超前小導管在尾礦庫排洪隧洞塌方處理中的應用
2014-08-08
頭石山尾礦庫排洪隧洞在施工過程中出現塌方,通過采用超前小導管注漿塌方體,使塌方體形成殼體,將原有的局部集中荷載改變為由殼體與小導管形成的管棚整體來承擔均布荷載,使其在塌方體開挖過程中,可以安全地進行相應的其他工序施工,順利完成塌方處理。
中 國 礦 業 科 技 文 匯 — 2014 超前小導管在尾礦庫排洪隧洞塌方處理中的應用 1 , 2, 3 4 1, 2, 3 1, 2, 3 張 進 莫 金 明 樂 陶 曹 紀 剛 ( 1.3中 鋼 集 團 馬 鞍 山 礦 山 研 究 院 有 限 公 司 ; 2. 金 屬 礦 山 安 全 與 健 康 國 家 重 點 實 驗 室 ; . 金 屬 礦 產 資 源 高 效 循 環 利 用 國 家 工 程 研 究 中 心 ; 4. 云 南 磷 化 集 團 有 限 公 司 ) 摘 要 頭 石 山 尾 礦 庫 排 洪 隧 洞 在 施 工 過 程 中 出 現 塌 方 , 通 過 采 用 超 前 小 導 管 注 漿 塌 方 體 , 使 塌 方 體 形 成 殼 體 , 將 原 有 的 局 部 集 中 荷 載 改 變 為 由 殼 體 與 小 導 管 形 成 的 管 棚 整 體 來 承 擔 均 布 荷 載 , 使 其 在 塌 方 體 開 挖 過 程 中 , 可 以 安 全 地 進 行 相 應 的 其 他 工 序 施 工 , 順 利 完 成 塌 方 處 理 。 關 鍵 詞 尾 礦 庫 排 洪 隧 洞 塌 方 超 前 小 導 管 1 工 程 概 況 行 施 工 , 則 會 因 為 渣 體 破 碎 和 圍 巖 風 化 嚴 重 不 能 成 洞 , 而 無 法 完 成 塌 方 處 理 施 工 。 為 此 , 施 工 方 先 在 塌 方 渣 體 上 向 前 以 一 定 仰 角 打 入 超 前 小 導 管 , 探 明 塌 方 體 3 m( 從 最 近 的 鋼 架 拱 算 起 , 沿 隧 道 向 里 方 向 3 m) 之 外 的 范 圍 內 塌 方 情 況 , 若 該 處 未 塌 方 , 則 打 6 m 長 的 超 前 導 管 , 導 管 仰 角 為 5° ~ 7°, 確 保 導 管 深 入 穩 定 圍 巖 深 度 3 m( 保 證 兩 排 超 前 導 管 搭 接 長 度 至 少 為 3 m) , 工 字 鋼 間 距 為 0. 5 m; 若 塌 方 體 3 m 之 外 的 范 圍 內 仍 為 塌 方 體 , 則 對 塌 方 體 3 m 之 外 的 塌 方 松 散 體 進 行 注 漿 , 以 利 于 形 成 一 個 支 撐 體 , 然 后 再 打 超 前 導 管 , 導 管 長 度 為 6 m, 仰 角 為 5° ~ 7°, 在 未 過 冒 頂 位 置 之 前 , 超 前 導 管 長 均 為 6 m, 并 確 保 導 管 深 入 穩 定 圍 巖 深 度 為 3 m, 工 字 鋼 間 距 為 0. 5 m。 超 前 導 管 環 向 間 距 均 為 30 cm, 冒 頂 空 腔 用 瓜 子 石 回 填 密 實 , 預 留 注 漿 孔 。 同 時 , 在 小 導 管 之 間 以 小 角 度 再 打 入 1 排 鋼 管 作 為 管 棚 , 并 以 前 方 渣 體 和 施 工 掌 子 面 支 立 的 鋼 支 撐 作 支 撐 , 利 用 鋼 管 制 作 棚 架 , 形 成 管 棚 , 在 棚 架 防 護 下 進 行 人 工 開 挖 , 向 前 掘 進 。 頭 石 山 尾 礦 庫 為 云 南 磷 化 集 團 有 限 公 司 晉 寧 50 萬 t/ a 磷 礦 采 選 工 程 的 配 套 工 程 。 擬 建 的 頭 石 山 尾 礦 庫 位 于 昆 明 市 西 山 區 海 口 鎮 石 馬 哨 村 南 西 約 4 1 7 km 處 石 馬 哨 溝 中 游 , 距 450 萬 t/ a 選 廠 北 東 約 . 0 km。 