礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術(shù)分析

王康平

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，資源需求越來越多，礦產(chǎn)企業(yè)大量涌現(xiàn)，礦建工程數(shù)量顯著增加。礦建工程存在部分特殊硐室，其具有相對特殊的功能，在礦建工程中發(fā)揮著極其重要的作用，因此其支護工作至關(guān)重要。本文重點研究了礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術(shù)，其間分析了我國礦建工程中特殊硐室軟巖支護現(xiàn)狀和存在的問題，然后探究了特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)支護方式，最后舉例進行分析，以期為礦建工程施工單位、設(shè)計單位、開采單位提供理論支持。

關(guān)鍵詞：礦建工程;特殊硐室;軟巖支護

Absrtact： With the rapid development of China's economy， the demand for resources is increasing， mineral enterprises have emerged in large numbers， and the number of mining construction projects has increased significantly. There are some special chambers in mining construction projects， which have relatively special functions and play an extremely important role in mining construction projects， therefore， their support work is very important. This paper focused on the soft rock support technology of special chambers in mine construction projects， during this period， first analyzed the status quo and problems of special chamber soft rock support in mine construction projects in China， and then explored the special chamber soft rock structure support method， finally gave an example for analysis in order to provide theoretical support for the construction unit， design unit and mining unit of the mine construction project.

Keywords： mine construction engineering;special chamber;soft rock support

在礦建工程的施工過程中，部分特殊硐室處于軟巖環(huán)境，通常具有特殊功能，一旦修建完成，大多數(shù)無法進行反復維修，建設(shè)之初就必須保障其質(zhì)量。在對特殊硐室進行設(shè)計和施工的過程中，人們必須深入分析硐室所處軟巖環(huán)境的結(jié)構(gòu)可塑性、膨脹性等，采取合理的支護技術(shù)，制定科學的支護方案，確保支護施工達到預(yù)期效果，使軟巖環(huán)境的結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，特殊硐室安全穩(wěn)定。

1 我國礦建工程中特殊硐室軟巖支護現(xiàn)狀

隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，很多先進的礦產(chǎn)開采技術(shù)得到廣泛的運用，極大地提高了礦產(chǎn)企業(yè)開采的安全性和穩(wěn)定性。目前，在我國礦建工程中，特殊硐室軟巖支護技術(shù)仍有較大的提升空間，傳統(tǒng)的軟巖結(jié)構(gòu)硐室支護技術(shù)已經(jīng)無法滿足實際施工需求，以至于安全事故頻發(fā)，嚴重影響礦產(chǎn)企業(yè)的開采效率和施工人員的人身安全。

傳統(tǒng)的軟巖結(jié)構(gòu)硐室支護方案主要存在以下問題。首先，施工單位和設(shè)計單位缺少對軟巖結(jié)構(gòu)的明確認知。軟巖結(jié)構(gòu)的巷道變形強度較大，受地壓力較高，支護難度較大。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，使用單一的支護方式并不能夠有效地壓制復合型軟巖結(jié)構(gòu)變形力學機制，迫切需要進行優(yōu)化。其次，大部分礦建工程所處的軟巖結(jié)構(gòu)都是高應(yīng)力膨脹性軟巖結(jié)構(gòu)，其具有較強的蠕動變形性。其中的硐室泵房排水系統(tǒng)大都采用上下交錯的形式來進行排列，非常容易受到外界因素的影響，導致支護內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生脫落，最終導致自承圈的損壞。最后，斷層面的篩選水平有待提高[1]。

2 我國礦建工程中特殊硐室軟巖支護存在的問題

2.1 特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)缺少分析

軟巖結(jié)構(gòu)的地壓大，容易變形且幅度較大，支護施工難度較高，使用單一支護方案已經(jīng)無法滿足實際需求，很難達到預(yù)期效果。在設(shè)計特殊硐室的支護方案時，人們需要明確重點，采用綜合性的設(shè)計方案。傳統(tǒng)的硐室支護以錨噴支護為主，其長度大部分低于500 m，而且要低于桿體的長度，倘若受到外部環(huán)境的強烈影響，很難保持正常狀態(tài)[2]。

