马头门施工工艺（精选3篇）
1.马头门施工工艺 篇一
青岛城际轨道交通工程苗岭路站~会展中心站区间线路位于深圳路和云岭路之间, 沿苗岭路下方敷设, 本区间临时施工竖井位于苗岭路与秦岭路交汇处西北侧, 施工竖井内净空为5m×9m, 竖井深度为25.4m, 临时横通道内净宽为5.5m。竖井采用锚喷支护结构, 所处地层由上至下分别为:杂填土、强风化、中风化和微风化层。其中, 马头门所处地层岩体由于受构造影响有砂土状碎裂岩、块状碎裂岩及糜棱岩, 构造节理及风化裂隙较发育, 多为高角度节理。基岩裂隙水主要以构造裂隙水为主, 呈带状、脉状产出, 无统一水面, 整体上构造裂隙水较发育, 在开挖过程中有渗流乃至小型喷涌状渗出的情况。
2 马头门施工方案设计
2.1 施工方案
鉴于该马头门所处地层构造裂隙水较发育, 马头门开挖前采用拱部双排超期小导管注浆止水。竖井开挖至马头门拱部高程以上0.3米, 做完竖井初支后, 对马头门拱顶轮廓线进行放样, 并标记出超前小导管孔位。超前小导管长6m, 孔位布设于马头门拱顶120°范围内, 双层布置, 环向间距40cm, 层间距20cm。超前小导管打设完成并注浆后, 竖井开挖支护至马头门拱部以下, 破除竖井初支格栅, 并开挖马头门拱部, 进行初期支护, 依次序开挖支护2~3m后, 竖井继续向下施工至底板完成, 开挖马头门下部并支护。
2.2 施工工艺
施工工艺流程见图1:
2.2.1 打设超前小导管并注浆
小导管采用φ42、壁厚3.5mm热轧无缝钢管制作, 长度为6m。为达到注浆时加固周围岩体和止水目的, 沿管身钻设φ6渗浆孔, 孔纵向间距30cm, 环向均布3排, 梅花型布置。沿马头门拱部外轮廓线, 依次按照标记的孔位将小导管打入地层, 小导管纵向外插角度控制在10°~15°。小导管布设见图2。导管安装完毕后, 进行注浆作业, 注浆压力控制为0.5~1.0MPa, 注浆过程中采用隔孔注浆, 并在孔口处设置止浆塞。注浆材料选用1:1水泥浆。注浆时当压力达到注浆终压, 且注浆量达到设计注浆量80%以上时, 可结束单孔注浆。
2.2.2 竖井向下施工至马头门拱脚
超前小导管施工完毕后, 按照竖井施工设计向下开挖并支护至马头门拱脚处。考虑到马头门开挖时将会对该深度范围内岩体造成二次扰动, 因此此段范围竖井开挖时应尽量减小对周围岩体的干扰波动。
2.2.3 马头门拱部开挖及支护
马头门开挖采用上下两台阶法分部开挖 (见图3) 。马头门拱部开挖前, 按照设计在竖井壁上画出马头门轮廓线, 破除马头门上台阶 (竖井井壁) 混凝土, 切断马头门拱部的竖井支护格栅, 架立拱部钢格栅, 喷射混凝土封闭开挖面。清理钢格栅两边脚, 喷射混凝土封闭, 与拱部和边墙的钢格栅及喷射混凝土形成联合初期支护。再向前继续开挖马头门拱部, 进深1米, 连立三榀加强格栅, 依此循环, 直至上台阶进尺达3米。为保证马头门开挖过程中的稳定和安全, 马头门两侧竖向连接筋各增设4根, 作为马头门的加强暗柱, 格栅钢筋与被割断的竖井水平钢格栅焊接成一体, 共同受力。且在拱脚处各打设2根锁脚锚杆。
