穿越断层破碎带（精选9篇）
穿越断层破碎带 篇1
1 工程概况
大坡隧道起讫里程为DK92+550~DK99+228, 全长6678 m的双线隧道, 洞身最大埋深727 m, 最小埋深44 m。隧道采用进、出口各1座平导辅助施工。隧道进口平导起讫里程PK92+570~PK95+870, 长度3300 m, 位于线路左侧25 m, 与线路平行, 设计坡度与正洞一致。平导与正洞间每隔500 m设一处横通道作为疏散通道, 共设7处, 后期作为疏散隧道及运营排水通道。隧道出口平导起讫里程PK97+225~PK99+192, 长度1967 m, 位于线路左侧25 m, 与线路平行, 设计坡度与正洞一致。共设4处横通道, 后期作运营排水通道。隧道进口段DK92+550~DK95+600 (3050 m) 及出口段DK98+810~DK99+228 (418 m) 为可溶岩段落, DK95+600~DK98+810 (3210 m) 为非可溶岩段落, 非可溶岩及可溶岩形成不同的地形地貌。隧道DK92+550~DK93+671.710、DK97+315.661~DK98+540.480段位于R=4500 m的曲线上, 其余均位于直线段上;洞身纵坡依次为17.4‰/1300, 17.5‰/2750, 8‰/600, -3.5‰/2028。
2 破碎带断裂构造
大坡隧道无区域性深大断裂、活动断裂分布, 主要有北东向或北北东向压性或压扭性断裂、北西向张扭性及扭性断裂、北东向纵向张性断裂。分布的主要断裂构造以褶皱过程中的伴生断裂为主, 多与褶皱轴线平行。其中冼洛压性断裂支断裂为逆断层, 位于二坪背斜的西北翼, 走向与背斜轴部平行, 为N40°E, 倾向北西, 倾角高达70°~80°, 正弦曲线状。下盘为寒武系地层, 上盘为奥陶系与志留系地层。断裂破碎带宽100~200 m, 沿断层及其两旁, 岩石破碎, 构成相当破碎的压碎岩及断层角砾。方解石脉呈网络状穿插破碎带中。二坪压性断裂断层总的走向N60°E, 与二坪背斜轴向大致平行。倾向北西, 倾角60°~70°, 上盘为寒武系下统清虚洞组灰岩, 下盘为寒武系下统明心寺组砂岩, 断层破碎带宽80~150 m, 沿断层岩石有破碎, 但不很发育, 以压碎岩为主。
3 隧道断层开挖支护施工技术
3.1 施工工序
隧道Ⅴ级软岩、浅埋、偏压及断层破碎带, 采用3台阶临时仰拱法。施工顺序:超前支护→上台阶开挖→支护→下台阶开挖→支护→仰拱→仰拱填充→拱墙衬砌。有钢架时下台阶必须单侧错开开挖。使用光面爆破技术进行开挖, 设计台阶的长度为5~8 m, 每一次循环进尺保持在2 m内。
3.2 爆破设计
Ⅲ级围岩破碎带使用台阶法进行开挖, 每次循环进尺为3 m, 每3 d完成4个循环。设计炮眼利用率为0.9 m, 选用直径32 mm的2#岩石乳化炸药。选用3臂凿岩台车进行打眼, 并使用挖掘机对台渣进行清理[1]。采用光面爆破, 使用塑料导爆管非电起爆系统、乳化炸药、毫秒为差有序起爆。四周选用直径32 mm的小药卷间隔装药, 其他炮眼采用直径32 mm的普通药卷连续装药。每次循环进尺深度3 m, 炮眼布置图 (略) 。
爆破参数:炮眼直径取42 mm, 深度3.2 m, 掏槽孔比其他孔深0.5 m。不偶合系数:根据经验, 周边眼不偶合系数在1.5~2范围光爆效果最好。据此周边眼选用直径25 mm药卷 (长300 mm, 200 g/卷) 。其他部位炮眼选用直径32 mm药卷 (长300 mm, 200 g/卷) 。
周边眼距E与抵抗线W:E取450 mm。E/W一般为0.8~0.88, 结合大坡隧道地质特征, W取500 mm。线装药系数I:周边眼线装药系数200 g/m。其他孔单孔装药量q按公式q=ka Wλ计算, 其中k为炸药单耗 (kg/m3) , a为炮眼间距, W为抵抗线, L炮孔深度, λ为炮眼部位, 其他孔孔距取a=18~25d, d炮孔直径。
掏槽方式:采用斜眼掏槽。装药结构:周边眼采用空气间隔不耦合装药, 在定位竹片上按照一定的距离绑扎光爆药卷, 连接导爆索。其他眼使用连续装药的方式进行装药。
起爆网路:使用孔内微差对爆破进行控制, 选用电雷管进行起爆。使用1~11非电毫秒雷管控制微差, 按照规定顺序进行起爆:掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼。
3.3 支护施工
3.3.1 洞口长管棚
(1) 导向墙施工。导线墙设计界面尺寸为1×1 m, 使用C25混凝土, 导向墙使用2榀I20a工字钢, 在钢架的外缘布置厚度为5 mm的导向钢管, 对钢架和钢管进行焊接, 各个单元使用螺栓进行连接。
(2) 长管棚施工。在现场将长管棚加工好以后, 使用汽车运输到工作面, 使用管棚钻机进行长管棚的施工, 一次性完成长管的安装, 并使用套管跟进法进行钻进, 使用高压注浆泵进行注浆。设计注浆压力为0.5~2 MPa, 浆液水灰比为1∶1, 在进行注浆之前要先进行注浆试验, 并结合具体情况对注浆参数进行调整, 完成注浆后, 利用M10水泥砂浆对钢管进行填充, 按照Q=πR2Lη估算单根管棚的注浆量, 在公式中注浆钢管花管之间的距离为L0, 浆液扩散半径为R=0.6L0, 围岩孔隙率为η, 钢花管长度为L0在进行注浆时, 根据钢管施钻的顺序从小到大逐步增加压力。
(3) 施工中注意事项。管棚施工属于超前支护, 需要在开挖好隧道暗洞之前完成, 首先将注浆孔做好, 然后进行检查孔的施工。相同断面中接头数量要控制在50%以内。使用隔孔注浆的方式进行施工, 初步压力为0.5~1 MPa, 终压为2 MPa, 在施工过程中要持压15 min后结束注浆。完成注浆孔注浆后, 打设检查孔钢管对注浆质量进行检查, 最后检查钢管中注入的砂浆是否封堵好。在进行洞口长管棚施工之前, 要对预埋套管进行定位, 按照设计要求进行长管棚导向墙施工, 并利用测斜仪对钢套管的倾斜度进行控制。此外, 在进行钻进时, 要使用测斜仪对长管棚管的倾斜度进行检查, 并将钻孔的钻进长度以及钻孔的地质记录工作做好。要按照设计要求对管棚的外插角进行控制, 保证管棚的支护效果, 并避免长管棚侵入开挖净空, 降低管棚超前支护效果。
(4) 洞身长管棚。管棚工作室的长度为12~15 m, 断面比标准断面大800~1000 mm, 管棚工作室隧道段本身的超前管棚应采用洞身中管棚来实现。进行混凝土导向墙、孔口管的施工, 然后钻孔安装钢花管, 并进行注浆。完成超前管棚的施工后, 即可进行超前小导管的施工。对钢架和洞内管棚尾段进行焊接, 组成支护系统。
(5) 洞身中管棚。洞身中管棚可以直接在作业面进行施工, 管棚的长度为6~12 m, 使用超前小导管二次加固围岩。
3.3.2 超前小导管
在施工现场对小钢管进行加工, 并采用喷射混凝土的方法对岩面进行喷射, 使用凿岩机进行钻孔。并利用凿岩机顶推力将小导管推送到孔中, 利用测斜仪对钻孔角度进行控制, 使用注浆泵将水泥砂浆压入。以紧挨开挖面的钢架作为超前小导管的支点, 并从钢拱架穿过, 钢架和尾段焊接, 将钢管打入后进行注浆, 形成管栅支护环。在0.5~1之间调节水灰比, 先注入稀浆液, 然后逐渐将浆液浓度调整至1。位于土层时, 小导管压住水泥浆的压力≥2 MPa, 其他地段压注水泥砂浆, 压力控制在>1 MPa。在注浆过程中, 出现串浆时, 安排多台注浆机同时进行注浆。当注浆机数量比较少的时候, 要堵塞串浆孔。轮到此管进行注浆时, 将封堵物拔下, 然后使用细钢筋或铁丝清除干净管中的杂物, 并利用水或高压风冲洗干净, 然后再进行注浆。当出现水泥浆液的进浆量非常大, 但压力却持续不升高的情况时, 要对浆液的配合比和浓度进行调整, 减缓胶凝的时间, 采用间歇式注浆或小泵量低压力注浆的方式进行施工, 为了便于凝胶, 浆液在裂隙中要有一定的停留时间, 但是停留时间要控制在混合浆胶凝时间以内。
4 结论
综上所述, 在隧道工程施工过程中, 断层破碎带开挖支护是施工的重点, 对隧道工程的施工安全和施工进度均有比较大的影响。本工程通过使用临时仰拱法进行破碎带进行支护, 提高了围岩的稳定性, 保证了隧道工程的顺利开展, 施工效果良好。
参考文献
[1]贾剑青, 王宏图, 李晓红等.复杂条件下隧道支护体时效可靠性探讨[J].岩土工程学报, 2008, (03) :390-393.