2.2 硐室圍巖結(jié)構(gòu)缺乏約束

在高應(yīng)力的膨脹型軟巖中開展硐室施工時，硐室中泵房的排水系統(tǒng)巷道通常需要按照上下交錯布置的標準來施工，但是施工受外部爆破震動的影響非常大，其中相對薄弱的位置甚至會發(fā)生變形，其抵抗效果也會大幅度下降，繼而出現(xiàn)松脫、蠕變等情況，逐漸形成破碎區(qū)，嚴重影響錨固圍巖自承圈的穩(wěn)定性[3]。

2.3 硐室斷面的選擇不合理

目前，我國多數(shù)礦建工程的泵房與變電所的斷面形態(tài)都是半月拱形，在對支護底板進行混凝土澆筑的過程中，其支護強度大都無法應(yīng)對膨脹型軟巖釋放的高應(yīng)力強度，進而讓支護兩側(cè)的圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的蠕動變形。另外，在礦建工程中，一些特殊硐室直墻壁段的高度較大，無法有效地對抗或承受側(cè)壓力，會發(fā)生支護體脫落，倘若施工單位未能及時發(fā)現(xiàn)并處理，就有可能引發(fā)更為嚴重的失穩(wěn)破壞[4]。

3 礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術(shù)分析

3.1 臨時性支護

在礦建工程中，特殊硐室施工通常會選用錨網(wǎng)支護技術(shù)來進行臨時支護。首先需要確定安置錨桿孔，然后使用風鉆將錨桿嵌入孔中，錨桿布置以矩形為主，與軟巖面不保留縫隙，以此增強支護的支撐力。一般來說，在井筒和管子道中，大多采用錨桿和不銹鋼網(wǎng)進行臨時支護。需要注意的是，施工時需要根據(jù)硐室的實際情況來選擇搭接方式和網(wǎng)格規(guī)格，確保支護均勻布置，發(fā)揮臨時支護的最佳效果[5]。

3.2 永久性支護

礦建工程特殊硐室井筒部分普遍使用混凝土支護方式，其屬于永久性支護。在支護作業(yè)中，施工單位必須保障工程施工的整體質(zhì)量，科學地選擇混凝土材料，防止受到外部環(huán)境因素的影響，提高混凝土澆筑質(zhì)量，確保支護質(zhì)量符合國家相關(guān)保準。在礦建工程特殊硐室的關(guān)鍵區(qū)域（如巷道）施工時，通常采用二次支護，因此人們需要科學選擇變形力學類型，將施工中的復合型結(jié)構(gòu)軟巖轉(zhuǎn)變成部分結(jié)構(gòu)單一型軟巖，此外還需要重視混凝土底板支護工作[6]。

3.3 二次強化組合支護

一般情況下，只有一些失修巷道和硐室關(guān)鍵區(qū)域才會用到二次支護技術(shù)。其主要支護流程為：一是對軟巖結(jié)構(gòu)的復合變形力學進行深入研究，確定其機制;二是使用科學方案來有效改變軟巖的復合變形機制，讓其變形機制由復合型變?yōu)閱我恍?三是科學完善二次支護方案。在礦建工程特殊硐室施工中，當硐室位于軟巖結(jié)構(gòu)內(nèi)時，人們需要調(diào)整和優(yōu)化其具體支護方案。

3.3.1 二次支護施工時機。一線施工人員需要對特殊硐室有明確的認知，確保在施工過程中將圍巖的變形應(yīng)力充分釋放，使初次支護發(fā)揮最佳效果。當軟巖結(jié)構(gòu)的放壓曲線與初次支護的放壓曲線交匯時，初次支護方案的主體已經(jīng)達到最佳狀態(tài)。在實際施工中，人們需要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，科學地判斷二次支護的時機，即錨噴支護的巷道開始出現(xiàn)鱗狀剝落，同時逐漸開始出現(xiàn)片狀剝落。另外，二次支護時要選擇強力組合支護，科學控制應(yīng)力釋放和軟巖膨脹，利用二次支護的強力組合來對硐室圍巖結(jié)構(gòu)和支護主體進行強化，提高其安全性、穩(wěn)定性[7]。