2.2.4 竖井向下施工至底板完成
马头门拱部向前进尺2~3m后, 继续向下施做竖井结构至设计标高, 封闭竖井底板。再破除马头门下部的竖井壁水平格栅, 支立马头门边墙和底部格栅, 喷射混凝土。
2.2.5 马头门下部开挖及支护
为减少对周围岩体的扰动, 马头门下部开挖时一次开挖进尺控制在0.5m以内, 开挖时采用松动爆破开挖, 下部中槽开挖后, 两侧边墙交错开挖, 每次错开不小于3榀格栅, 待一边边墙格栅安装完毕喷射混凝土结束并达到一定强度后, 方可开挖另一侧边墙。为防止围岩失稳, 严禁同一榀格栅两侧拱脚同时悬空。马头门下部边墙开挖并支护完成后, 及时施做底部仰拱格栅, 以达到开挖后支护措施及早封闭成环的目的。
3 马头门监控量测
马头门在施工过程中监测的项目为地表沉降、马头门拱顶沉降及净空收敛。在马头门施工时, 加强对以上监测项目的测量频率, 对监测结果进行及时详尽的分析。监测结果表明, 在马头门及相应范围内竖井施工过程中, 按上述施工方案施工达到了设计预期的要求。
4 施工注意要点
4.1 马头门施工完成后应尽快进行隧道初期支护的施工, 使马头门格栅与隧道格栅焊接, 形成整体, 共同受力。
4.2 加工成型的钢筋格栅在运输、安装时应采取措施, 防止钢筋格栅变形, 装卸中禁止抛摔。
4.3 马头门格栅支立时拱脚应与竖井壁暗柱焊接, 马头门位置拱部格栅应密排多榀格栅, 必要时设置临时仰拱, 暂时封闭成环, 防止马头门结构变形, 增强洞口的稳定性和安全性。
4.4 对于马头门施工时有地下水存在, 特别是在土层和不稳定岩体中, 容易造成失稳, 不但无法施工, 而且影响安全, 因此必须采取降水或止水措施。
4.5 马头门施工过程中应加强对地表下沉、马头门结构拱顶下沉的监控量测, 适当增加测量频率, 发现异常时应及时采取措施, 预防突发事故的发生。
5 结束语
(1) 在马头门施工过程中, 加强对地表沉降、拱顶沉降和洞内水平收敛的监控量测, 并对量测结果的反馈及时进行支护措施的调整, 能有效保证区间马头门的顺利施工。 (2) 在马头门拱顶处于砂土状碎裂岩、块状碎裂岩等节理裂隙发育地层, 且构造裂隙水较丰富时, 开挖前采用双排超前小导管注浆止水和加固地层、马头门开挖时连立多榀格栅多种支护措施相结合的方案, 给马头门施工提供了安全保障。 (3) 开挖时将格栅快速封闭成环, 是控制马头门洞周围岩变形的有效措施。
参考文献
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[2]吕康成.隧道工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[3]蒋青青, 黄晓阳.复杂条件下地铁隧道马头门施工技术与监测分析[J].岩石力学与工程时报, 2010
[4]GB50299-1999.地下铁道工程施工及验收规范[S].2003.
[5]GB50108-2008.地下工程防水技术规范[S].