[2]刘辉, 宋宏伟, 唐德康等.断层间距对隧道纵向稳定性的影响[J].黑龙江科技学院学报, 2008, (06) :447-450.
穿越断层破碎带 篇2
1、施工目的：主要运输大巷巷道加强支护。
2、施工地点：主要运输大巷。
二、施工方案：
1、施工方案：
由1559m处至1606.9m段对原有的工字钢棚两棚之间套入29#U型钢棚，棚距中对中608mm。
1559m处至1606.9m段套棚完成后，方可继续向前架设29#U型钢棚，608mm为一个施工循环，直至进入稳定围岩后方可变为原设计支护。
按设计中施工，巷道起伏不得大于±2度。
当工作面围岩稳定后，对所有架棚段进行壁后锚注工作。
2、施工方法：
1)、1559m处至1606.9m架棚段采用风镐扩刷。
2)、如果围岩条件允许采用钻爆法施工，采用YT-29A型风锤，φ42㎜一字型钻头打眼，爆破采用煤矿许用毫秒延期电雷管，煤矿许用乳化炸药，MFB-200型发爆器爆破，放炮过程中严格控制装药量，装药量为正常的一半。如遇围岩特别松软，则采用风镐掘进，装岩采用综掘机装岩，皮带出矸。
3)、通过采用锚注施工工艺，对变形破坏巷道的破碎松散围岩或地压较大的巷道及硐室，采用壁后注浆加固处理以后，使浆液充填和胶结围岩的裂隙，在巷道的外围形成完整的注浆帷幕，并与围岩、锚喷、支护共同形成有效承压组合拱。由于注浆使得巷道外围组合拱厚度加大，有效地提高了支护结构的承载能力，阻止巷道的变形破坏，从而确保了巷道的长期安全使用的稳固性。
3、工艺流程：
(1)套棚喷工序：
1559m处至1606.9m段采用架全封闭29#U型钢棚+钢筋网+钢筋砼背板+喷砼支护。
检查后方架棚段的棚子→找线→挖棚腿窝→栽棚腿→上棚梁→校正棚梁、棚腿位置→打棚撑→腰帮、接顶(上钢筋网、充填水泥背板)→初喷→复喷。
在架设第一架U型钢棚时，要与第二架U型钢棚同时架设，棚梁用拉钩连接固定，并在每根棚腿的两侧打上锚杆固定。按设计要求安装好，并喷砼固定。然后方可进入下一道工序施工。
(2)架棚喷工序：
检查加固好迎头10m内的棚子→看线画轮廓线→工作面截割→临时支护窜前探梁→按中腰线及棚距上棚梁、过顶→洒水、出煤(矸)→刷帮、安设护帮板→挖棚腿窝→栽棚腿→看线、校正棚梁、棚腿位置→打棚撑→腰帮 (上钢筋网、充填水泥背板)→初喷→复喷。
(3)锚注段工序：
搭设脚手架→打锚注管→自下而上逐排进行锚注，每一排先注下部后注上部。
三、架棚技术方案设计及技术要求
(一)巷道断面及尺寸
巷道断面形状：直墙三心拱
断面：掘宽×高=4160×3790mm
净宽×高=3800×3500mm
(二)巷道支护及参数
1、支护形式：29#U型棚+钢筋网+钢筋砼背板+喷砼支护
2、巷道支护：
临时支护：采用三根滑移丝杠式前探梁，前探梁采用长4m的11#槽钢制作，每根前探梁用两个φ50mm钢筋制作的钢筋钩对锁吊挂于已施工棚梁上，接茬处用木垫板固定牢固，前探梁不得生根于迎头第一棚。截割后进入迎头敲帮找顶并及时窜前探梁、放棚梁、过顶，以起到临时支护作用。巷道截割施工中，前探梁临时支护最大控顶距0.6m。前探梁上一次放棚梁1根。支护前必须进行“四位一体”安全检查，确认安全后，方可操作。
永久支护：巷道永久支护采用29#U型钢棚+钢筋网+钢筋砼背板+喷射砼联合支护。钢棚间距(中-中)为608mm，每架钢棚分三节，搭接长度为400mm，每个搭接使用限位卡固定，棚腿和棚梁各用两根拉杆连接固定。U型棚内(靠近岩壁处)用双层钢筋网覆盖绑扎(钢筋网1×2m，网格80×80mm，采用φ4mm冷拔钢筋制作)，全断面腰帮被顶。巷道空帮空顶处用钢筋砼背板背实，水泥背板呈插花布置，水泥背板规格为：长×宽×厚=1100×200×50mm;在施工冒顶部位，接顶前必须待顶板稳定或漏成尖顶状后，进行初喷，防止瓦斯涌出，再派有经验的工人上去用水泥背板搭“井”字剁接顶。U型棚外喷砼强度等级为C20，喷厚50mm。
3、永久支护距迎头：架棚喷支护距离迎头不超过0.3m，临时支护必须紧跟迎头。
四、锚注技术参数及技术要求
1、注浆前，必须根据巷道净高进行卧底，清除卧底杂物，找平底板，而后进行下步工作。
2、注浆钻孔的布置：钻孔间排距为1500mm×1800mm，每排布置9根注浆锚杆，从巷中顶部向两帮均匀布置9根，巷道两帮底角孔外扎角为45°孔深为2500mm，外露100mm，详见(注浆锚杆布置图)。
3、锚杆规格：注浆锚杆采用Ф25mm×2500mm中空注浆锚杆。托盘采用150mm×150mm×10mm锚杆托盘。每根锚杆孔底部使用二根K2335型树脂药卷、封口使用一根水泥药卷。
4、注浆材料：注浆材料以单液水泥浆为主，注浆水泥采用P.O。 42.5标号普通硅酸盐水泥，水灰比为1：1.
5、壁后注浆钻孔的规格：注浆钻孔的深度为2.5m，每排打9个钻孔，间排距1500mm×1800mm;每根注浆锚杆均与巷道周边轮廓垂直布置，角度不小于75°。
6、注浆扩散半径及注浆压力：注浆扩散半径按巷道围岩裂隙考虑，取3.5-4.0m;注浆压力：根据锚注经验，顶部注水泥浆压力为1.5-2Mpa，帮部注水泥浆压力为1.0-1.5Mpa;稳压时间15-20min。
7、浆液配置：
1)、单液水泥浆的配置：配置水泥浆时，按设计配合比，力求加料严格准确，并搅拌均匀，纯水泥浆液的配置表见表1
表1：纯水泥浆液(不加附加剂)现场配置表：
2)、每桶浆液配置(以水灰比1：1为例)
搅拌桶容积0.3立方，满桶时：用水300kg;水泥6袋。2/3处：用水200kg、水泥4袋。
注浆一周后，安装锚杆盘对注浆锚杆进行二次紧固，使其扭矩达到200N·M。
五、注浆设备及施工方法：
1、注浆施工设备
2、施工方法：
(1)施工准备工作
A、施工前风水管路接到位置、备好施工机具：如注浆机、搅拌桶、清水桶、浆液桶及管路、风镐、风锤、锚索机、手镐、铲子。
B、清除巷道杂物，保证作业场所有良好的作业环境、安全环境。
C、备足注浆材料，确保施工连续性。
(2)钻注施工
A、钻眼工作：顶部使用锚杆钻机钻眼，两帮钻眼使用YT-29型凿岩机，钻头使用一字型钻头，钻头直径Ф27-42mm。施工前，按锚注孔的设计间排距用颜色标出眼位，在按设计孔深钻出注浆孔，并且随后把钻孔清洗干净。
B、安装锚杆：为了满足注浆锚杆的承压要求，现场安装锚注杆时，采用矿用树脂药卷，药卷规格：K2335型树脂药卷，每孔底部2卷，封口使用水泥卷1卷，对其锚头外端缠绕麻丝(棉丝)，使其膨胀固定，锚注管外露100mm。
C、注浆顺序：注浆顺序为先注底，后注巷帮，自下而上的注浆。
注浆一周后，对注浆锚杆进行二次紧固，使其扭矩达到300N·M。
六、注浆作业的技术质量管理工作
锚注孔施工技术要求
锚注孔在施工时，要严格按照设计间排距和角度布置，间排距最大误差控制在±100mm范围以内，孔深误差控制在±50mm范围以内。
2、注浆系统的调试技术要求：
注浆前，要先对各连接管路、阀门、设备等进行检查后用清水调定注浆压力，打到需要规定的压力。
3、浆液制作及注浆技术要求：
浆液制作时，要严格掌握注浆参数、浆液配比，水灰比和注浆终压，满足设计要求。注浆中，当注浆孔达到设计终压后，降压流量10分钟，即可停机关闭注浆阀，再开启泄压阀后方可换孔注浆。注浆阀待浆液处凝约半小时后，方可拆卸。
浆液需要充分搅拌均匀，并在放浆口处设置过滤网，以防结块水泥等杂物吸入浆管内。
注浆拱部的球阀应待注浆后三小时拆除，拆下的阀门要及时清洗干净，然后涂抹机油备用。
4、注浆作业的质量管理工作：
1)、组织成立技术工种专业队伍
注浆设备由专人负责管理。负责观察和控制注浆压力及注浆泵的操作和日常维修工作，锚注孔内注浆由专人负责，负责装卸锚杆与注浆泵出浆管的链接，以观察并处理渗液和漏浆。其余工种配合注液工工作，确保其施工质量。
2)、加强注浆作业的质量管理：
注浆前，在同一地点的喷浆和注浆的间隔时间必须在7天以上。注浆作业中，其注浆量的大小，注浆质量的好坏均具有隐蔽性强的特点。因此，质量控制的日常管理工作尤为重要。要求专人负责对注浆孔号、注浆压力、浆液量作好原始资料记录和整理，以便于以后分析和评估注浆效果。
5、浆液效果检查：
注浆工作结束后，在二排注浆孔中间打检查孔，压入清水，在设计压力下，注水量0.1m3/min以下时为合格。
七、安全生产技术措施
(一)架棚施工安全技术措施
