诺普矿业工程斜坡道第四系表土层施工技术方案.docx

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诺普矿业工程斜坡道第四系表土层施工技术方案

诺普矿业工程斜坡道第四系

表土层施工技术方案

（粘土、粉质粘土及钙质粘土等不透水层）

中铁十四局集团有限公司

安徽诺普矿业工程项目经理部

二○○八年十月十八日

诺普矿业工程斜坡道第四系表土层施工技术方案

（本方案应用范围：

第四系富水性较弱的粘土、粉质粘土及钙质粘土层）

安徽诺普铁矿辅助斜坡道设计全长4580米。

为了确保第四系表土层斜坡道的施工安全及整体工程质量，斜坡道如何穿过（中细砂、钙层、砂砾石等含水层和风化基岩破碎带除外）粘土、粉质粘土、钙质粘土层，针对以上地层的开挖、临时支护及永久性支护（二衬）施工技术方案编制如下：

一、掘进及临时支护总体施工方案

1．超前支护方式：

对于第四系粘土、粉质粘土、钙质粘土层斜坡道的掘进施工，为防止开挖后的临空面掉土坍塌，必须采取超前支护预防措施。

本工程开挖之前，采用打入小管棚的超前支护方式，以确保安全开挖；

2．开挖方式：

软弱土层较宜采用分层、分步的方法进行开挖。

针对第四系粘土层采用正台阶法开挖方式，分上下两个台阶开挖，下台阶分左、右交错前进开挖。

首先开挖洞身上半部分（即断面起拱线以上），完成顶部的临时支护后，再开挖起拱线以下部分。

上、下台阶开挖面错步距离控制在1.0~1.5米之内，同时应注意观察围岩性质随进尺的变化情况，严禁错距过大。

错距一旦过大，上导坑的临时支护产生变形过大甚至失稳。

总之，严格执行“短进尺、强支护”的原则；

3．预留沉降收敛量：

洞身开挖断面尺寸在图纸断面设计尺寸的基础上扩大15cm作为洞身沉降收敛预留量；

4．临时支护设计方案：

临时支护骨架采用16#工字钢型钢拱架全断面封闭成环，纵向榀间距0.5m，且采用环向间距1.0m、规格Φ22钢筋纵向联结，在每榀拱架的拱顶、起拱线及边墙上下等受力弱点共打设长度2.5m、Ф18螺纹钢的锁骨锚杆14根，然后铺设焊接规格Φ6mm网格度15×15cm钢筋网片，喷射C20素混凝土厚度20cm；

5．工序间错步距离：

仰拱初支封闭施工作业面距离前方开挖掌子面长度控制在5~6米之间，永久性支护浇筑作业面距掌子面8.0~10.0m，在施工过程中定期对临时支护断面进行沉降收敛观测，如发现临时支护沉降收敛值过大时，及时调整临时支护参数，确保临时支护断面相对稳定，为后序施工提供安全空间及保证整体工程质量。

二、施工工艺

1.工艺流程

2.施工工序

2.1测量放样

施工测量人员采用全站仪及精密水准仪根据洞外地表导线、水准基准点引入洞内，根据斜坡道设计走向完成导线控制网的布设及中腰线的放样划线，项目部测量人员定期进行跟进布设复核。

（具体过程略）

2.2超前小导管超前支护

采用超前小导管是加固托撑开挖后拱部的土体，防止在开挖洞身时出现冒顶掉土，根据围岩性质可增加注浆作业效果更佳。

⑴超前小导管采用长3.5m，外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管制作，顶部削尖亦入土前行；

⑵根据小导管的环向设计间距40cm和开挖断面的中线，沿拱顶外轮廓线进行布孔放样，并以插钎作为标记控制小导管的间距；

⑶架设方向架，确定打孔方向、位置和仰角，采用风枪打眼成孔，钻孔方向要求顺直，不得弯曲和塌孔等。

钢管沿斜坡道走向以10～12o外插角打入拱部围岩土层，钢管环向间距40cm，每两个循环（前后两排）之间钢管搭接长度不少于1.0m。

2.3洞身开挖及临时支护方法

首先开挖洞身上半部分（即断面起拱线以上），完成顶部的临时支护后再开挖下部。

上、下台阶开挖面错步距离控制在1.0~1.5米之内，同时应注意观察围岩性质随进尺的变化情况，错距不宜过大。

总之，掘进过程中确保施工作业安全可靠。

机械开挖过程中，边开挖边提升出渣，如果机械作业能力受限，需要配置一定的人工配合装渣，尽量提高出渣效率，缩短整个循环作业时间。

同时要准备冒顶及偏邦的应急预防措施，在来不及初喷的情况下，如局部焊接设置锚杆搭设木板防坠落土块。

具体控制要点如下：

⑴洞身开挖断面尺寸在图纸断面设计尺寸（见附开挖断面设计图）的基础上扩大15cm（作为预留洞身沉降收敛值）,即掘进及临时支护施工完成后的洞身轮廓尺寸比永久性二衬混凝土外轮廓尺寸大15cm。