2.马头门施工工艺 篇二
1.1 工程概况
夹河矿新风井马头门处于石炭系上统太原组, 马头门顶板为细粒砂岩, 浅灰色石英、长石为主。南马头门开口处的岩性为泥质结构, 层理不清, 断口不平, 岩芯破碎。从井筒中向南10m进入F1断层的伴生带, 该断层带从东部以40°夹角进入巷道, 岩性均为断层泥岩。
1.2 南马头门绕道的支护及破坏情况
马头门作为井筒与车场巷道连接处, 其受力状态十分复杂[1]。南马头门绕道为半圆拱断面, 净宽4000mm、净高4000mm, 掘进时发生了大面积冒顶, 支护形式为撞楔法临时支护、加U29可缩性金属支架永久支护, 扶棚段29.3m (43架) 。其巷道发生了明显变形, 主要表现为底板鼓起、顶拱下沉、漏顶、两帮来压、支架变形。
2 南马头门绕道的破坏机理
通过对现场的勘察和相关资料的研究, 可将南马头门绕道破坏因素分为三部分。
(1) 物理因素:岩层的性质是南马头门绕道破坏的物理因素。由于南马头门绕道位于断层带, 开口处的岩性为泥质结构。岩体十分软弱, 整体强度低。开巷后, 围岩松动圈在产生、发展过程中会出现破碎变形。
(2) 力学因素:巷道越深, 以自重应力为主的地应力也越大。而夹河矿新风井-1010m南马头门绕道由于埋深大, 其地应力也大。在马头门及其他硐室开挖后, 围岩应力失去平衡, 应力高度集中。
(3) 设计缺陷:原支护方式不合理, 支护效果不理想, 使南马头门绕道产生明显变形。
3 修复方案
3.1 修复方案的选取
为保证该马头门绕道的安全使用, 对之进行修复。修护范围为扶棚段、扶棚段以北到机电硐室南墙锚喷段。马头门硐室, 由于其具有特殊使用功能不允许反复翻修, 一方面在设计施工中要充分考虑软岩具有可塑、膨胀、流变的特性, 应选用刚柔结合的支护技术让高地应力地压得到充分转化;其次, 泥质岩层中必须采取治水措施, 采取治、防、管、排等综合治理措施[2]。因此要求在修复时, 临时水仓要停止使用, 为防止马头门水沟的渗水, 对水沟也要采取加固措施。经过分析比较, 最后决定对变形严重的马头门绕道采用拆除U29支架、扩大巷道帮、顶全断面重新支护的方案;同时采用注浆、墙拱设置锚杆、补锚索、巷道卧底做反拱的技术, 使马头门及相关巷道围岩结固为一体, 增强围岩的整体性和稳定性。
3.2 修复方案的理论分析
前支护方案中, U29可缩性金属支架支护是被动承载方式, 支架的支护阻力需在围岩产生一定量的变形后才能实现。因此这种支护方法存在很大缺陷, 支护效果不理想。与前支护方案相比, 修复方案中多出了锚杆锚索联合支护。南马头门绕道周围形成范围较大的松动圈, 松动圈厚度大于150cm, 属大松动圈围岩。所以在前支护方案的基础上加上锚杆锚索连合支护的支护方案, 使用组合拱支护理论, 形成注浆、锚杆索、U29可缩性金属支架、混凝土砌碹、壁后注浆的锚杆索环形支护技术。锚注支护机理, 见图1:
采用注浆锚杆兼作注浆管使用, 可以改变周围岩体的力学性质, 同时可以增加锚杆和锚索的着力基础。
3.3 支护参数的计算
按组合拱理论确定支护参数进行设计。
(1) 组合拱厚度计算
锚杆间排距取700mm×1400mm, 标高-1010m。
式中:d—组合拱厚度, mm;
q—上覆岩层压力, kg/cm2;b—排距, m;
[δn]—岩石抗拉强度, kg/cm2;
λ—侧压系数 (0.25~0.43) , 取0.4;
K—安全系数, 2~3, 取2。
计算得:d≥1.23m。
上述公式的推导见参考文献[3]。
(2) 锚杆参数计算
按照组合拱理论计算锚杆有效长度为:
式中:d—组合拱厚度;
α—锚杆对破裂岩体的控制角, 取;
a—锚杆间距, 取0.7m。
根据有效长度确定锚杆全长L=Lp+L1=2.02m+0.1m=2.12m。
式中:Lp—锚杆有效长度;
L1—锚杆尾部露出岩面的长度。
本设计中锚注锚杆取2m与2.5m交错布置, 根据组合拱参数示意图, 见图1, 可算得d=1.35>1.32m, 满足要求。