1、加强顶板管理，严禁空顶作业，坚持“敲帮问顶”制度。打眼前、装药前、放炮后、接顶前，必须首先敲帮问顶，将活矸处理掉，在确保安全的前提下，方可作业。
2、敲帮问顶必须由班长及有经验的工人进行作业，一人作业，一人监护。敲帮问顶顺序：由外向里、由顶到帮再迎头。用长柄工具找顶时，应防止矸石顺杆滑落伤人。
3、顶板破碎时，要缩小循环进度，控制迎头顶板裸露面积，以防冒顶事故发生。永久支护必须紧跟迎头，够一棚、架一棚、喷一棚，接实背严帮顶,打齐木楔和永久棚撑，支护顺序：先顶板、后两帮。
4、顶板破碎时可采用打密集超前撞楔通过，撞楔采用直径1寸钢管加工，长3.0m做成一头尖端，管棚沿迎头横梁上沿按200mm间距布置，外露700mm。撞楔必须打在迎头第一、二棚之间，并及时喷砼封闭。(安装撞楔时必须使用铜锤以防撞击火花，打一个撞楔孔安装一根撞楔，严禁撞楔孔全部打好后再安装撞楔)。
5、施工中如出现冒顶应迅速撤人至安全地点，待顶板稳定或漏成尖顶状后由班长站在安全地点，先用长尖枪找顶，确认安全后，先由瓦检员检查冒顶区的瓦斯浓度，，当瓦斯浓度≥1%时，必须采用风筒对冒顶区进行通风稀释，待瓦斯浓度降到<0.8%时,方可派人用半圆木架“井”字型木垛快速接顶。
6、接顶工作由班长安排3名经验丰富的工人联合作业，一人观顶、一人递料、一人接顶。接顶后再用木楔打紧，使之与顶梁接上劲，接顶时，接顶人员必须要随身携带瓦斯警报仪。其他人员撤至安全地点待命。冒顶较高时可在钢棚下采用道木搭“井”字剁支撑钢棚，防止水泥背板压垮钢棚。
7、迎头施工期间要坚持“有疑必探，先探后掘”原则：如迎头煤层松软片帮，掉顶严重等情况，应立即停止作业，检查瓦斯浓度并注意观察。待帮、顶稳定后方可施工。
8、冒顶区成巷后要标明冒顶区的位置和高度。
9、如果围岩条件允许采用钻爆法施工，爆破时必须对爆破点后10m的棚子进行检查加固，防止放炮倒棚，将所有支架的棚梁、棚腿必须喷严、喷实且待浆体凝固后方可装药放炮。放炮后，对崩倒、崩坏的支架应及时修复或更换。修复支架前，应先清除危石、活矸，做好临时支护;扶棚或更换支架，必须从外向里逐架依次进行。
10、施工前先将迎头的浮矸、杂物清理干净，保证退路畅通。材料堆放整齐，并备有足够的接顶材料。迎头往后50m内必须备有接顶材料(水泥背板)及应急材料(道木、半圆木)，道木、半圆木数量不少于100块，水泥背板数量不少于400块，暂备10架支架。
11、加强通风管理，风筒口距巷道迎头不超过5m，接顶时必须保证照明充足，风流通畅。
12、应密切注意观察已掘巷道帮、顶，发现变化异常应立即停止掘进，将变化异常段巷道支护好后，方可继续作业，并汇报调度。
13、加强队干跟班指挥，队干要密切注意围岩情况，发现问题要及时汇报和处理。
14、棚梁、棚腿架好后，要严格背好帮顶，做到无空隙，使棚子受力均匀。
15、运输、装卸金属支架必须由一人统一指挥，以防止在运输、装卸过程中伤人。抬棚子时，要相互呼应，动作一致，两个人抬料时要顺肩。
16、对现场各项数据做好记录，以备后期注浆补强支护及巷道修复参考使用。
17、严格执行 “先探后掘”制度，确保无水患后方可向前掘进。
(二)注浆施工安全技术措施
1、注浆设备下井前，要认真进行检查各部件要齐全。
2、注浆机具装卸过程中要有专人指挥，起吊要用专用起吊工具，所装设备严禁超出车辆宽度。在运输过程中要绑扎牢固，井下运输要严格按照井下运输管理规定执行。
3、施工前，要在施工地点后50m处设置醒目警示标志，提醒过往行人及车辆注意安全。
4、定期检查、维修设备，保证设备始终处于完好状态。
5、施工中要爱护巷道中的各种管线、电缆，不得带电搬移、检修电器设备。
6、设专人负责制备浆液，采用42.5#普通硅酸盐水泥，同时掌握好注浆和搅拌速度，尽可能的缩短浆液搁置时间。
7、吸浆口处要设置过滤网，防止结块水泥和水泥袋等其他杂物进入浆液。
8、注浆时要注意观察压力表的升压情况，及时调整泵的流量，压力超过5Mpa时要及时停机，查明原因，进行处理，同时设专人观察巷道顶板，观察孔口管等处是否有异常现象，发现问题及时停机处理。
9、注浆中如需暂时停机，应向孔内压入一定量的清水，以保证注浆通道的畅通。
10、注浆期间，应注意泵的运转情况，吸排浆情况，每次注浆结束后应用清水冲洗管路和机具，并及时进行检查维修。
11、所有注浆孔的注浆终孔压力，必须达到设计技术要求，注浆作业严格按照操作规程执行。
12、注浆期间，各班要作好原始记录，并及时汇报工作进度情况，以便掌握施工进度。
13、注浆期间，应注意观察巷道顶板、两帮的变化情况，严格控制注浆压力，防止因压力过大而造成顶帮大面积开裂脱落。
14、处理管路、闸阀、或泵时，需先停机泄压，再做处理。
15、注浆期间，所有人员不得站在孔口管或闸阀下面。
16、注浆人员要佩戴眼镜，手套等个人防护用品，防止窜浆伤眼或烧毁皮肤。
17、注浆闸阀要侧向操作，防止喷浆伤人。
18、要保持压力表完好，严禁无压力控制注浆。
19、每班要及时清理跑露浆液，搞好文明施工，工程完好后要做到工完料净、场地清。
20、施工人员下井前，要熟悉井下作业点、行人路线和矿井避灾路线，掌握自救互救知识。
八、避灾路线
主要运输大巷→总回风大巷(东侧)→回风立井→地面(附图)
穿越断层破碎带 篇3
关键词：水灾害防止；巷道过断层破碎带；注浆；应用
中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0060-02c
在煤矿生产过程中，安全生产一直是广大煤矿工作者关注的首要问题。随着社会上各行各業对煤炭的需求量的增加，矿井的深度也越来越深，这就使得渗水问题对矿井安全生产的影响越来越大。为了避免出现突水淹井现象的发生，结合多年的工作经验，对注浆堵水施工工艺、注浆施工控制以及注意事项进行介绍，供相关的人员借鉴。
1 对于煤矿井下涌水的处理措施
在煤矿建设的过程中，对于矿井中的淹井问题，需要在最短的时间内进行处理，不然无法恢复正常的掘进施工，对于煤矿建设的工期等都有一定的影响。对井中涌水越早的进行处理，就能避免巷道在水中浸泡而自身性能降低，及时的处理能减少后期的维修费用，增加煤矿生产的安全性。所以必须按照科学合理的涌水处理措施，才能及时的将井中的涌水进行处理，尽快的恢复正常施工。一般来说，对井下的涌水处理方式有三种，分别是排水、截水以及堵水，对于排水方案来说，成本太高，并且排水对淹井处理效果不明显；利用截水方式，需要对水源位置进行确定，这不但需要花费大量的工作，还需要更多的经费，在确定涌水源头方面也较为困难。所以，一般情况下，对于大埋深矿井的突水淹井处理都采用堵水的方法。
2 过断层破碎带注浆堵水施工工艺流程
在巷道过断层破碎带的注浆堵水施工，主要分为以下几个步骤。
①建立造浆场所，一般都是选择掘进工作面进行，这样对于注浆施工更加的便利。同时将水玻璃以及水泥浆等用矿车运送到井下的工作面上，其中水泥浆用贮水泥浆桶装，用贮水玻璃桶装水玻璃。
②严格的按照配置比进行水泥浆与水玻璃的配制。
③用注浆泵，将配置好的泥浆混合液通过注浆管注入到注浆孔中，一般都采用高压的方式，这样可以将泥浆注入到岩层的裂缝中。胶结后就能形成胶结体，具有一定的强度，并且隔水性能极强，能起到良好的堵水效果。
3 在水灾害防治中注浆技术的应用
应用注浆堵水技术来防治水灾害，在施工的过程中主要体现在超前探水、构建止浆墙、布置注浆孔、注浆段长度选择以及注浆相关的参数确定等方面。
超前探水是注浆堵水施工中不可缺少的基础施工，对后续施工的质量有重要的意义。在进行超前探水过程中，首先要进行打探水孔，并正确的取出岩心，根据岩心判断岩层，在打好探水孔后，进行简易的注浆，方便后续施工顺利的进行。一般来说，探水孔固管试压压力可以是静水压力的两倍，在探水孔口需要安装防喷装置、阀门以及压力表等。
对于止浆墙的构建，一般采用C25混凝土进行制作，墙体的厚度以及嵌入巷道断面的深度要根据具体的情况来定。在止浆墙的四周要打下很多小的注浆孔，并在这些孔中预制相应的排水管，方便将水排导水仓中，这样才能为止浆墙的制作提供更好的条件。另外，还需要用水泵将排到水仓中的水排出。
对于注浆孔的布置，需要在止浆墙外选择一个适当的位置，沿着止浆墙的周围进行合理布置，一般来说，需要布置7个左右的注浆孔。在打注浆孔的过程中，需要用一定型号的钻机以及钻杆、钻头，保证每一个注浆孔钻好后用高压球阀进行锁口。在这个过程中，还需要利用注浆孔超前探水技术，对矿井中用水穿过的地段地质情况、用水实际情况、水文地质等进行详细的了解，这样就能为后续的注浆孔深度等参数的确定提供有利的信息。
