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超前小导管在尾矿库排洪隧洞塌方处理中的应用
2014-08-08
头石山尾矿库排洪隧洞在施工过程中出现塌方，通过采用超前小导管注浆塌方体，使塌方体形成壳体，将原有的局部集中荷载改变为由壳体与小导管形成的管棚整体来承担均布荷载，使其在塌方体开挖过程中，可以安全地进行相应的其他工序施工，顺利完成塌方处理。
中 国 矿 业 科 技 文 汇 — ２０１４ 超前小导管在尾矿库排洪隧洞塌方处理中的应用 １ ， ２， ３ ４ １， ２， ３ １， ２， ３ 张 ? 进 ? 莫 金 明 ? 乐 ? 陶 ? 曹 纪 刚 （ １．３中 钢 集 团 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 有 限 公 司 ； ２． 金 属 矿 山 安 全 与 健 康 国 家 重 点 实 验 室 ； ． 金 属 矿 产 资 源 高 效 循 环 利 用 国 家 工 程 研 究 中 心 ； ４． 云 南 磷 化 集 团 有 限 公 司 ） 摘 ? 要 ? 头 石 山 尾 矿 库 排 洪 隧 洞 在 施 工 过 程 中 出 现 塌 方 ， 通 过 采 用 超 前 小 导 管 注 浆 塌 方 体 ， 使 塌 方 体 形 成 壳 体 ， 将 原 有 的 局 部 集 中 荷 载 改 变 为 由 壳 体 与 小 导 管 形 成 的 管 棚 整 体 来 承 担 均 布 荷 载 ， 使 其 在 塌 方 体 开 挖 过 程 中 ， 可 以 安 全 地 进 行 相 应 的 其 他 工 序 施 工 ， 顺 利 完 成 塌 方 处 理 。 关 键 词 ? 尾 矿 库 ? 排 洪 隧 洞 ? 塌 方 ? 超 前 小 导 管 １ ? 工 程 概 况 行 施 工 ， 则 会 因 为 渣 体 破 碎 和 围 岩 风 化 严 重 不 能 成 洞 ， 而 无 法 完 成 塌 方 处 理 施 工 。 为 此 ， 施 工 方 先 在 塌 方 渣 体 上 向 前 以 一 定 仰 角 打 入 超 前 小 导 管 ， 探 明 塌 方 体 ３ ｍ（ 从 最 近 的 钢 架 拱 算 起 ， 沿 隧 道 向 里 方 向 ３ ｍ） 之 外 的 范 围 内 塌 方 情 况 ， 若 该 处 未 塌 方 ， 则 打 ６ ｍ 长 的 超 前 导 管 ， 导 管 仰 角 为 ５° ～ ７°， 确 保 导 管 深 入 稳 定 围 岩 深 度 ３ ｍ（ 保 证 两 排 超 前 导 管 搭 接 长 度 至 少 为 ３ ｍ） ， 工 字 钢 间 距 为 ０． ５ ｍ； 若 塌 方 体 ３ ｍ 之 外 的 范 围 内 仍 为 塌 方 体 ， 则 对 塌 方 体 ３ ｍ 之 外 的 塌 方 松 散 体 进 行 注 浆 ， 以 利 于 形 成 一 个 支 撑 体 ， 然 后 再 打 超 前 导 管 ， 导 管 长 度 为 ６ ｍ， 仰 角 为 ５° ～ ７°， 在 未 过 冒 顶 位 置 之 前 ， 超 前 导 管 长 均 为 ６ ｍ， 并 确 保 导 管 深 入 稳 定 围 岩 深 度 为 ３ ｍ， 工 字 钢 间 距 为 ０． ５ ｍ。 超 前 导 管 环 向 间 距 均 为 ３０ ｃｍ， 冒 顶 空 腔 用 瓜 子 石 回 填 密 实 ， 预 留 注 浆 孔 。 同 时 ， 在 小 导 管 之 间 以 小 角 度 再 打 入 １ 排 钢 管 作 为 管 棚 ， 并 以 前 方 渣 体 和 施 工 掌 子 面 支 立 的 钢 支 撑 作 支 撑 ， 利 用 钢 管 制 作 棚 架 ， 形 成 管 棚 ， 在 棚 架 防 护 下 进 行 人 工 开 挖 ， 向 前 掘 进 。 头 石 山 尾 矿 库 为 云 南 磷 化 集 团 有 限 公 司 晋 宁 ５０ 万 ｔ／ ａ 磷 矿 采 选 工 程 的 配 套 工 程 。 拟 建 的 头 石 山 尾 矿 库 位 于 昆 明 市 西 山 区 海 口 镇 石 马 哨 村 南 西 约 ４ １ ７ ｋｍ 处 石 马 哨 沟 中 游 ， 距 ４５０ 万 ｔ／ ａ 选 厂 北 东 约 ． ０ ｋｍ。 