4 修复工艺
4.1 其修复方法与具体步骤
(1) 喷浆封闭巷道表面。浆液采用正常巷道施工的喷浆料, 强度C20, 厚度以封闭覆盖巷道表面不至于注浆时跑浆为准。
(2) 注浆充填墙拱裂隙、胶结巷道破碎岩体, 为巷道进一步稳定提供更好的围岩条件, 参与巷道围岩应力平衡过程, 以充分发挥岩体的承载能力。顺序为:先帮后拱。
(1) 注浆管规格:采用φ22×4mm注浆管, 间排距700mm×1400mm, 顶、帮注浆孔深为3m、2.5m交错布置 (管长分别为2.5m、2m) 。
(2) 浆液为水泥单液浆, 水泥为P.o 42.5R普通硅酸盐水泥, 水灰比1∶0.5~0.8。
(3) 注浆施工机具:选用7655型风锤和MQT-120锚杆钻机钻孔, 注浆孔采用35mm钻头, 锚杆孔采用φ28mm钻头, 注浆采用KBY-50/70矿用防爆型注型活塞式双液常压注浆泵, 最大排量50L/min, 最大工作压力为7MPa。
(4) 单孔注浆终结标准:注浆压力达2MPa, 单孔进浆量达2t。
(3) 拆除U29支架, 巷道帮、拱全断面刷扩, 尺寸比原设计放大100mm。南端4架够尺寸的可以不拆。
(4) 扶U29新支架, 棚间距700mm, 棚后花背40×200×1000mm的钢筋砼背板。扶棚范围包括原扶棚段以北到机电硐室南墙的原锚喷段。要保证成形后墙拱尺寸比原设计增加100mm。
(5) 扶棚完成后, 挂网喷浆封闭巷道表面。钢筋选用6mm的圆钢网格125mm×125mm。喷浆覆盖背板与支架, 支架内口喷厚不低于50mm。
(6) 墙拱锚注。注浆机具、注浆管间排距、浆液配制、注浆压力与第二步充填注浆相同, 不同之处是:注浆孔深2.5m、2m交错布置 (管长分别为2m、1.5m) 单孔进浆量不控制, 能多注则多注。
(7) 补锚索。锚索规格φ18.9mm, 间排距为1400×1400mm, 锚索长度以锚固端处于稳定实体岩层为准。
(8) 巷道卧底, 做C30反拱, 反拱厚度300mm, 巷中为深度原设计巷道底板下800mm, 水沟侧深度为原设计巷道底板下600mm, 无水沟侧深度为原设计巷道底板下300mm。
(9) 巷道底板锚注。注浆锚杆为φ22×4mm, L=1000mm, 间排距1000×1000mm。其他注浆参数与墙拱复注相同。
(10) 反拱上回填C20毛石砼。砼面与原设计巷道底板齐平。
4.2 修护施工中的几个注意事项
(1) 注浆时从墙到拱, 速度不能求快, 要保证注浆效果。充填注浆后凝固45天, 方可拆棚。
(2) 刷扩揭露围岩后, 若发现浆液凝固不理想, 宜采取撞楔法等特殊施工方法通过, 必要时可申请补注化学浆。
(3) 拆棚和扶棚逐架进行。拆下的变形旧棚不可再用, 再扶棚一律用新棚。
(4) 施工前认真编制施工安全技术措施;施工中细心组织, 确保施工质量。
5 建议
综上所述, 提出以下建议:
(1) 锚杆索是本支护方案中唯一的主动支护方式, 因此对锚杆索的长度和施工质量都要做到严格要求。
(2) 随着煤矿开挖深度越来越深, 其危险系数也越来越大, 因此对环形压缩拱承载能力的合理安全系数、锚杆索的合理参数等需进一步研究。
6 结语
本修复方案对南马头门绕道破坏段破裂机理有深刻、正确的认识, 并根据现场实际情况提出了以组合拱理论为基础的锚杆索加U29可缩性金属支架为主的支护方案。在修复后的一年多时间里, 南马头门绕道没有发生明显开裂变形, 表明修复取得了良好的效果。
摘要：夹河矿新风井-1010m南马头门绕道发生明显变形破坏, 直接影响到煤炭的生产和工作人员的安全。通过对-1010m南马头门绕道的破坏机理进行分析, 结合国内外先进的支护方案, 采用锚杆锚索连合支护为主的修复措施, 有效地控制了绕道的变形破坏。
关键词：马头门绕道,破坏机理,修复措施
参考文献
[1]姚直书, 等.复杂地质条件下深井马头门支护结构及应用[J].煤炭科学技术, 2009, 01:69-71+13.