在注浆施工中对于注浆参数的选择以及应用，主要包括注浆压力、注浆量以及注浆浓度等方面。对于注浆压力控制方面，首先要保证注浆的质量，并保证压力能将泥浆注入到渗透范围中，一般采用1.0倍左右的静水压力当做起始压力，并逐渐的增加到1.3倍左右的压力，对于注浆的最终压力一般采用2～3倍的静水压力。为了在注浆的过程中避免材料的浪费，降低施工的成本，可以用间歇式注浆法或者先大后小的吸浆量对渗透的范围进行控制，使注浆压力的增加过程是一个持续的缓慢的过程。对于注浆浓度的选择，需要根据工程的实际情况来定，在同样的情况下，注浆的浓度越小，渗透的距离也就越大。对于注浆量的控制，首先可以根据有关的公式大致计算出注浆量，在注浆压力逐渐增加的过程中控制好注浆的速率。
4 施工过程中需要注意的事项
利用巷道过断层破碎带注浆堵水技术进行防治水灾害施工过程中，需要注意的事项主要表现在以下几个方面：①在进行浆液的配制过程中，操作人员要佩戴专用的防护，避免其对皮肤以及眼睛的刺激。②在注浆孔端的注浆装置拆除过程中，要严格的按照拆卸先后顺序进行，防止由于拆除顺序不当而导致的高压喷浆伤人现象发生。③严格的控制施工材料质量。④对于注浆材料的选择方面，需要根据工程的实际情况，选择多种注浆材料，并通过实验对比，选择合适的材料。⑤对于高压注浆进行过程中，压力表达到极限值后要立即停止注浆，并进行适当的降压操作，这样能够防止注浆管路中相关设备、阀门受损。⑥在注浆施工的整个过程中，要对各项原始数据进行记录、统计、存档，便于注浆工程施工的评定工作。⑦在注浆过程中，要加强质量监督工作，对于发现的新问题需要及时的进行解决，保证注浆施工的安全性。⑧在注浆施工结束后，需要随机的对注浆孔以及相对薄弱的施工环节进行检查，做压水试验或有无漏水实验，检验逐渐施工的质量，并结合施工中各项原始数据，做出相应的效果评定。
5 结 语
随着煤矿矿井深度以及开采范围的不断扩展，对煤矿安全生产提出了更高的要求，针对煤矿建设中的突水淹井现象，本文提出了在过断层破碎带注浆堵水的施工工艺，通过这一工艺，可以处理矿井涌水，并及时恢复施工生产，保证了煤矿安全生产，为煤矿的安全生产做出了巨大的贡献。
参考文献：
[1] 姜文富.白象山富水铁矿深埋巷道围岩稳定性树脂模拟与吐水防治优化[D].青岛：青岛理工大学，2009.
[2] 苏晓健，周世轩，张鹏，吕东超，等.靳亚东.巷道过断层破碎带注浆防治水技术研究[J].中州煤炭，2013，（8）.
断层破碎带化学注浆加固技术 篇4
大社矿东北大巷煤柱工作面开采2#煤, 是回收大巷煤柱的工作面, 周边均为采空区, 埋深450m左右。2#煤直接顶为粉砂岩, 与煤层交接处有0~0.3m泥岩。运料巷在掘至92117探巷处遇一落差10m起断层, 受此影响, 巷道顶板破碎严重, 最大空顶达8m, 虽采取打穿杆、接顶摆木垛等方法, 但仍难控制片帮冒顶。为有效避免顶帮大面积垮落, 增加安全系数, 决定采用注化学浆的加固新技术, 对该断层破碎区进行超前黏结加固。
2 化学注浆加固技术发展现状及固化机理
利用有机高分子材料进行破碎煤岩加固是国外二十世纪70年代发展的新技术。我国在二十世纪90年代初开始研究, 并取得较好成绩。
在煤岩体掘进前进行超前注浆, 利用浆液充填固结围岩裂隙, 提高围岩体强度, 保持稳定。超前注浆时浆液除将较大的裂隙充填满, 还将一些封闭裂隙、小裂隙压缩, 甚至使其闭合, 提高围岩的弹性模量和强度。浆液经挤压渗透到围岩裂隙中固结, 形成网络骨架, 具有良好韧性和黏结性。
3 注浆材料及技术性能
材料选用河北省化工院生产的凝聚1号。它是一种高分子聚合物, 由A、B两种料组成, 具有较好渗透性, 与煤岩体有较高粘合力, 使用时将A、B料按1∶1比例注入破碎煤岩体后, 混合反应膨胀凝固, 形成致密网络骨架, 达到加固作用。
4 加固技术施工工艺
4.1 注浆设备及动力系统
采用风动钻机配合Φ42mm钻杆钻头、ZBQS-12/10矿用气动双液注浆泵。动力系统通过高压管路向注浆点供风, 接头为Φ25mm高压管, 供风量≥3m3/min, 供风压力≥0.5MPa。
4.2 注浆孔布置及注浆压力
根据煤岩体特点和加固工艺, 采用预先超前加固7m再向前掘进4m, 的方案。巷帮根据围岩情况决定是否注浆。前顶部采用单排孔, 每孔深6m, 注浆管长5~6m, 封孔1.2m。注浆循环断面布置4根注浆管。从上部开孔, 间距1m。注浆管密度、深度和角度根据顶板情况进行调整。根据断层带煤体的承受力和最小抵抗面及围岩条件, 当供风量不低于3m3/min, 供风压力不低于0.5MPa时, 注浆终压应为10~15MPa, 扩散半径1.1m左右。
4.3 注浆量预计
式中:λ—浆液损耗系数取1.4;R—浆液扩散半径取1.1m;H—注浆长度取6m;η—孔隙率取0.6%;β—浆液充填系数取0.8;1.3—平均重复注浆系数;r—浆液密度1200 kg/m3;
则:Q单=1.4×3.14×1.12×6×0.006×0.8×1200/1.3=141kg
Q循环=Q单×N=141kg×4=564kg
4.4 施工工艺及要求
审帮问顶→检查瓦斯、其他有害气体、温度→排瓦斯其他有害气体→打注浆孔→迎头插注浆管→开始注浆→安排专人观察注浆量→检查注浆期间的瓦斯、温度等情况→注浆结束→检查注浆地点瓦斯、一氧化碳、温度。
(1) 两种浆要分区存放于干燥通风场所, 桶口要密封;搬运中避免冲击破损。
(2) 注浆区要清干净非煤易燃物, 若无法清, 应采取隔离措施, 注浆场须配至少两台灭火器;施工点要审帮问顶, 然后进行钻孔, 检查质量, 安装注浆管和封孔器。
(3) 注浆人员施工期间必须戴防护镜、橡胶手套等防护品。作业场须备有清洁水, 如浆不慎溅到皮肤或眼睛内, 应立即用清水冲洗, 严重者立即就医。
(4) 注浆中发现煤壁松动、漏浆、压力下降、停风水等, 应停止注浆。注浆孔附近1m内煤壁温度到35℃、下风侧风流温度超26℃或下风侧5m内CO含量到0.0005%时, 必须停止注浆。
(5) 注浆完后, 按注浆量的60%进行注水降温, 并24小时内观察是否有异常。
5 结束语
通过对东北大巷煤柱运料巷进行化学注浆加固, 对松散体进行了有效黏结, 使之成为整体, 提高了围岩的力学性能和承载能力, 为巷道安全快速掘进提供了有利条件, 是煤矿巷道维护的一项实用技术。
摘要：东北大巷煤柱巷道在过断层破碎带时, 顶板破碎严重, 空顶大, 通过采取化学注浆技术对巷道经行加固, 改变了巷道围岩的力学性质, 为巷道的安全快速掘进提供了有利条件。
断层破碎带化学注浆工艺技术浅析 篇5
1工程概况
赵固一矿是河南煤化集团焦煤公司新建矿井, 年设计生产能力240万t。主采二1煤层, 煤层倾角2～6°, 平均厚度6.5 m, 属近水平发育的稳定性厚煤层。煤系地层上部被巨厚新生界地层覆盖, 新生界地层平均厚480 m, 煤层埋藏深度平均580 m, 具有煤层埋藏较深、松散覆盖层厚、基岩薄等特点。煤层直接顶厚3～6 m, 岩性为砂质泥岩、泥岩和少量砂岩, 泥岩、砂质泥岩抗压强度分别为8.5～23.2, 13.0～36.0 MPa;基本顶多为厚8～12 m的中粗粒砂岩 (大占砂岩) , 局部相变为砂质泥岩, 抗压强度16.4～79.9 MPa。煤层底板以泥岩、砂质泥岩为主。顶底板泥岩和砂质泥岩风化或吸水后强度明显降低, 并有泥化崩解现象。在断层发育处, 岩石原始结构遭到破坏, 强度明显降低。
赵固一矿东翼首采工作面胶带运输巷沿煤层顶板布置, 在向前掘进过程中遇到断层破碎带。受其影响掘进面附近煤层破碎、松散, 引起片帮, 造成支护困难。另外掘进面后方10 m范围内顶板破碎, 有淋水现象。为确保巷道顺利掘进, 保证行人、运输安全, 决定对该段巷道用锚杆钻机向淋水处顶板和断层破碎带打注浆孔, 然后采用QB-12型气动双液注浆泵通过注浆孔向冒顶处破碎带进行波雷因双液注浆, 直至通过断层破碎带。
2注浆原理
