某礦坑內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室加固方案

過(guò)曾明，安建英

（中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 礦山事業(yè)部 100038）

某礦處于四川盆地與云貴高原的連接地帶，區(qū)內(nèi)地形陡峻，形成階地、懸崖峭壁，因此該礦采用平硐+盲豎井的開(kāi)拓方式，其卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室所處巖層為泥盆系上統(tǒng)宰格組上段白云巖及石炭系下統(tǒng)萬(wàn)壽山組灰綠、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層砂巖，其中夾無(wú)煙煤層3～5層，一般每層煤厚0.20～2.00米；卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室在施工開(kāi)挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)巖層松軟，巖石強(qiáng)度低且穩(wěn)定性差，開(kāi)挖后易坍塌，施工鉆孔易塌孔，硐室不易施工和支護(hù)；針對(duì)上述情況，卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室施工時(shí)采取了措施——澆筑硐室假頂，在假頂?shù)闹蜗聵I(yè)主于2017年10月完成了硐室的開(kāi)挖和支護(hù)。

1 工程現(xiàn)狀

2019年5月業(yè)主發(fā)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室東側(cè)直墻出現(xiàn)橫向裂縫和混凝土剝離現(xiàn)象，隨時(shí)間推移，破損情況加重：橫向裂縫增多變長(zhǎng)，混凝土破損脫落面積加大，部分鋼筋外露，另外監(jiān)測(cè)出硐室有較大的沉降位移。硐室破損情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 硐室破損情況

2 原因分析

設(shè)計(jì)院通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看以及與業(yè)主的溝通了解，硐室破損原因可能是硐室周邊的深部注漿防水工程施工擾動(dòng)了硐室已經(jīng)穩(wěn)定的圍巖，導(dǎo)致硐室東側(cè)直墻外側(cè)應(yīng)力集中，從而造成硐室東側(cè)直墻破損變形和沉降。

3 加固前檢查

業(yè)主在對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室加固前，應(yīng)對(duì)硐室進(jìn)行全面仔細(xì)的檢查；若發(fā)現(xiàn)硐室有破損的新情況，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)院溝通，有利于設(shè)計(jì)院及時(shí)調(diào)整加固方案。

4 硐室的加固方案[1][2][3][9]

坑內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室的尺寸為12m寬x14.3m高x17m長(zhǎng)，采用100mm噴錨網(wǎng)+500mm鋼筋砼+拱梁支護(hù)，硐室底板支護(hù)澆筑150mm素砼，詳見(jiàn)圖2所示。

針對(duì)目前硐室嚴(yán)重的破損情況，設(shè)計(jì)院采取了對(duì)穿式錨索+壁后注漿+新砌鋼筋砼墻體+鋼筋砼底板的綜合方案來(lái)加固硐室，加固方案詳見(jiàn)圖3；加固的原理：1）抵抗集中應(yīng)力，減輕甚至消除應(yīng)力對(duì)硐室的破壞；2）注漿加固硐室周邊圍巖，使之與硐室形成一個(gè)整體來(lái)抵抗集中應(yīng)力；3）加強(qiáng)硐室底板，使之能抵抗更大的應(yīng)力，不至于出現(xiàn)沉降和變形。

4.1 硐室東側(cè)直墻的加固[10]

1、利用硐室假頂施工期間的斜坡道在卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室東直墻的外側(cè)右上方開(kāi)挖輔助巷道，其定位尺寸圖4.2所示；輔助巷道斷面尺寸約2.4m寬x2.6m高，輔助巷道支護(hù)暫按50mm噴砼設(shè)計(jì)，噴砼強(qiáng)度為C20；輔助巷道長(zhǎng)度為17m。

2、利用輔助巷道施工對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)錨索拉緊卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室拱部和直墻，以此消除外部應(yīng)力對(duì)硐室的作用；錨索施工位置見(jiàn)圖4.2。

3、墩座1（共6個(gè)）與墩座2（共6個(gè)）采用C40砼澆筑，而墩座3（共6個(gè)）采用C40砼澆筑；三種墩座的具體位置、尺寸、配筋參數(shù)以及預(yù)埋件詳見(jiàn)圖3和圖4。

4.2 硐室壁后注漿加固[4][5][6][7]

（1）對(duì)硐室壁后2m范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行注漿加固，考慮到現(xiàn)場(chǎng)打鉆的困難，建議采用自鉆式中空注漿錨桿。

（2）壁后注漿和輔助巷道施工可同步進(jìn)行。

圖4 墩座

（3）硐室注漿加固時(shí)，在東側(cè)直墻布設(shè)自鉆式中空注漿錨桿規(guī)格為GQ-D25,外徑25mm，壁厚5mm，長(zhǎng)度3m，網(wǎng)度2mx2m，外露原有墻體500mm；在硐室其余側(cè)直墻布設(shè)注漿錨桿規(guī)格為GQD25,外徑25mm，壁厚5mm，長(zhǎng)度2.5m，網(wǎng)度2mx2m；注漿終壓推薦1Mpa～1.5Mpa，施工時(shí)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定注漿終壓。

4.3 硐室東側(cè)新墻體的澆筑

在硐室東直墻內(nèi)側(cè)，再澆筑600mm厚的鋼筋砼墻體，新墻體與原有墻體利用注漿錨桿外露段緊密連接，新墻體的配筋需與拱頂，端墻配筋采用短錨桿牢固連接；新墻體配筋參數(shù)與原硐室配筋參數(shù)一致。

