子:水)塌落度控制在130～90mm左右。拱顶以上部分充填时，在砼中放入φ16mm螺纹钢筋呈不规则状，每根长度3m，以保证二次凿爆时拱部安全(止浆墙封闭施工前，人员在拱架和塌空结合部处将钢筋扔入拱顶)。
充填施工时先对拱顶以下和拱顶部进行灌砂浆和砼作业，再对两侧腮窝处进行充填；根据管插管溢流情况适时进行充填转换。
充填时严格控制水灰比和塌落度，设专人每班跟班进行量测，并做好记录，保证砼自然堆积密实；当灌浆接近拱部时即可顺溢流管溢流，人工造顶充填即可完成。
实际操作自2011年7月28日甲方施工方案批复同意后开始，至8月5日全部完成。待自然养护15天后即可进行二次掘进。

5.2.5二次掘进操作要求
掘进前先进行塌方区附近测量导线点复测，确定导线数据未受岩体塌方位移的影响后，进行巷道中心线和腰线测设。
导线测设完成后，进行顶部超前锚杆支护。超前锚杆向上倾角在10°~15°之间，在拱顶均匀布置，间距150～250mm，锚杆采用φ32mm圆钢，长度4.5m/根，锚杆插入岩体不小于3.0m。
护顶完成后进行二次凿爆掘进。凿岩采用YT-28型气腿式凿岩机，φ22mm六角中空成品钎杆，长1.5m， φ40mm柱齿合金钻头。巷道炮眼深度1.0m，掘进循环进尺0.9m。周边眼间距不大于400mm，炮眼每米装药量100g/m。
采用2#岩石硝铵炸药，周边眼用φ25mm药卷不偶合装药方式，以保证光爆效果。非电起爆器配塑料导爆管、非电毫秒瞬发导爆雷管引爆，非电毫秒微差导爆雷管起爆。为提高爆破效果，严格按光爆要求布置炮眼、装药联线。
爆破后使用1m³电动铲运机快速出渣，对于破碎部位尽量采用人工开挖方式，减小对塌方体和固结体的扰动。出渣后对巷道正前岩体进行喷射砼临时封闭支护，强度C20。紧跟U25型钢拱架进行支护，拱架预留变形量在100~150mm。拱架之间间距不大于300mm，相邻拱架间采用φ32mm圆钢连接，周圈不小于7道，拱架底部采用锚杆固定防止拱脚受力后发生位移，且拱架柱腿基础应立在硬岩上，拱架壁后和顶部采用对开圆木充填密实，拱顶与超前锚杆焊接牢固。凿爆循环进尺不大于2m，即保证顶部超前锚杆预埋量不小于1.0m时，及时进行下一组的超前锚杆支护，随后进入下循环拱架支护和凿爆。
二次掘进自2011年8月25日开始至8月30日该塌方破碎段安全顺利通过；处理该塌方段有效用时为15天。
5.2.6、永久砌碹支护
拱架支护完成后，待巷道压力完全释放，可进行永久砌碹支护。支护厚度300mm，强度C20，使用输送泵输送。砼内部加设φ16mm螺纹钢筋网，网度300×300mm，墙基础应将浮渣清理干净。具体支护时间由甲方、监理和施工单位视现场拱架形变情况确定。
6.材料与设备
6.1 主要材料
本工法主要用材为水泥、砂、石子、钢材、钢筋等。
混凝土为泵送砼，现场搅拌，其各类级配骨料必须是检验合格，满足相应规范规定要求，水泥使用国家正规厂家并经实验室检验合格的水泥，砼配合比需根据实验室出具的配合比与现场砂石实际含水率而进行调整，其搅拌时间应符合有关规定规范的要求。
6.2 主要施工机具和设备
设备见表：
序号
名称
用途说明
序号
名称
用途说明
1
输送泵
保证拱顶及塌空区充填密实
6
凿岩机
巷道打眼
2
电铲
施工现场出碴
7
火焰切割枪
钢构件切割
3
移动式空压机
凿岩机供风
8
电焊机
钢拱架焊接
4
全站仪
塌方巷道测量、定向
9
电锯
对开木、木板下料
5
水准仪
巷道拱架抄平