顶板淋水原因为顶板岩性较差, 抗压强度低, 巷道掘出后, 在重新平衡应力的过程中, 顶板受压破碎, 裂隙发育并导通其他含水裂隙。泥岩和砂质泥岩的顶板遇裂隙水发生泥化, 抗压强度弱化, 进一步加剧了顶板的下沉和变形。而断层破碎带的岩石本身松散、破碎, 强度低, 由于围岩淋水影响, 巷道掘进面甚至表现为似泥石流状滑落。对2处地段进行化学注浆基于3点:①对顶板松散围岩进行加固。该化学浆分A、B两组份, 材料本身并无黏结性和抗压强度, 当A、B组份以1∶1混合注入破碎围岩, 二者反应生成黏结性较高的胶质体, 将破碎围岩进行包裹和黏结, 胶质体发泡、膨胀, 封堵和充填破碎岩石间空、裂隙, 从而将顶板破碎围岩胶结成一整体, 增加了顶板的抗压强度。胶质体硬化后, 还具有部分韧性, 使其可以适应、缓冲顶板的局部压力。②通过对破碎围岩裂隙的封堵和充填, 将裂隙水的通路封闭, 切断了水源。③通过将破碎岩石进行黏结, 在巷道掘进过程中, 顶帮破碎围岩不易冒落、塌帮, 且顶板淋水水源被封闭, 从而大大提高了掘进工作面的安全程度, 改善了作业环境。
3注浆方案选取
(1) 顶板淋水治理。
对胶带巷掘进面后方10 m范围内淋水破碎顶板进行加固。在距掘进面0.5 m开始向后布置5排堵水加固孔, 孔距2.5 m, 每排布置3个钻孔, 施工时根据注浆加固效果随机进行调整。钻孔深3 m, 孔径42 mm。每个孔设计注浆量为200 kg, 实际施工中根据注浆效果随时调整。
(2) 巷道超前加固。
对胶带巷预注浆, 直至通过断层破碎带。根据顶板情况和施工工艺, 设计每循环注浆7 m, 掘进7 m。每循环在巷道掘进面和顶板交线位置布置5个注浆孔。正中1个, 两角各1个, 两角与正中间各1个, 外摆5～8°, 各注浆孔均向上倾斜10～15°, 孔深7 m, 孔径42 mm, 每孔设计注浆量200 kg, 实际施工时, 可根据注浆效果对注浆孔密度、深度、角度和注浆量随时进行调整。
4施工工艺
注浆材料选用波雷因注浆材料, 注浆设备采用QB-12型风动化学注浆泵。QB-12型风动高压注浆泵主要适合单液或双液注浆, 当双液注浆时, 2种组份可按1∶1的体积比输出并混合。A料和B料分别通过各自的柱塞和矿用K型高压胶管/单向阀Y型三通/混合器进入封孔器, 并被压注进破碎煤岩层。与注浆设备配套的进风管为Ø25 mm高压风管, 出浆管规格为Ø10 mm。注浆压力设计为10～12 MPa, 保证了浆液的充分渗透与扩散。充填高冒区时, 注浆压力较低, 一般为2～3 MPa, 当对破碎带进行加固注浆时, 注浆压力较高, 最高压力达到5 MPa。
禁止在顶板或围岩裂隙发育程度较高或者松散程度高时进行化学注浆, 或在已接近或达到设计注入量时继续不断压入, 这样会造成浆液大量逸散、浪费, 导致止水或补强效果不好。在确认注入量设计正确的前提下, 提高浆液的浓度, 调整凝结时间。如需暂时停注, 可采用间隙注浆方式, 停留一段时间再复注, 直到符合设计注浆量以及终量或终压要求。
5注浆效果分析
赵固一矿胶带巷道断层破碎带共打钻孔32个, 注化学浆波雷因7.625 t, 注浆时间仅用4 d。通过注浆, 顶板淋水得到了有效控制, 淋水由原来2.2 m3/h转变为0.3 m3/h。通过对断层破碎带注浆, 使破碎顶板胶结, 顶板变形小, 不易冒落, 为掘进和支护提供了安全、有利条件, 顺利通过了断层破碎带。与传统处理方法相比, 大大减少施工时间, 虽然直接材料费用有所提高, 但掘进工作面能快速掘进, 而且处理冒顶作业的安全性得到提高, 其技术经济效益比较显著。注浆前后顶板下沉速度变化如图1所示。
6结语
穿越断层破碎带 篇6
关键词：掘进,巷道,过断层,破碎带,支护
1 巷道变形与破坏的主要影响因素分析
1.1 煤矿开采深度的影响。
随着煤矿机械化程度的不断提高, 煤矿巷道开采深度也在不断增加, 同时承应力也在不断增加, 这就使得巷道的变形及破坏程度不断加大。另外, 原始岩温也随着开采深度的增加而增高, 这样就会使围岩由脆性变形向塑性变形转化, 容易使巷道产生塑性变形。
1.2 煤矿地质构造的影响。
在煤矿掘进过程中, 靠近断层地段的岩性相对来说特别破碎, 岩层层理、节理发育, 裂隙较大, 支护起来难度很大。
1.3 巷道支护方式与质量的影响。
煤矿巷道支护一般采用锚网喷支护或采用刚性金属支架支护, 对巷道的控制效果影响较大。
2 现有断层破碎带掘进巷道支护方式及其存在问题分析
2.1 断层破碎带区域掘进巷道支护方式
(1) 多次尝试, 二次成巷, 时时监控顶板。这种支护方法指的是在断层破碎带上创造一个断面, 而后采用锚杆、锚索等进行支护, 最后继续开掘巷道。 (2) 减小锚杆之间的距离, 增加锚索的补强作用。 (3) 拉网防治岩石连带脱落。如果巷道内存在较大断层, 岩石就极有可能会发生大面积脱落现象, 从而引起巷道失稳问题。所以, 为有效避免上述问题, 可采取拉网支护措施, 这样还可以防止巷道变形过大。 (4) 巷道顶侧面添加混凝土, 加固巷道, 减少巷道的风化程度。
2.2 现有断层破碎带掘进巷道支护存在问题
在巷道顶部支护工作完成的同时, 其下部岩石却受到了一定程度的破坏, 随着时间的延长, 使用上述支护方法支护的巷道则会出现变形, 一般情况下, 在接近断层4m左右区域往往存在较大的变形, 从而影响到巷道的稳定性。
3 断层破碎带掘进巷道支护技术新方法
3.1
在施工之前, 必须做出预案或进行超前钻探工作, 若存在断层破碎带, 则采取支护措施。
3.2 当施工区域与断层相距9m左右时, 则需要采用以往的支护方法对巷道进行加固, 可采取增加锚杆的措施。
当这一距离变为5m左右时, 可在巷道顶板涂上一些具有强烈黏附作用的化学物质, 这样可以有效实现巷道顶板岩石的固定, 从而避免其风化和脱落。
3.3
当这一距离为3m左右时, 必须加强对巷道顶板侧面的监督, 并结合断层破碎实际情况, 加固巷道, 做到装药量少、炮眼少, 以避免加剧断层的破碎情况。在接下来的掘进工作过程中, 可采取挂网施工方式, 还应及时预警, 在切割工作结束后, 还应进行预警, 这样可以有效避免大面积垮落问题。随着工作的推进, 还应实行超前锚支护, 并及时预警。
3.4
在进行断层破碎带掘进过程中, 可采取混凝土支护方式, 以加固巷道。
3.5 施工时, 为保证巷道的稳定性, 必须加固巷道顶板, 而后进行架棚与超前锚联合支护, 这样可进一步加固巷道顶板。
要想实现断层巷道的整体稳定, 必须从施工开始就做好顶板的维护工作, 以避免其出现大规模脱落问题。
4 掘进巷道过断层破碎带时的安全措施
掘进巷道在通过断层破碎带时, 由于围岩强度较低, 稳定性较差, 帮顶压力较大, 在安全技术方面应做好以下工作: (1) 加强巷道掘进地点的地质调查工作, 根据所掌握的地质资料, 及时制定科学、具体的、有针对性的施工方法和安全措施。 (2) 巷道在破碎带中掘进, 应该做到一次成巷, 尽可能缩短围岩暴露的时间, 减少顶板出露后的挠曲离层。 (3) 施工中严格执行操作规程和交接班制度、安全检查制度、随时注意观察围岩稳定状况的变化, 及时掌握断层等构造出露的时间, 一旦发现预兆要及时处理, 防患于未然。 (4) 掘进工作面邻近断层或穿断层带时, 巷道支护应尽量采用砌碹或U型钢可缩性支架支护, 棚距要缩小。 (5) 减少爆破装药量, 降低因爆破对断层带附近破碎顶板的震动。 (6) 减少空顶距, 及时支设临时支架, 永久支架要跟上, 滞后距离不能大于2-4m。 (7) 巷道支架背板要严实, 一方面提高支架对围岩的支护能力, 另一方面防止掘进中漏顶或漏帮。 (8) 当断层处顶板特别松软、破碎时, 要采用超前支护的办法管理断面不稳定顶板。 (9) 在顶板岩性突变地段, 要及时打点柱支护突变顶板。
5 结论
总体来说, 随着煤矿机械化程度的不断提高, 煤矿的开采产量也在逐年的增加, 这就要求煤矿工程技术人员在进行煤矿施工的过程中安全有效地解决好施工中出现的问题, 特别在解决断层破碎带掘进巷道的问题上, 采用科学有效的、有针对性的措施, 切实做好巷道的维护工作。作为煤矿的工程技术人员还应该总结实践生产中的经验, 结合矿井的地质情况, 总结出合理的实用的断层破碎带掘进巷道支护技术, 以确保施工人员的安全, 从而促进矿井的可持续发展。
参考文献
穿越断层破碎带 篇7
关键词：软弱围岩,断层破碎带,施工技术
0前言
在洞库工程掘进施工过程中, 需要根据不同地质条件, 采用相应施工控制技术, 以保证洞库施工安全、高效。本文对软弱断层破碎带的地质特点以及形成原因进行简单的论述, 并结合某洞库工程施工实际, 分析研究了软弱断层破碎带的掘进施工控制技术。
1 软弱断层破碎带的地质特征及形成原因