該 尾 礦 庫 排 洪 構 筑 物 由 3 座 溢 流 井 和 隧 洞 組 成 , 隧 洞 采 用 有 自 由 水 面 的 無 壓 隧 洞 輸 水 方 式 , 隧 洞 由 主 隧 洞 、 1# 支 洞 、 2# 支 洞 構 成 , 均 為 圓 拱 直 墻 式 , 凈 斷 面 尺 寸 為 2. 8 m × 2. 8 m, 直 墻 高 為 1. 4 m, 底 坡 w w w .ky114 .c n 坡 度 為 2% 。 根 據 工 勘 資 料 , 隧 洞 穿 越 的 主 要 地 層 巖 性 為 強 — 中 風 化 狀 態 的 東 龍 潭 組 藻 白 云 巖 , 節 理 裂 隙 發 育 , 巖 體 較 破 碎 , 巖 體 基 本 質 量 等 級 為 Ⅳ ~ Ⅲ級 。 2 010 年 7 月 26 日 上 午 , 主 洞 在 施 工 至 52. 0 m 水 平 時 噴 漿 完 畢 , 下 午 打 眼 放 炮 時 , 拱 頂 有 孤 石 落 下 并 出 現 小 范 圍 塌 方 , 塌 方 后 立 即 對 塌 落 頂 進 行 素 噴 封 閉 , 隨 后 繼 續 施 工 時 發 生 大 范 圍 冒 頂 塌 方 。 此 次 塌 方 體 由 破 碎 巖 石 和 大 量 夾 泥 構 成 , 并 將 整 個 洞 身 填 滿 , 無 法 探 知 塌 方 的 長 度 及 高 度 。 2 . 3 工 字 鋼 支 撐 支 立 2 超 前 小 導 管 施 工 小 導 管 超 前 支 護 的 基 本 工 作 原 理 12] 是 在 待 開 工 字 鋼 支 撐 在 塌 方 處 理 過 程 中 作 用 為 : ①支 撐 2 . 1 工 作 原 理 小 導 管 和 管 棚 , 以 便 于 支 撐 塌 方 渣 體 , 開 挖 成 洞 ; ② 加 強 塌 方 處 理 過 程 中 的 支 護 , 以 確 保 支 護 穩 定 。 鋼 支 撐 采 用 16# 工 字 鋼 制 作 安 裝 , 在 洞 外 將 工 字 鋼 按 洞 身 尺 寸 制 作 好 , 由 小 型 裝 載 機 運 至 掌 子 面 支 立 , 兩 榀 工 字 鋼 的 間 距 為 0. 5 m, 自 施 工 掌 子 面 開 始 , 沿 洞 軸 線 支 立 , 鋼 支 撐 間 以 直 徑 為 8 mm 的 鋼 筋 連 接 , 并 [ 挖 洞 頂 輪 廓 線 以 外 一 定 角 度 范 圍 內 , 環 向 按 照 一 定 的 間 距 超 前 打 入 鋼 管 , 并 在 鋼 管 內 進 行 壓 力 注 漿 。 環 向 鋼 管 形 成 棚 架 , 為 開 挖 及 初 期 支 護 作 業 提 供 了 安 全 保 障 ; 漿 液 固 結 后 鋼 管 和 圍 巖 之 間 組 成 了 一 個 共 同 的 固 結 圈 , 從 而 在 隧 道 的 縱 向 和 橫 向 分 別 形 成 一 個 剛 度 較 大 的 梁 結 構 和 拱 結 構 。 張 進 ( 1981— ) , 男 , 工 程 師 , 碩 士 , 243000 安 徽 省 馬 鞍 山 市 經 濟 技 術 開 發 區 西 塘 路 666 號 。 2 . 2 施 工 方 案 從 塌 方 量 和 塌 方 渣 體 來 看 , 若 采 用 常 規 方 式 進 · 694· 技 術 交 流 在 左 右 各 設 置 4 根 直 徑 為 16 mm 的 鎖 腳 錨 桿 固 定 。 3 結 語 經 過 超 前 小 導 管 對 塌 方 體 的 注 漿 處 理 , 整 個 塌 2 . 4 超 前 小 導 管 制 作 安 裝 超 前 小 導 管 采 用 熱 軋 無 縫 鋼 管 , 長 度 為 6. 0 m, 方 體 處 理 時 間 約 為 15 d, 發 現 塌 方 體 總 長 度 為 9 0 m, 上 部 空 腔 深 度 約 為 5 0 m, 整 個 處 理 工 程 均 很 順 利 。 