该 尾 矿 库 排 洪 构 筑 物 由 ３ 座 溢 流 井 和 隧 洞 组 成 ， 隧 洞 采 用 有 自 由 水 面 的 无 压 隧 洞 输 水 方 式 ， 隧 洞 由 主 隧 洞 、 １＃ 支 洞 、 ２＃ 支 洞 构 成 ， 均 为 圆 拱 直 墙 式 ， 净 断 面 尺 寸 为 ２． ８ ｍ × ２． ８ ｍ， 直 墙 高 为 １． ４ ｍ， 底 坡 w w w .ky114 .c n 坡 度 为 ２％ 。 根 据 工 勘 资 料 ， 隧 洞 穿 越 的 主 要 地 层 岩 性 为 强 — 中 风 化 状 态 的 东 龙 潭 组 藻 白 云 岩 ， 节 理 裂 隙 发 育 ， 岩 体 较 破 碎 ， 岩 体 基 本 质 量 等 级 为 Ⅳ ～ Ⅲ级 。 ２ ０１０ 年 ７ 月 ２６ 日 上 午 ， 主 洞 在 施 工 至 ５２． ０ ｍ 水 平 时 喷 浆 完 毕 ， 下 午 打 眼 放 炮 时 ， 拱 顶 有 孤 石 落 下 并 出 现 小 范 围 塌 方 ， 塌 方 后 立 即 对 塌 落 顶 进 行 素 喷 封 闭 ， 随 后 继 续 施 工 时 发 生 大 范 围 冒 顶 塌 方 。 此 次 塌 方 体 由 破 碎 岩 石 和 大 量 夹 泥 构 成 ， 并 将 整 个 洞 身 填 满 ， 无 法 探 知 塌 方 的 长 度 及 高 度 。 ２ ． ３? 工 字 钢 支 撑 支 立 ２ ? 超 前 小 导 管 施 工 小 导 管 超 前 支 护 的 基 本 工 作 原 理 １２］ 是 在 待 开 工 字 钢 支 撑 在 塌 方 处 理 过 程 中 作 用 为 ： ①支 撑 ２ ． １? 工 作 原 理 小 导 管 和 管 棚 ， 以 便 于 支 撑 塌 方 渣 体 ， 开 挖 成 洞 ； ② 加 强 塌 方 处 理 过 程 中 的 支 护 ， 以 确 保 支 护 稳 定 。 钢 支 撑 采 用 １６＃ 工 字 钢 制 作 安 装 ， 在 洞 外 将 工 字 钢 按 洞 身 尺 寸 制 作 好 ， 由 小 型 装 载 机 运 至 掌 子 面 支 立 ， 两 榀 工 字 钢 的 间 距 为 ０． ５ ｍ， 自 施 工 掌 子 面 开 始 ， 沿 洞 轴 线 支 立 ， 钢 支 撑 间 以 直 径 为 ８ ｍｍ 的 钢 筋 连 接 ， 并 ［ 挖 洞 顶 轮 廓 线 以 外 一 定 角 度 范 围 内 ， 环 向 按 照 一 定 的 间 距 超 前 打 入 钢 管 ， 并 在 钢 管 内 进 行 压 力 注 浆 。 环 向 钢 管 形 成 棚 架 ， 为 开 挖 及 初 期 支 护 作 业 提 供 了 安 全 保 障 ； 浆 液 固 结 后 钢 管 和 围 岩 之 间 组 成 了 一 个 共 同 的 固 结 圈 ， 从 而 在 隧 道 的 纵 向 和 横 向 分 别 形 成 一 个 刚 度 较 大 的 梁 结 构 和 拱 结 构 。 张 ? 进 （ １９８１— ） ， 男 ， 工 程 师 ， 硕 士 ， ２４３０００ 安 徽 省 马 鞍 山 市 经 济 技 术 开 发 区 西 塘 路 ６６６ 号 。 ２ ． ２? 施 工 方 案 从 塌 方 量 和 塌 方 渣 体 来 看 ， 若 采 用 常 规 方 式 进 · ６９４· ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 技 术 交 流 ? 在 左 右 各 设 置 ４ 根 直 径 为 １６ ｍｍ 的 锁 脚 锚 杆 固 定 。 ３? 结 ? 语 经 过 超 前 小 导 管 对 塌 方 体 的 注 浆 处 理 ， 整 个 塌 ２ ． ４? 超 前 小 导 管 制 作 安 装 超 前 小 导 管 采 用 热 轧 无 缝 钢 管 ， 长 度 为 ６． ０ ｍ， 方 体 处 理 时 间 约 为 １５ ｄ， 发 现 塌 方 体 总 长 度 为 ９ ０ ｍ， 上 部 空 腔 深 度 约 为 ５ ０ ｍ， 整 个 处 理 工 程 均 很 顺 利 。 