断层破碎带是指在地质运动中两块断层相互挤压, 使断层附近的岩石破碎, 形成破碎带, 这种破碎带就叫做断层破碎带, 也称作断裂带。
软弱断层破碎带是指软弱围岩的断层破碎带, 一般来说软弱围岩是由于过度风化造成的破碎岩体和块体强度较低的岩体。软弱围岩岩体的抗压及抗拉强度都很低, 在洞库施工中, 如果围岩受到相应的拉力或者压力, 围岩就会破碎坍塌, 岩体被破坏产生滑移, 形成剪切破坏区。软弱围岩还会表现出一定的弹塑性特征, 在施工过程中要根据相应的弹塑性理论解决此类问题。
2 结合实际进行洞库掘进施工控制技术分析
2.1 工程概况及地质特征
2.1.1 工程概况
某洞库工程开挖洞库后室为城门型断面, 大小为14.84m×10.12 m, 运输通道为8 m×8 m。
2.1.2 地质特征
工程区属丘陵地貌, 地形起伏较大, 地下通道穿越的地层岩性为泥盆系上统西湖组 (D3x) 石英砂岩、西侧发育黄龙组 (C2h) 灰岩和泥盆系上统珠藏坞组 (D3z) 泥岩。洞室围岩以硬质石英砂岩、灰岩和粉砂质泥岩为主, 山体高度不大, 无滑坡和泥石流等不良地质作用, 工程场地对本工程具有较好的适宜性。
洞库区查明5条断层, 其中F1和F4断层宽度较大, 最大可达16 m, 对地下洞库围岩稳定性影响很大, 降低了围岩级别, 需加强支护。
地下洞库岩体较破碎, 局部较完整, 围岩级别以Ⅳ级为主, 下段岩体受风化影响相对较小, 岩体质量相结较好, 局部Ⅲ级, 断层通过区围岩级别为Ⅴ级。总体来说, 岩体质量一般, 但具备地下洞室开挖条件。由于岩层产状较缓, 断裂和节理裂隙发育, 岩体完整性较差, 扩挖洞库规模较大, 施工过程中易出现掉块或坍塌现象, 尤其是对于划分为Ⅳ级偏弱及Ⅴ级的围岩段。
洞库开挖过程中, 部分洞库拱顶有渗水现象。
2.2 施工控制技术
在对洞库软弱断层破碎带的掘进施工中, 按照“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的施工原则进行。
2.2.1 防排水作业
考虑到在洞库灰岩地段或断层破碎带会发生突水、涌水情况, 为此采取超前预注浆堵水措施。在预注浆前根据地质勘测成果, 结合超前物探和超前钻孔探明情况, 并在预测突水处前5~10 m实施。
1) 如断层带地下水为承压水时, 应在每个掘进循环中, 向巷道前进方向钻凿不小于两个超前钻孔, 其深度宜在4 m以上, 以探明地下水情况。
2) 随工作面的向前推进挖好排水沟, 并根据岩质情况必要时加以铺砌。如为反坡掘进, 则除准备足够的抽水设备外, 还应安排适当的积水坑。
3) 坑壁或坑顶有水流出时, 应凿眼安置排水管集中引排, 使其不漫流。
2.2.2 超前小管棚注浆施工
断层破碎带岩体之间有很多缝隙, 通过向岩缝内注入胶凝性质浆液方式, 排除岩缝之间的空气和水分, 同时使破碎的岩体胶结, 成为具有一定抗拉抗压以及防渗水能力的岩体, 为洞库开挖施工提供安全保护。
设置超前小导管, 并注双液浆。小导管采用无缝钢管, 布置在拱部, 环向间距较小, 钻孔直径比管径大20 mm, 钢管沿开挖轮廓线布置向外倾斜, 外插角10°, 纵向水平搭接不小于2 m。
1) 制管:在加工场按设计长度加工成一端为尖头, 并带有φ6~φ8 mm小孔的钢花管, 花孔间距10~20 cm布置。
2) 打孔:首先在开挖轮廓线上按设计要求划出超前小导管的孔位, 然后用风钻进行钻孔, 钻孔时, 向轮廓线外插角为10°, 孔位偏差小于10 cm, 孔深不小于小导管长度。
3) 安管:将制作好的小导管运到工作面, 用风钻顶推打入孔中, 导管插入钻孔后外露15 cm, 以便连接注浆管, 并用塑胶泥将导管和周围孔隙封堵。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度不小于2 m (小导管架设在格栅拱架上, 与拱架焊接, 以增加其共同支护能力) 。
4) 注浆:注浆采用水泥-水玻璃双液浆, 水玻璃双液浆配合比0.5∶1, 浆液的流动性要好, 容易注入围岩, 固结后收缩小, 具有良好的粘结力和较高的早期强度, 结石体透水性低, 抗渗性能好等。注浆压力为0.5~1 MPa, 注浆时先注无水孔, 后注有水孔, 注浆顺序由拱脚向拱顶逐管注浆, 如遇窜浆或跑浆, 则间隔一孔或几孔注浆。
2.2.3 破碎带开挖施工
破碎带开挖是整个洞库施工过程中的关键环节, 在施工过程中尤其要注意对洞库开挖技术的选择。本工程采用新奥法施工, 已经存在原有洞室的通道采用全断面开挖 (进尺根据岩石状况而定, 一般控制在1.2 m左右) , 无原有洞室通道或库房可根据实际情况采用台阶法、CD工法开挖。
上层开挖采用光面爆破, 下层开挖采用人机配合法实施, 下层开挖以挖掘机、镐头机为主, 松动爆破或放小炮为辅, 预留20~30 cm人工挖除。尽量减少爆破扰动对周边围岩的影响。
1) 正台阶开挖。连接段两个断层、B区通道断层前后5 m范围内采用短台阶法施工, 全断面光爆的炮碴修筑施工坡道。上台阶搭脚手架进行施工, 每茬炮进尺1.2 m (Ⅳ级偏弱) 或1.6 m (Ⅳ级) 左右。分断面两次开挖法是将断面分成两个分层, 上台阶高5.7 m, 下台阶高2 m, 上台阶超前下台阶约7.2 m, 上台阶施工遵循“随开挖、随支护、早封闭、勤量测”的原则, 下台阶施工根据岩性, 2~3茬炮支护一次。
洞库下部开挖可采取垂直、倾斜或水平布置的炮眼进行爆破, 钻孔和装碴可同时进行。
断层破碎带视岩性及涌水具体情况采取不同排水措施, 若涌水较大可先行排水, 再进行超前小导管注浆。
2) 分部开挖 (断层地质较差地段施工) 。
A为设计中隔墙 (根据设计要求, 须进行临时初期支护) 。
断层带地段采用中隔壁法分部施工, 导洞上下部距离为3 m左右, 开挖后尽快闭合。断层地带的支护经常检查加固, 开挖后开挖面立即进行喷混凝土作业。根据具体情况及时调整超前支护、初期支护参数。
2.2.4 支护作业
为保证掘进施工安全, 断层破碎带初期支护采用锚喷支护, 喷射早强混凝土与围岩全面密贴粘结, 能迅速给围岩提供支护抗力, 锚杆可深入围岩一定深度形成承载圈加固围岩。锚喷支护可以调节围岩变形, 控制围岩塑性变形适度发展, 发挥自承能力, 还可以阻止水对围岩的侵蚀而引起风化。后期支护采用钢筋混凝土衬砌, 为洞库提供永久性结构支撑。
1) 混凝土:初期支护喷C25混凝土, 掺入结构纤维, 掺量为4 kg/m3。后期支护采用模筑300 mm厚C35钢筋混凝土, 抗渗等级P8, 掺入DB-1纤维膨胀剂, 掺量8%, 钢筋采用双向双层φ16@200。后期支护施作时间为初期支护稳定后, 并与初期支护相隔距离不大于50 m。
2) 系统锚杆:采用中空注浆锚杆R25, 长度3.5 m, 间距0.75 m, 梅花形布置, 遇卡钎时可采用自进式中空注浆锚杆R25Z。锚杆材料极限抗拔力不小于180 k N, 注浆采用1∶1水泥浆, 注浆压力控制在0.8 MPa, 浆液扩散半径0.5 m。
3) 锁脚锚杆:采用中空注浆锚杆R32, 长度4 m, 沿侧墙上中下各设2根, 锚杆材料极限抗拔力不小于230 k N, 如遇周边位移较大时, 可用管径φ42的注浆小导管代替。端墙的参数按侧墙参数执行。
2.2.5 施工实时监测
监控量测是新奥法施工三要素之一, 鉴于本工程存在软弱围岩以及断层破碎带, 为此更应当严格按设计要求进行拱顶下沉和周边收敛位移的量测, 通过监控量测的信息反馈及处理, 及时调整支护参数, 以有效地确保洞室结构的安全。监控时, 根据围岩条件、支护类型和参数、施工方法及量测目的编制量测计划, 采取专门的量测小组实施量测计划, 及时反馈信息指导施工。另外本合同段量测工作的重点为围岩破碎带、大变形段和围岩高地应力易发生地段, 在以上地质条件下, 洞身开挖后容易发生坍塌、大变形等, 因此要加强量测工作, 严格按照设计要求进行监测。
根据监测数据结果, 当位移-时间曲线出现反弯点时, 则表明围岩和支护已呈不稳定状态, 此时应密切注意围岩状态, 并加强支护, 必要时暂停开挖。根据洞库周边实测位移值或用回归分析推算的相对位移值与表列数值相比, 当位移速率无明显下降, 而此时实测位移值已接近表列数值, 或者喷层表层出现明显裂缝时, 立即采取补强措施, 并调整原支护设计参数或施工方法。围岩的预计变形量确定后, 即可按规范要求建立管理基准, 并根据管理基准判断围岩的稳定状态, 决定是否采取补强加固措施。