⑵严格按照台阶法施工，禁止全断面开挖及每循环超进尺，上台阶每循环开挖进尺控制在1.0~1.5米之内，分台阶开挖方式控制要点如下：

①首先对起拱线以上部分开挖，每次开挖进尺约1.0m左右,然后支立上台阶钢拱架，在每榀拱架的拱部及两侧各用2根锚杆打入、尾端弯折搭接焊固定；

②然后交错对边墙开挖施工，每开挖0.5米（一榀）后，支立型钢腿架与拱圈联结，底脚用混凝土楔块塞垫，禁止连续开挖2榀以上，致使拱圈底脚悬空时间过长，极易发生上导坑的临时支护底脚失去支撑持力点，突然发生沉降。

③当前方掘进掌子面距后方临时临时支护封闭成环前断面5.0~6.0m时，回头立即开挖仰拱底板土基焊接钢支架的底拱，确保拱架成环后喷射C20素混凝土封闭；

④待喷射砼的强度达到设计强度的80%后，可进行二次开挖，绑扎永久性钢筋混凝土底板钢筋、并立模浇筑底板、仰拱填充及部分边墙砼。

⑶当机械开挖出洞身大样轮廓后，需要小型挖掘机具配合人工修整轮廓，边修整边测量复核，直至修整至所需轮廓尺寸，绝对不允许出现超欠挖现象，对于出现超挖部位采用素砼充填。

⑷施工过程中一定做好洞内初支到掌子面间的排水工作，绝不允许洞内积水，可采用人工配合继电式污水泵进行排水。

2.4初喷素砼

斜坡巷道洞身开挖完成后，开挖断面后如有必要，应及时进行素混凝土初喷，确保后序工程安全作业。

对于围岩松散段落，开挖洞身后，容易出现偏邦冒顶现象，要及时对整个洞身的拱部及边墙进行喷射5cm厚的C20砼封面，然后才能进入下道工序的作业。

2.5型钢拱架制作支立

⑴钢架加工制作

16#工字钢型钢钢架在洞外采用型钢弯曲机分段加工，加工过程中严格按设计半径控制型钢拱架的曲率，每榀拱架分5段编号拼装，每片端部焊接1cm厚的20×30mm联结板（至少设置四个螺栓孔）,焊接联结板时严格控制好板面与型钢端面的设计角度。

拱架安装前按设计要求对各部位尺寸、焊接质量进行检查验收，加工质量不合格的禁止使用。

⑵钢架施工工艺框图

⑶施工要点

①按照台阶开挖顺序首先安装拱圈部位的型钢拱架，每安装2榀拱部型钢拱架后，再次交错安装边墙拱架。

确保每榀拱架的平面与巷道纵向轴线垂直，另外，在拱架在铅锤于巷道底板（即底板法线）的基础上，设立3~5°的迎山角-----即将整个型钢拱架沿底脚为轴向上山方向倾斜3~5°（或者以型钢拱架拱圈顶部为轴点，底脚向下山方向偏转3~5°）作为迎山角，如下图：

掘进方向

②对于每榀钢拱架采用5片封闭成环，对于每片钢拱架端部焊接1.0cm厚的20cm×30cm钢板，每两片间采用螺栓固定联结端部钢板，钢板间确保联结紧密。

③对于两相邻钢拱架不可同时均在拱顶处设置片间联结点，即相邻榀间钢拱架的拱顶联结点应尽量错开，不能在同一纵向轴线上，防止拱顶处形成薄弱纵向断面，因受力出现裂缝；

④安装边墙拱架之前，清除底脚处浮碴，超挖处（即墙身拱架底脚处）加设砼垫块，其中间段接头板用砂子埋住，以防喷射砼堵塞接头板螺栓孔。

按设计焊连定位钢管，用于调整拱架定位，调正定位好拱架后，再行安装焊接两榀间Φ22纵向连接筋，纵向连接筋按环向间距1.0米设置，每三榀间的Φ22纵向连接筋应交错布置。