[2]靖洪文, 等.软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究[J].中国矿业大学学报, 1999, 28 (6) :560-564.
3.马头门施工工艺 篇三
1 工程概况
郭屯煤矿是山东鲁能荷泽煤电公司在巨野矿区投资建设的1座大型现代化矿井。该矿井设计生产能力为240万t/a, 立井开拓方式, 井口标高+45.0 m;主、副井水平标高-808.0 m;风井水平标高-710.0 m。主井Φ5.0 m, 垂深853.0 m;副井Φ6.5 m, 垂深853.0 m, 水平以下29.0 m;风井Φ5.5 m, 垂深882.0 m, 水平以下8.0 m。
马头门的开口掘进高度5.0 m, 掘进宽度6.0 m。其断面位于20.0 m厚的细砂岩、粉砂岩岩层中, 该岩层为高角度裂隙含水层, 节理裂隙发育, 稳定性差, 涌水量较大。
实践表明, 影响工程稳定的范围, 在马头门顶板以上一般为10～15 m, 在底板以下一般为5～10 m内。为此, 郭屯煤矿副井井筒马头门加固范围为从马头门上方15.0～20.0 m处至马头门摇台基础下5～10 m 部分。
2 马头门上方井筒井壁支护技术
2.1 支护方案确定
马头门上方井筒第1次支护为锚、梁、网、锚索支护, 第2次支护为现浇C50砼, 二次支护共同形成永久支护。
2.2 支护参数及支护材料设计
2.2.1 马头门段高强超长锚杆支护
不稳定岩层马头门支护预案如图1所示。
高强超长锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作, Ф22 mm, L=3 000 mm, 树脂药卷CK25500锚固, 锚固长度大于1 000 mm, 初锚力大于50 kN, 终锚力大于150 kN, 间排距约为800 mm×800 mm。
注浆锚杆选用Ф25 mm×3.5 mm钢管制作, L=2 000 mm, 间排距1 600 mm×1 600 mm, 与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置, 托盘扁钢δ=8 mm, 规格150 mm×150 mm。马头门采用永久支护, 规格C60砼。
高强度长锚杆和注浆锚杆如图2-3所示。
锚杆托盘扁钢δ=10 mm, 200 mm×200 mm碟形托盘;金属网用Ф6 mm螺纹钢制作, 网孔150 mm×150 mm;喷射砼强度等级C15, 喷厚50～70 mm;注浆锚杆与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置。
2.2.2 管子道口井壁支护
井圈采用14b槽钢制作, 基本结构与井筒一致, 但不交圈;高强锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作, 布置方式与井筒金属网一致;井壁, C50砼、P20现浇砼。管子道井壁支护结构如图4所示。
1—井圈;2—高强锚杆;3—金属网;4—井壁。
2.2.3 锚、井圈、网+灌浆锚索支护
马头门及相邻井筒加固如图5—6所示。
支护参数:预应力灌浆锚索, L=8 000 mm, 共布置2排, 每排8根均匀布置, 交叉三星分布;锚杆采用HRB400左旋高强等强螺纹钢锚杆, Φ22 mm, L=2 500 mm, 锚固长大于500 mm, 初锚力大于50 kN, 终锚力大于100 kN。
支护材料:预应力灌浆锚索, Ф17.28 mm, 最大承载力360 kN, 张拉预应力大于200 kN;灌浆用425号普通硅酸盐水泥, W/C=0.4～0.5, 添加1.5%～2.5%UNF-4型复合早强高效减水剂;锚杆采用HRB400左旋高强等强螺纹钢锚杆, Ф22 mm, 树脂药卷CK25500锚固;井圈选用14#槽钢制作;金属网用Ф6 mm螺纹钢制作, 网孔150 mm×150 mm。