3 结语
本文根据洞库中软弱围岩以及断层破碎带特点, 采取“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”等措施, 提出了洞库开挖、初期支护等重点工序施工措施, 实践效果表明, 所采取的措施能确保工程按期保质保量完成, 并且施工安全性高, 可为同类工程提供施工参考。[ID:001212]
参考文献
[1]高攀科, 毛红梅, 宋秀清, 吴恒滨.隧道软弱断层破碎带施工控制技术研究[J].探矿工程:岩土钻掘工程, 2012, 56 (10) :69-71.
[2]宋乐健.隧道断层破碎带施工技术探析[J].建材发展导向, 2012, 34 (5) .
[3]范广平.浅谈隧道断层破碎带施工技术控制[J].中国科技博览, 2010, 30 (24) .
断层及破碎带隧道施工技术的分析 篇8
现阶段社会经济发展不断加速, 隧道的应用范围也越来越广。在隧道施工过程中, 很容易碰到断层和破碎带等, 为施工带来了不少困难与障碍。断层和破碎带具有稳定性差的特点, 如果处理不当, 隧道就可能会出现岩体不稳, 甚至塌陷等状况。因此, 必须要加大对断层和破碎带隧道施工的控制力度, 掌握科学的施工方法, 提高断层和破碎带隧道施工的安全性及稳定性。
1 断层和破碎带对隧道施工的影响
隧道在经过断层或破碎带路段时, 其开挖难度会显著提高。这是由于断层和破碎带都会降低岩石的强度和稳定性, 还会在一定程度上影响到岩体的完整性与隧道结构表层的抗滑阻力, 从而使隧道的整体施工安全无法得到保障。所以, 在隧道实际施工过程中, 需要特别注意断层和破碎带等地段, 并针对这些容易出现问题的地段进行科学预防和处理。另外, 断层和破碎带还容易表现出比较明显的黏土化特点与涌水特点, 这就导致在隧道施工过程中, 如果对该地段处理不善, 就可能会造成大量涌水或涌砂等现象, 从而破坏掉隧道周围岩体的稳定性与支撑结构的有效性, 甚至直接影响到整个隧道工程的开展。
2 断层和破碎带隧道施工的技术准备
2. 1 对地质情况进行调查
在对断层和破碎带区域的隧道进行建设前, 必须对该路段的断层和破碎带有一个深入了解, 全面掌握断层和破碎带的性质、蓄水量、活跃度等关键因素, 并对其进行合理的判断与测量。在测量时, 要着重检测并调查断层和破碎带的倾斜角度、方向与强度, 为断层和破碎带区域隧道的实际施工打下坚实的基础。
2. 2 准备好相关施工器械
当对断层和破碎带的宽度、强度、倾斜方向、活跃度都有了较为深入的理解后, 就可以依据隧道施工方案与具体施工情况, 选出相应的施工器械和适当的施工方法。要着重做好钻孔台车的选择工作, 把握好机器与机器之间的距离, 设定好机器与原材料的供应方式, 保证断层和破碎带区域隧道的施工能够安全、稳妥地进行。
3 断层和破碎带隧道的施工技术要点
3. 1 断层破碎带隧道的开挖技术
1) 半断面微台阶开挖技术。
如果隧道需要穿过部分或大片的断层与破碎带, 且断层和破碎带位于隧道顶端时, 往往可以选用半断面微台阶的施工方法, 灵活利用有效空间, 提升施工效率。在运用这种方法时, 要注意确保断层和破碎带的稳固性, 开挖以后要适时做好锚喷保护工作, 可将后拱部分及下半部分一同开挖, 使断层能够尽快闭合。
2) 上下断面次序开挖技术。
即隧道上半部分完全穿过断层和破碎带时, 对下半部分的断层实行开挖保护。这种技术适用于断层和破碎带覆盖面积较广, 稳定性弱等情况。如果断层和破碎带风化过于严重, 引起岩体稳固性下降, 则可以先保留中间的核心部分, 对周围岩石实行爆破, 并设置好支撑结构, 再针对爆破预留位置继续开挖。此时可先对中槽开挖, 再在马口部位展开交错开挖, 确保开挖工作顺利进行。
3) 微震爆破技术。
在对断层和破碎带进行爆破时, 不仅要严格按照短循环进尺、剂量严格把控的规定开展工作, 还要对爆破钻孔的部位实行合理安排, 设计好炸药的规格和装药结构, 确保爆破工作安全进行。此外, 还要正确挑选掏槽的形状, 对周边岩体实行有效保护, 还要掌握好起爆参数与次序。
3. 2 断层破碎带隧道的支护技术
1) 喷锚网联合支撑技术。
喷射混凝土可以让周围岩体表层形成较厚的刚性或半刚性保护膜, 确保了岩体的稳定性和安全性。混凝土初喷时, 其厚度应当达到3 cm ~ 5 cm, 要保证混凝土能够有效封锁岩体表面, 以免造成塌陷。喷射结束后, 要在周围开展锚杆与钢筋网的固定工作, 把锚杆的直径控制在22 mm左右, 单根长度为3 m ~ 3. 5 m左右。锚杆应当安插为梅花形状, 其间隔距离为1 m, 若是有特殊需要, 还可以增加其密度。钢筋网内的网格间距应控制在0. 2 cm以内, 并以双层钢筋网为佳。此外, 如果隧道顶端存有小范围的断层和破碎带, 则可以在断层两边安插径向锚杆, 并采用钢筋编网, 之后把钢筋和锚杆连接稳固, 再进行混凝土喷射。
2) 钢架支撑技术。
该技术可以进一步提高初期保护的强度, 使周围岩体的稳定性得到更为有效的保障。该技术通常是把钢架的间隔距离设成50 cm ~ 100 cm, 并选用 Φ22 的螺纹钢筋将其纵向连结起来, 把环间距控制在0. 5 m ~ 1 m左右, 将其和锚杆连接稳固, 再用混凝土重喷, 使其和钢架表层保持平行。对于钢架的选择, 可以采用U形钢架, 并结合实际情形, 调节钢架的搭建长度, 让钢架能够和周围岩体密切结合。若其中出现较大空隙, 则要运用混凝土进行填筑。若拱部有适量钢架进行支撑, 则要确保锁脚锚杆的稳固性。
3) 超前支护技术。
这一技术包含了超前管棚、超前小导管注浆技术等。对于超前支护技术, 应选用直径较大, 且长度在4 m ~ 6 m左右的钢管, 制作成管棚材料, 再把钢管前部削尖, 让钢筋箍在钢管底部, 支点由钢架进行支撑。管棚打进岩体时, 其角度要和洞轴保持在10° ~ 15°左右。管棚钢管的横向间隔距离要设计成30 cm ~50 cm, 纵向间隔距离控制在2 m以内, 管棚支护的宽度大概是拱顶长度的50% ~ 75% , 且布置可以采用横向交错的方式。如果要用到小导管, 就要把小导管的长度定为3. 5 m ~ 4 m之间, 拱顶间隔距离在0. 3 m ~ 0. 4 m间。注浆前, 必须运用混凝土把上半部分的断面彻底封好, 以免产生漏浆等现象。注浆要遵循自下而上的次序, 待浆液强度超过80% , 则可以继续实行开挖。超前支护的运用见图1。
4) 支护加固和注浆补强。
如果隧道工程采取了半断面开挖的设计方案, 则在下半部分断层还未开挖时, 就要在上半部分断层实行支护注浆等工作, 保证注浆孔洞的深度达到1 m ~ 2 m, 且孔间距保持在1 m ~ 5 m, 以梅花形状散布开来。对下半部分断层进行开挖时, 为了不让拱顶塌陷, 可以在拱脚位置设定一个支撑口。对于拱脚和边墙等特殊位置, 还可以利用小导管实现注浆加固, 提高其稳定性和安全性。
4 断层和破碎带局部塌陷的处理方法
在进行隧道工程施工时, 如果没有处理好断层和破碎带, 则隧道就很容易出现坍塌等现象。这时候, 可以利用超前支护、初期支护等方法, 提高隧道施工面的稳固性, 并加大支撑体系的强度和有效性。除此之外, 还可以利用浆砌片石和混凝土等相关原材料, 填筑好隧道的塌空位置。假如在施工时遇到了大范围漏水、涌水等问题, 就应当先安置好排水管道, 适时排出隧道积水, 以免隧道出现大范围垮塌、漫水等现象。对于修补完善的塌陷位置, 还要定期实行专业的检查, 保证注浆牢固。
5 结语
断层与破碎带隧道施工技术是衡量整个工程水平的主要标尺。在进行隧道施工时, 很容易遇到断层与破碎带等安全隐患, 甚至危及隧道的总体建设安全。因此, 要充分结合断层与破碎带隧道施工的具体情况, 做好监督、预防工作, 安排好各项工序流程, 为断层与破碎带隧道施工打下坚实的技术根基, 并积极提高施工团队的技术水平, 给施工安全提供切实的保障。
摘要：阐述了断层和破碎带对隧道施工的影响, 介绍了断层和破碎带隧道施工的技术准备工作, 分析了断层和破碎带隧道的开挖与支护技术要点, 提出了断层和破碎带局部塌陷的处理方法。
关键词：隧道,断层,破碎带,开挖技术
参考文献
[1]彭双喜.断层及破碎带隧道施工技术的探讨[J].黑龙江交通科技, 2014 (1) :93.