通 過 超 前 小 導 管 注 漿 進 行 尾 礦 庫 排 洪 隧 洞 塌 方 處 理 , 小 導 管 注 漿 將 頂 拱 以 上 2 m 左 右 范 圍 內 的 渣 體 均 進 行 固 結 , 坍 塌 體 由 原 來 的 松 散 體 變 成 了 相 對 穩 定 的 固 結 體 , 并 形 成 殼 體 , 改 變 上 部 渣 體 應 力 分 布 , 由 原 有 的 局 部 集 中 荷 載 改 變 為 由 殼 體 與 小 導 管 形 成 的 管 棚 整 體 承 擔 的 均 布 荷 載 , 使 其 在 塌 方 體 開 挖 過 程 中 , 可 以 進 行 相 應 的 其 他 工 序 施 工 , 順 利 完 成 塌 方 處 理 。 此 次 塌 方 從 開 始 至 處 理 結 束 沒 有 造 成 人 員 傷 亡 , 處 理 效 率 較 高 , 確 保 了 尾 礦 庫 排 洪 隧 洞 總 體 施 工 進 度 目 標 的 實 現 。 在 工 程 施 工 中 , 應 該 盡 可 能 地 避 免 塌 方 的 發 生 。 由 于 該 區 地 層 巖 性 較 為 破 碎 , 因 此 在 尾 礦 庫 排 洪 隧 洞 后 續 施 工 過 程 中 , 應 該 進 一 步 加 強 地 質 超 前 預 報 工 作 , 必 要 時 可 加 強 支 護 , 不 惜 增 加 一 部 分 工 程 投 入 , 從 根 本 上 有 效 地 控 制 工 程 工 期 。 外 徑 為 42. 0 mm, 壁 厚 為 3. 5 mm, 環 向 間 距 為 3 0 cm, 小 導 管 仰 角 為 5° ~ 7°, 小 導 管 頂 端 壓 成 尖 錐 形 以 利 于 小 導 管 打 入 鉆 孔 內 。 小 導 管 每 間 隔 2 根 安 裝 1 根 注 漿 管 , 注 漿 用 的 超 前 小 導 管 , 在 前 端 5 m 范 圍 內 制 作 成 花 管 , 孔 徑 為 8 mm, 梅 花 形 布 置 , 縱 向 孔 間 距 為 15 cm, 注 漿 小 導 管 仰 角 為 15° ~ 20°。 管 棚 形 成 后 , 采 用 反 抓 扒 出 0. 8 m 范 圍 內 的 洞 渣 , 隔 0. 5 m 立 一 榀 鋼 拱 架 , 然 后 打 入 超 前 小 導 管 及 注 漿 管 , 再 對 管 棚 噴 射 20 cm 厚 的 C20 混 凝 土 進 行 封 閉 , 再 進 行 小 導 管 注 漿 , 并 預 留 至 少 3 個 深 入 拱 頂 空 腔 內 的 注 漿 孔 , 塌 方 段 支 護 完 成 后 , 向 拱 頂 空 腔 內 噴 送 瓜 子 石 將 拱 頂 空 腔 填 滿 , 再 進 行 注 漿 固 結 。 2 . 5 塌 方 注 漿 注 漿 材 料 采 用 水 泥 漿 液 , 水 灰 比 1∶ 1( 重 量 比 , 注 漿 時 必 須 由 計 量 器 計 量 ) , 注 漿 壓 力 0 5 ~ 1 0 MPa, 并 根 據 現 場 實 際 情 況 調 整 注 漿 壓 力 , 確 保 注 漿 時 不 冒 漿 和 串 漿 。 注 漿 前 , 先 對 塌 方 體 表 面 采 C20 混 凝 土 封 閉 表 面 , 以 減 少 在 注 漿 過 程 中 出 現 的 漏 漿 現 象 。 注 漿 過 程 中 , 若 出 現 長 時 間 無 壓 力 , 但 吃 漿 量 很 大 的 情 況 , 應 該 立 即 停 止 注 漿 , 選 擇 附 近 的 注 參 考 文 獻 [ 1] 何 曉 明 , 段 學 超 . 隧 道 超 前 小 導 管 注 漿 工 藝 探 討 [ J] . 山 西 建 筑 , 2004( 3) : 113114. w w w .ky114 .c n [ 2] 張 勇 . 大 管 棚 和 小 導 管 超 前 支 護 在 隧 洞 掘 進 中 的 應 用 [ J] . 漿 管 繼 續 注 漿 。 為 了 提 高 注 漿 效 果 , 加 快 施 工 進 度 , 在 水 泥 漿 拌 制 過 程 中 可 考 慮 加 入 外 加 劑 ( 膨 脹 劑 、 早 強 劑 、 減 水 劑 ) , 摻 量 通 過 相 關 試 驗 結 果 確 定 。 甘 肅 農 業 , 2011( 11) : 6667. ( 收 稿 日 期 20140623) · 695·

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