7 质量控制
7.1 质量检验标准
本工法执行的现行国家规范及行业标准
（1）《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）
（2）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
（3）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
（4）《砼质量控制标准》（GB50164-92）
（5）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
（6）《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2003）
（7）《钢筋焊接接头试验方法标准》（JGJ/T27-2001）
（8）《冶金矿山井巷工程质量检验评定标准》（YBJ218-89）
（9）《金属非金属地下矿山安全规程》
7.2 质量控制措施
7.2.1设置质量管理组织机构，人员持证上岗，明确项目技术质量管理人员岗位责任制；根据工法的特点和技术难点制订详细的施工方案。
7.2.2 选用有资质的专业队伍施工，特种作业人员须持证上岗，焊工需经专门培训合格后，方可持证作业。
7.2.3开工前进行详细的技术交底，严格按工艺流程、施工顺序施工，各工种人员掌握各工序操作规程和要领。
7.2.4认真执行国家有关的质量标准、质量法规、技术规范及本企业的各项管理制度。
7.2.5进场材料、构件需有合格证和材质证明文件等，检验全部合格后方可使用；材料代换需经设计人员同意，不得擅自更改。
7.2.6设备、仪器使用前应进行检查，确保其使用性能，检测设备需在检定合格有效期内。
7.2.7执行自检、互检和专检的“三检”制度，制定项目质量考核的奖惩制度，对施工各阶段进行检查，发现问题及时研究处理，并总结经验，不断完善和改进施工方法。
7.2.8充填砼要严格按配合比执行，控制水灰比。
7.2.9施工班组必须严格按施工规范，技术交底进行施工。
7.2.10各工序之间应进行交接检验，并经监理工程师检查认可。
7.2.11各有关部门做好各项施工记录和检查记录以及各种技术资料的收集整理工作，建立完整的质量记录，确保资料完整。
7.2.12设计、施工、监理单位密切配合，确保工程达到设计及规范要求。
7.3灌浆和砼充填质量控制
7.3.1在灌浆和砼充填结束14天后，由监理根据灌浆和砼充填资料布设检查孔，检查孔采用自上而下分段压水进行检查。
7.3.2、.灌浆和砼充填过程中发现冒浆、漏液时，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、间歇、待凝等方法进行处理。
7.3.4、灌浆和砼充填必须连续进行，若因故中断，应按下述原则进行处理：
a、尽快恢复灌浆和砼充填，不能恢复时应立即冲洗和疏通，或重新打孔进行充填。
b、恢复灌浆和砼充填时，开始应使用低浓度水泥浆进行灌注，之后进行中断前浓度灌注。
7.3.5、严格控制砼充填配合比和塌落度，保证充填到位密实。
8 安全措施
巷道塌方处理施工工法是系统、综合工程，涉及的工序较多，涉及到凿岩爆破出渣、钢结构加工和制作安装、钢筋制作与绑扎、模板支设、砼浇筑等，施工中必须严格遵守各工种安全操作规程。
8.1本工法执行的现行国家及行业标准
8.1.1《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33）
8.1.2《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46）
8.1.3《厂区动火作业安全规程》(HG 23011-1999)
8.1.4《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423-2006)
8.1.5《爆破安全规程》(GB6722-2003)
8.2 安全消防措施
8.2.1健全安全组织，安全管理制度，执行安全岗位责任制，制订详细的实施细则。
8.2.2 选用专业队伍进行各分部分项工程施工，按各项工艺流程操作，不得违章。
8.2.3严格执行《各工种安全技术操作规程》，《建筑安装工程施工现场安全操作规程》及业主厂区有关安全管理规章制度。
8.2.4开工前，对参加施工的人员进行全面安全消防教育，提高施工人员对安全生产的认识，工人经考试合格后上岗。
8.2.5进行各工种、工序安全技术交底。设计人员最好在现场跟踪服务，发现问题及时解决。
8.2.6特种作业人员持证上岗，关键工序选用有经验的经专门培训的工人操作。
8.2.7插杆施工过程，注意滚石伤人，并注意塌方处的岩石情况，发现异常响声、振动声等现象，应暂缓施工。
8.2.8型钢固定一定要稳固，锚杆的位置要打在稳定的部位。
8.2.9岩体严重破碎段，派专人看守，工作面检撬到位后，其它人员方可进入。
8.2.10型钢内部岩壁空隙采用对开木、背板等填塞严密，保证充填密实，尤其在拱顶部位。
8.2.11施工用电与生产用电分开，做好接地保护，防止漏电伤人。
8.2.11施工现场配备消防器材，动火点设专人看火，防止伤人。
8.3 危险源辨识及控制：
8.3.1开工前对施工中潜在的各种危险因素、时态、状态及可能导致的事故进行判断、评价，采取相应的措施，列出重大危险源清单。
8.3.2编制施工现场综合应急救治预案，配备应急救治箱，对突发伤害受伤人员进行应急救治。
9.环保措施
根据隧道塌方快速施工工法特点，环境因素主要涉及到噪声、粉尘、有毒有害气体排放等方面，针对其施工工艺特点，采取相应的措施。
9.1本工法执行的现行国家环保标准
9.1.1《建筑施工现场环境与卫生标准》 JGJ146-2004
9.1.2《环境管理体系、要求及使用指南》（GB/T24001-2004）
9.2环保卫生管理
9.2.1成立相应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，遵守工矿企业内部有关规定。
9.2.2加强对职工环保意识教育，提高其环保自觉性。
9.2.3在工程的施工组织设计中应有防治粉尘、有毒有害气体、噪声污染和改善环境卫生的有效措施。减少对人体及周围环境的危害和影响，达到职业健康标准和环卫要求，保证施工的正常进行。
9.2.4为减少场区污染，凿岩机要配齐消音装置并采用降低噪音措施,并做好降尘措施。
9.2.5加强对工程材料、废碴、设备、生产生活垃圾、废弃物、拆除构件的控制和治理、回收，随时接受相关单位的监督检查。
9.2.6作业人员必须规定穿戴好劳保防护用品，登高作业超过2m时，必须佩戴安全带。
9.2.7机具设备的操作，要尽量减少噪声、废气等的污染；
9.2.8现场设置饮水、就餐设施，保证员工在井下健康、卫生用餐。
9.2.9接触粉尘的作业人员，每年进行1次体格检查。
10 效益分析
10.1本工法全面的阐述了岩体破碎段大范围塌方块速施工从设计到施工全过程，为工程设计及技术人员应用该技术提供了依据。
10.2本工法应结合现场实际岩石和破碎状态综合考虑，各主要工序：拱架支撑、锚杆打眼严格按照技术交底及操作规程实施。
10.3本工法整个工艺流程连贯、顺畅、配套程度较高，最大优点：缩短了施工时间，降低了工程造价，从而实现了该工法的推广与应用。
10.4该工法还具有施工投入少，相对安全等特点，它能给企业带来了很好的综合经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。

本工法编制人员:陈德友、孙建恒、郑军、吴海燕
撰稿人:孙建恒
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