[2]刘季富.穿越断层破碎带浅埋段隧道沉降控制施工技术[J].山东建筑大学学报, 2010 (2) :210-215.
[3]龚成明, 孟庆余, 李五红.隧道穿越断层破碎带的安全施工技术[J].铁道工程学报, 2012 (5) :45-48, 100.
穿越断层破碎带 篇9
杨柳矿井设计生产能力4 Mt/a, 立井开拓方式, 主井、副井和风井位于同一工业广场内。主井井筒净直径5.0 m, 装备一对12 t箕斗, 担负矿井煤炭提升。井筒总深度601.2 m, 其中表土段深度135.45 m, 基岩风氧化带深度173.36 m。井筒表土段及基岩段上部采用冻结法施工, 冻结深度192 m, 冻结段井筒均采用双层钢筋混凝土、HDPE塑料夹层复合井壁。基岩段采用普通钻爆法施工, 素混凝土井壁, 壁厚450 mm。根据立井井筒检查钻孔取芯资料及三维物探地质资料预测, 井筒将穿过小沈家断层及由其导致的岩层破碎带, 受断层影响的主要破碎带范围为基岩风化带底界173.36～332.30 m。破碎带厚度大、胶结较差, 施工中易发生片帮事故, 在此地质条件下建井, 在国内当时尚属首次, 给井壁结构设计和井筒施工造成很大的困难。
2 工程地质及水文地质
立井检查孔和三维物探地质资料显示, 井筒穿过新生界松散层中, 粘土所占比例较大, 对井筒冻结施工不利;基岩段以坚硬-半坚硬状碎屑岩类为主。通过对岩石的岩性特征和物理力学性质分析, 泥岩抗压强度低, 多属软岩类, 岩体质量较差;粉砂岩岩石质量中等, 砂岩、岩浆岩胶结良好, 坚硬致密, 岩石抗压强度高, 稳定性好, 岩石质量好;但局部砂岩由于受应力挤压, 岩芯破碎, 岩石质量较差;浅部基岩风氧化带岩石质量较差, 井筒工程地质条件为较复杂类型。立井检查孔揭露了小沈家断层, 初步确定断层深度为190 m左右, 井筒穿过多层含水层, 主井井筒涌水量为75.2 m3/h, 水文地质条件为复杂型。
3 过断层破碎带井筒结构形式[1,2]
根据对国内基岩段井壁结构的分析, 并结合我国立井基岩段井筒施工现状及杨柳矿井井筒地层条件, 考虑井壁与围岩的相互作用机理和施工条件, 对断层破碎带井壁形式经筛选后提出4种结构方案如表1、图1所示。
4种方案的比较如表2所示。通过分析, 综合考虑到施工安全及施工技术、施工工期等因素, 确定采用方案三, 即内层现浇素混凝土 (C40) 井壁, 外层为网、锚、喷临时支护层作为井壁结构方案, 锚杆为缝管式, 长1 800 mm, 间距为800 mm×800 mm, 插花布置;金属网采用φ6 mm钢筋焊接而成, 网格为100 mm×100 mm。
此种井壁结构形式不仅方便施工, 工期缩短, 而且节省了投资。同时, 考虑围岩破碎、胶结程度不同, 当围岩较完整、胶结较好, 外层仅进行网、锚临时支护便可保证施工安全及井壁质量时, 则可取消喷层, 将内层井壁与喷层合并为一层;而当围岩严重破碎、胶结很差时, 可考虑采用方案四作为破碎带井壁结构, 以保证井筒安全施工到底。
4 井筒井壁参数计算
4.1 混凝土井壁厚度计算
素混凝土井壁:
钢筋混凝土井壁:
式中t—井壁厚度, m;
rn—计算处井壁内半径, m;
fs—井壁材料强度设计值, MN/m2;
fc—混凝土轴心抗压强度, MN/m2;
f′y—普通钢筋抗压强度, MN/m2;
P—作用在井壁的设计荷载, MPa;
vk—结构的安全系数, 取1.35。
混凝土强度等级为C40, fc=19.1MPa。
根据最大压力值可计算出立井断层破碎带井壁厚度, 如表3所示。
4.2 井壁验算
4.2.1 井壁计算方式选择验算
根据井筒的特殊情况, 井壁应按厚壁圆筒公式进行计算, 计算中应满足:
式中hn—内井壁壁厚, m;
r—内井壁内半径, m。
验算结果如表4所示。
4.2.2 井壁环向稳定性验算
保证素混凝土井壁环向稳定的基本条件为:
式中t—井壁厚度, m;
L0—井壁圆环计算长度, m;
r0—井壁中心半径, m。
井壁环向稳定按下式验算:
式中Pk—圆环失稳的临界应力, MPa;
Ec—混凝土弹性模量, 取3.25×104MPa;
vc—混凝土泊松比, 取0.2;
vk—钢筋混凝土井壁安全系数, 取1.3;
Pmax—作用于井壁的最大荷载, MPa。
4.2.3 三向应力作用下井壁承载力验算
井壁在三向应力作用下的承载力按下式验算:
式中:σ—三向应力作用下的承载力, MPa;
σt—井壁切向应力, MPa;
σr—井壁径向应力, MPa;
σz—井壁纵向应力, MPa;
σz0—井壁自重应力, MPa。
rx—井壁计算点半径, r≤rx≤Rww, m;
R—内井壁外半径, m;
rh—混凝土的重力密度, MN/m3。
根据《煤矿冻结法凿井技术规程》 (征求意见稿) 第5.6.3条, 井壁在三向应力作用下的承载力验算时, vk=1.40、σt=580 MPa、σz=685 MPa、σz0=985 MPa、rh=17 MN/m3, 代入上式中:
当验算点为井壁内沿时, r=rx, σr=0。以上各式可简化为:
验算中将破碎带视为上下连通, 岩层完全破碎, 破碎带岩层径向作用于井壁上一定的荷载, 但在竖向井壁自重完全由自身承担。
加强段井壁的起止标高及井壁厚度分别为:破碎带加强段起止标高为-240～-345 m;井壁厚度为550～600 mm;经验算, 断层破碎带井壁环向稳定性以及井壁在三向应力作用下的承载能力均满足要求。
5 结论
为保证井筒施工及井筒使用时的安全, 杨柳矿井主井井筒处于断层及受断层影响的破碎带中的井壁进行加强是必须的;基岩断层破碎带井筒加强段井壁的结构为内层井壁现浇素混凝土, 外层井壁采用金属网、锚杆和喷混凝土临时支护层结构, 施工证明该井壁结构设计合理, 较有利于施工;主井井筒破碎带加强段起止标高为-240～-345 m, 经计算确定井壁厚度为550～600 mm, 验算表明断层破碎带井壁环向稳定性以及井壁在三向应力作用下的承载能力均满足要求。2006年11月底, 各井筒 (含断层破碎带) 施工完毕, 至2009年9月, 均无异常。
参考文献
[1]张荣立, 何国纬, 等.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003