通 过 超 前 小 导 管 注 浆 进 行 尾 矿 库 排 洪 隧 洞 塌 方 处 理 ， 小 导 管 注 浆 将 顶 拱 以 上 ２ ｍ 左 右 范 围 内 的 渣 体 均 进 行 固 结 ， 坍 塌 体 由 原 来 的 松 散 体 变 成 了 相 对 稳 定 的 固 结 体 ， 并 形 成 壳 体 ， 改 变 上 部 渣 体 应 力 分 布 ， 由 原 有 的 局 部 集 中 荷 载 改 变 为 由 壳 体 与 小 导 管 形 成 的 管 棚 整 体 承 担 的 均 布 荷 载 ， 使 其 在 塌 方 体 开 挖 过 程 中 ， 可 以 进 行 相 应 的 其 他 工 序 施 工 ， 顺 利 完 成 塌 方 处 理 。 此 次 塌 方 从 开 始 至 处 理 结 束 没 有 造 成 人 员 伤 亡 ， 处 理 效 率 较 高 ， 确 保 了 尾 矿 库 排 洪 隧 洞 总 体 施 工 进 度 目 标 的 实 现 。 在 工 程 施 工 中 ， 应 该 尽 可 能 地 避 免 塌 方 的 发 生 。 由 于 该 区 地 层 岩 性 较 为 破 碎 ， 因 此 在 尾 矿 库 排 洪 隧 洞 后 续 施 工 过 程 中 ， 应 该 进 一 步 加 强 地 质 超 前 预 报 工 作 ， 必 要 时 可 加 强 支 护 ， 不 惜 增 加 一 部 分 工 程 投 入 ， 从 根 本 上 有 效 地 控 制 工 程 工 期 。 外 径 为 ４２． ０ ｍｍ， 壁 厚 为 ３． ５ ｍｍ， 环 向 间 距 为 ３ ０ ｃｍ， 小 导 管 仰 角 为 ５° ～ ７°， 小 导 管 顶 端 压 成 尖 锥 形 以 利 于 小 导 管 打 入 钻 孔 内 。 小 导 管 每 间 隔 ２ 根 安 装 １ 根 注 浆 管 ， 注 浆 用 的 超 前 小 导 管 ， 在 前 端 ５ ｍ 范 围 内 制 作 成 花 管 ， 孔 径 为 ８ ｍｍ， 梅 花 形 布 置 ， 纵 向 孔 间 距 为 １５ ｃｍ， 注 浆 小 导 管 仰 角 为 １５° ～ ２０°。 管 棚 形 成 后 ， 采 用 反 抓 扒 出 ０． ８ ｍ 范 围 内 的 洞 渣 ， 隔 ０． ５ ｍ 立 一 榀 钢 拱 架 ， 然 后 打 入 超 前 小 导 管 及 注 浆 管 ， 再 对 管 棚 喷 射 ２０ ｃｍ 厚 的 Ｃ２０ 混 凝 土 进 行 封 闭 ， 再 进 行 小 导 管 注 浆 ， 并 预 留 至 少 ３ 个 深 入 拱 顶 空 腔 内 的 注 浆 孔 ， 塌 方 段 支 护 完 成 后 ， 向 拱 顶 空 腔 内 喷 送 瓜 子 石 将 拱 顶 空 腔 填 满 ， 再 进 行 注 浆 固 结 。 ２ ． ５? 塌 方 注 浆 注 浆 材 料 采 用 水 泥 浆 液 ， 水 灰 比 １∶ １（ 重 量 比 ， 注 浆 时 必 须 由 计 量 器 计 量 ） ， 注 浆 压 力 ０ ５ ～ １  ０ ＭＰａ， 并 根 据 现 场 实 际 情 况 调 整 注 浆 压 力 ， 确 保 注 浆 时 不 冒 浆 和 串 浆 。 注 浆 前 ， 先 对 塌 方 体 表 面 采 Ｃ２０ 混 凝 土 封 闭 表 面 ， 以 减 少 在 注 浆 过 程 中 出 现 的 漏 浆 现 象 。 注 浆 过 程 中 ， 若 出 现 长 时 间 无 压 力 ， 但 吃 浆 量 很 大 的 情 况 ， 应 该 立 即 停 止 注 浆 ， 选 择 附 近 的 注 参 ? 考 ? 文 ? 献 ［ １］ ? 何 晓 明 ， 段 学 超 ． 隧 道 超 前 小 导 管 注 浆 工 艺 探 讨 ［ Ｊ］ ． 山 西 建 筑 ， ２００４（ ３） ： １１３１１４． w w w .ky114 .c n ［ ２］ ? 张 ? 勇 ． 大 管 棚 和 小 导 管 超 前 支 护 在 隧 洞 掘 进 中 的 应 用 ［ Ｊ］ ． 浆 管 继 续 注 浆 。 为 了 提 高 注 浆 效 果 ， 加 快 施 工 进 度 ， 在 水 泥 浆 拌 制 过 程 中 可 考 虑 加 入 外 加 剂 （ 膨 胀 剂 、 早 强 剂 、 减 水 剂 ） ， 掺 量 通 过 相 关 试 验 结 果 确 定 。 甘 肃 农 业 ， ２０１１（ １１） ： ６６６７． （ 收 稿 日 期 ? ２０１４０６２３） · ６９５·
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