预应力灌浆锚索Φ17.28 mm, L=6 000 mm, 每断面拱部布置3根, 间排距均为1 600 mm;注浆锚杆选用Φ25 mm×3.5 mm钢管制作, L=2 000 mm, 每断面布置8根, 间排距均为1 600 mm, 与灌浆锚索间隔布置。
3 不稳定岩层内井壁支护技术
当井筒处于构造破碎带或构造应力集中区;或围岩矿物成分中蒙脱石含量超过20%, 或钠蒙脱石含量超过10%且有淋水时;或蒙脱石含量不高, 但伊利石和高岭石含量高, 一般大于50%且裂隙发育又有淋水时, 认为处于极不稳定岩层内[3,4]。
3.1 支护方案确定
井筒施工至马头门处时, 预留马头门口, 锚喷临时支护, 两侧改为锚、梁、网、喷、锚注为第1次支护;第2次支护浇灌C60砼, 与井筒施工或马头门施工同时进行。
3.2 支护参数及材料设计
马头门支护预案设计如图7所示。
1—锚曲梁、网、喷支护;2—曲梁;3—注浆锚杆;4—马头门段井壁。
高强超长锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作, Ф22 mm, L=3 000 mm, 树脂药卷CK25500锚固, 锚固长度大于1 000 mm, 初锚力大于50 kN, 终锚力大于150 kN, 间排距约为800 mm×800 mm。
锚杆托盘扁钢δ=10 mm, 200 mm×200 mm碟形托盘;金属网用Ф6 mm螺纹钢制作, 网孔150 mm×150 mm;喷射砼强度等级C15, 喷厚50～70 mm;注浆锚杆选用Ф25 mm×3.5 mm钢管制作, L=2 000 mm, 间排距1 600 mm×1 600 mm, 与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置;注浆锚杆托盘扁钢δ=8 mm, 规格150 mm×150 mm, 自制;现浇砼, 强度等级C60, 防水等级P30。
4 极不稳定岩层内马头门支护技术
为确保极不稳定围岩中马头门支护结构稳定, 以锚注支护为核心, 以高强超长锚杆支护为基础, 必要时辅以刚性支架、锚索或锚索桁架, 柔刚结合的联合支护体系。
郭屯煤矿副井马头门段为不稳定围岩, 特别是顶板泥岩中蒙脱石含量较高, 或遇水软化、泥化、流变, 则应有对极不稳定围岩状况下马头门的支护预案, 见图8。当井筒掘至马头门上下井筒段时, 如围岩为泥岩、砂质泥岩或虽属砂岩但胶结较差, 或裂隙发育, 破碎严重、泥岩特征较好, 但含膨胀性黏土矿物量超过20%, 应采用本方案。
1—底板钢骨架;2—C60砼底板;3—摇台基坑;4—金属网;5—C15喷射砼;6—HRB400左旋螺纹钢Ф22 mm等强锚杆;7—高强等强锚杆托盘;8—注浆锚杆;9—注浆锚杆托盘;10—U25型钢支架;11—金属支架锁紧装置;12—浇灌C60砼;13—预留壁后注浆管。
当确定马头门处于极不稳定围岩中时, 出东侧约6 m, 其支护预案为锚、网、架、喷第1次支护, 锚注为第2次支护, 浇灌C60砼为永久支护。
5 结语
1) 采用锚注核心技术, 综合利用锚杆、锚索、网喷、高强让压锚杆、注浆锚杆和刚性支架联合支护技术, 有效地控制了马头门的稳定性。
2) 高强让压锚杆是本项目的重要创新点:对锚杆统一施加相同预紧力, 允许巷道有一定变形, 即卸压或让压过程, 然后进行锚注加固, 使围岩与支护材料共同作用, 形成一个加固体, 保持马头门的稳定。
摘要：对高应力不稳定软岩采用“抗让”结合的支护方案, 能够有效地控制巷道硐室的稳定性。郭屯煤矿马头门岩层高角度裂隙发育, 采用以锚注支护为核心, 以高强超长锚杆支护为基础, 辅以刚性支架、锚索或锚索桁架, 柔刚结合的联合支护体系, 保证了马头门的长期稳定。
关键词：加固,马头门,深井,高应力,软岩,围岩
参考文献
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