3.3.2 特殊需求分析。確定后壁式和圓筒式的具體支護方案后，人們需要分析特殊硐室的特殊需求。首先，最佳錨固方案應(yīng)以高強度的半程錨固錨桿或全程錨固錨桿為主，有效提高自承圈的厚度;其次，對硐室的錨索進行加固時，要適當加長錨固長度，使其深入穩(wěn)定巖層的內(nèi)部。錨索錨固能夠有效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的價值，極大地加大自承圈的厚度，改善硐室圍巖結(jié)構(gòu)，使其能夠達到后壁支護的需求。再次，如果采用澆筑鋼筋混凝土的方式來加固支護結(jié)構(gòu)，人們需要做好支護兩側(cè)墻壁的控制處理，避免圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，對圓筒式支護方案進行強化，提高支護效果。最后，使用增加錨索的方法，對硐室工作面底板進行處理，創(chuàng)造框架橋式結(jié)構(gòu)，以此來解決硐室工作面底部相對薄弱的問題，并為后續(xù)強支護方案實施奠定基礎(chǔ)[8]。

4 礦建工程中特殊硐室軟巖結(jié)構(gòu)實例分析

某處礦建工程二水平泵房共設(shè)有12臺3型水泵裝置，目前已經(jīng)建成運行3年，現(xiàn)需要對其內(nèi)部進行翻修、加固。其內(nèi)部變電所硐室長為350 cm，寬為600 cm，高為390 cm;泵房硐室的長為4 100 cm，寬為700 cm，高為550 cm。建設(shè)初期，硐室都采用錨桿、錨網(wǎng)、錨噴聯(lián)合支護技術(shù)，噴射混凝土的強度等級是C20。其中，硐室底部鼓脹情況比較嚴重，并且存在高應(yīng)力膨脹型軟巖底板來壓，變電所的硐室斷面呈馬蹄形，泵房的硐室斷面是半圓拱直墻底板橋式框架斷面。

在選擇二次支護方案時，人們需要分析軟巖支護理論，采用合理的強力組合支護方案，對硐室薄弱部分進行強化支護處理。其中，除了底板以外，其他斷面都要增加高強度錨索錨桿，并圍繞硐室輪廓鋪設(shè)雙層鋼筋，對硐室圍巖軟弱部分進行強化加固處理。需要注意的是，在二次支護施工的過程中，混凝土的澆筑厚度要保持在50 cm左右。另外，硐室工作面底板需要使用橋式框架鋼筋混凝土梁進行支護處理。

通過此次二次支護施工可知，硐室支護中的薄弱部分可以使用各種支護處理方式，有效強化硐室支護結(jié)構(gòu)，增強其支護效果。通過對該礦建工程進行調(diào)查分析可知，當硐室圍巖（已進行初期支護）的變形速率保持在1.7～6.4 mm/d時，底板變形速率的最大值為22.5 mm/d。二次支護完成后，該礦建工程的硐室圍巖變形速率和底板變形速率保持為零，證明了二次支護具有極高的可靠性。

5 結(jié)論

軟巖結(jié)構(gòu)硐室屬于礦建工程的薄弱部分，尤其是一些具有特殊功效的硐室，如機電硐室等，其對硐室圍巖的膨脹型軟巖性質(zhì)、力學參數(shù)等有著極高的要求。人們要以初次支護為基礎(chǔ)，開展二次強化支護，有效改善硐室圍巖中相對松散的巖體部分，提高硐室支護強度和支護效果，保證硐室支護的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻：

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[3]曹學林.礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術(shù)[J].機械管理開發(fā)，2015（9）：107-108.

[4]山東建筑大學.基于預(yù)制裝配式底弧板的軟巖硐室底鼓治理支護結(jié)構(gòu)及方法：中國，CN201810957123.2[P].2019-01-11.

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[8]李建民，婁玉民，戚兆祥，等.軟巖支護技術(shù)在特殊硐室中的應(yīng)用[J].煤炭科學技術(shù)，2002（12）：3-5.