4.4 硐室底板加固

由于硐室監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)沉降位移，建議硐室底板支護(hù)由150mm素砼調(diào)整為錨桿+300mm雙層鋼筋混凝土，錨桿規(guī)格為Φ22x2.5m，間距為1.0mx1.0m，錨桿露頭250mm與底板鋼筋牢固連接；底板配筋參數(shù)：主筋和副筋為Φ18，間隔300mm，拉筋Φ8，間隔600mm。

5 施工注意事項(xiàng)[11][12][13]

（1）錨索1規(guī)格：4Φ15.24x17.0m，錨索兩端外露錨墊板各500mm，共有6組；錨索2規(guī)格：4Φ15.24x20.0m，錨索兩端外露錨墊板各500mm，共有6組；長(zhǎng)錨索鋼絞線結(jié)構(gòu)為1x7標(biāo)準(zhǔn)型，鋼絞線公稱直徑15.24mm，鋼絞線的抗拉強(qiáng)度Rm/（Mpa）不小于1860 Mpa。

表1 加固工程量和材料量

（2）錨具型號(hào)為M15-4：97mm（直徑）x43mm（厚度），共24組；錨墊板尺寸：300mm x300mmx30mm，中心開(kāi)孔凈直徑60mm，共24塊；按錨具型號(hào)選取工作夾片和螺旋筋：工作夾片需要96組，螺旋筋需要12組，其中僅錨索上部錨具（輔助巷道側(cè)）需要螺旋筋。

（3）錨索施工順序：鉆機(jī)就位—鉆孔—安裝錨索—澆筑墩座—張拉—錨索注漿—錨頭防護(hù)處理—進(jìn)入使用維護(hù)。

（4）施工墩座1與墩座2時(shí)，應(yīng)先將墩座周邊破損的混凝土敲掉后方可澆筑；施工墩座3時(shí)，若開(kāi)挖后巖層較差，應(yīng)對(duì)墩座3下的巖層進(jìn)行處理或加大墩座3的底座面積，使墩座在錨索拉力作用下不發(fā)生沉降。

（5）預(yù)應(yīng)力錨索張拉的先后順序詳見(jiàn)圖2所示；預(yù)應(yīng)力錨索張拉值為100t，錨索的張拉方式建議采用反復(fù)式張拉法，將張拉荷載分為4檔，通過(guò)逐級(jí)和循環(huán)施加荷載的方式進(jìn)行張拉，最終達(dá)到設(shè)計(jì)值；在張拉過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注硐室、墩座和錨索情況；若張拉過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)停止張拉，并及時(shí)與設(shè)計(jì)院溝通，采取相應(yīng)措施后方可繼續(xù)施工。

（6）錨索采用砂漿全長(zhǎng)充填防腐，孔內(nèi)砂漿須灌注密實(shí)，不得有氣泡現(xiàn)象，砂漿強(qiáng)度不低于M30。

（7）對(duì)伸出工作錨具外的錨索（卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室內(nèi)）采用新砌600mm的鋼筋砼墻體進(jìn)行密封；對(duì)伸出工作錨具外的錨索（輔助巷道內(nèi)）采用澆筑二期砼墩座進(jìn)行密封，澆筑砼強(qiáng)度為C30,墩座具體尺寸由現(xiàn)場(chǎng)確定。

（8）預(yù)應(yīng)力錨索施工、試驗(yàn)和驗(yàn)收要執(zhí)行相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

（9）補(bǔ)強(qiáng)或澆筑新墻體時(shí)，應(yīng)先敲掉原墻體表面剝離的砼，然后墻體表面鑿毛并沖洗干凈，最后再澆筑混凝土，新澆筑砼強(qiáng)度應(yīng)與原澆筑砼強(qiáng)度一致。

（10）硐室底板施工時(shí)需結(jié)合卷?yè)P(yáng)機(jī)基礎(chǔ)圖，做好相關(guān)的預(yù)留和開(kāi)挖工作。

（11）現(xiàn)場(chǎng)必須嚴(yán)格認(rèn)真按設(shè)計(jì)施工，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督。

6 繩道的施工建議

繩道施工時(shí)，建議放小炮盡量減少圍巖擾動(dòng)；用超前管棚預(yù)支，保證繩道施工過(guò)程中不出現(xiàn)坍塌；建議短掘短砌施工繩道。

7 需要業(yè)主做的工作

（1）需要業(yè)主施工措施巷道來(lái)連通輔助巷道。

（2）建議業(yè)主對(duì)硐室進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

（3）因卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室平面還布置了許多其他大型硐室，建議業(yè)主在該水平周邊施工時(shí)，做好相應(yīng)的安全措施，減小施工對(duì)已有硐室工程的影響。

8 加固工程量和材料量

卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室加固的工程量和材料量統(tǒng)計(jì)如下表1所示。

卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室加固的開(kāi)鑿量：161m3；材料消耗量：212m3；鋼筋：17t；錨桿：321套；錨索：12組（含錨具、錨墊板等）。

9 總結(jié)[8]

對(duì)穿式錨索、壁后注漿、鋼筋砼直墻的聯(lián)合加固方案能有效控制了硐室圍巖變形，提高了圍巖整體強(qiáng)度和承載能力，減小了壁后圍巖裂隙和損傷的范圍，為硐室主體承載結(jié)構(gòu)提供了相對(duì)穩(wěn)定的圍巖環(huán)境。 而錨桿+鋼筋砼底板，起到膠結(jié)破碎底板的作用，改善了底板的圍巖條件，增強(qiáng)了底板巖層的整體強(qiáng)度，很好地控制了底板的變形破壞。

目前，卷?yè)P(yáng)機(jī)硐室的加固工作正在實(shí)施中，加固效果有待考驗(yàn)；但該聯(lián)合加固方案的實(shí)施對(duì)在類似條件下坑內(nèi)硐室的支護(hù)或加固有一定指導(dǎo)意義。