⑤底拱型钢拱架的安装必须按设计要求进行开挖拼装，且与边墙底脚必须采用钢板螺栓斜接，禁止采用焊接方式施工。

⑥严格控制中线及标高。

因设迎山角的原因，拱架起拱线以上与岩面间可塞设楔形砼或木垫块，确保岩面与拱架全表面密贴，增大持力面。

拱脚须支在基底上不得悬空，若悬空或下面为软弱土层必须用洞口外的矿石块或砼块、片石塞紧。

拱架安装后必须保证平面与侧墙的垂直度，不能发生扭曲变形，并注意及时施工锁骨锚杆，做到整体牢固。

2.6锁骨锚杆的施工

为了加强型钢拱架的稳定及支撑作用，在型钢拱架的受力薄弱点设置膨胀水泥药卷锚固类型的锚杆，锚杆规格采用Φ18，长2.5m。

每榀拱架的拱顶、起拱线处及边墙上下分别设锁脚锚杆各2根，每侧边墙拱架中部设锚杆2根，锚杆布置位置随同每榀型钢拱架，每榀全断面合计14根。

⑴施工工艺流程

施工中严格按照如下顺序进行：

清理开挖面、施工锚杆孔、清孔、塞入锚固剂、送入锚杆、两锚杆尾部对向弯折搭接后焊牢。

⑵对于锁点处的锚杆施工方式：

在井巷内采用风枪钻杆钻出安装孔后，将锚固剂药卷浸湿后塞入安装孔内，锚杆在无旋转状态下由单体锚杆机或风煤钻机顶入填充锚固剂的锚杆安装孔中，送入洞身土体内长度1.7m，实现从孔底到孔口的全长粘结锚固，两锚杆剩余0.3m尾端部分用气焊配合相关机具弯折搭接焊牢，形成对型钢拱架的捆绑形式；

⑶锚杆质量检查和验收

锚杆孔主要检查锚杆的孔位、孔向、孔径、孔深质量等项目，锚杆体主要检查锚杆材质、长度、直径、锚固剂性能等，最后是按规范要求抽样进行锚固力检查，其平均值不能低于设计值，以确保锚杆施工质量。

2.7钢筋网的安装

开挖初喷后，清理喷射砼表面，完成支立型钢拱架，将规格Φ6mm、网度15cm×15cm的网片铺设在每两榀拱架之间，两端焊接在工字钢拱架顶部翼缘板上。

2.8喷射混凝土

临时支护采用C20强度等级，喷射混凝土采用湿喷工艺施工。

混合料采用JDC350型强制式拌和机拌和，绞车提升矿斗送入洞内。

⑴喷射混凝土施工工艺流程

⑵原材料规格及混凝土质量控制要求

①原材料严格按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）的规定进行。

其中：

骨料5~16mm、砂率51%、海螺牌P.O42.5水泥、湿喷混凝土用水采用对混凝土无腐蚀的饮用水，PH值不小于4、硫酸盐含量（以SO42-计）不超过1%的清水（按重量计）；

②C20喷射混凝土试验室配比设计每立方砼材料用量是：

水泥：

中砂：

碎石：

水:

速凝剂=466kg：

826kg：

793kg：

215kg：

27.96kg；

③坍落度控制在12～16cm，并且具有良好的粘聚性；

④砼拌和料停放时间不大于30min，喷射砼的初凝时间不小于5min，终凝时间不大于10min。

⑶施工要点

①受喷面清理

按要求全面清理待喷射的基面，用喷气法清理岩石表面。

喷射前认真检查巷道断面，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，在起拱线处的拱架对接板上下严禁出现欠挖土，一定要对拱架间的欠挖土彻底清理干净，确保喷射混凝土的厚度和整体性。

对破损岩面，清除所有暴露的破损岩石，并在破损岩面范围内安装附加的岩石加固钢筋或钢支撑。

在有水从岩石流出的地方，利用排水沟等方式在实施喷砼前导流出去。

二次喷射混凝土时，清除已喷混凝土的剥离部分，以保证新老混凝土之间具有良好的粘结强度。

被覆盖的喷砼层首先达到初凝，并使用扫帚、水冲法除去所有松散物、尘土或其他有害物质。

②喷射砼施工操作

喷射混凝土采用湿喷工艺，严格按设计配合比进行拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。

混合料在运输、存放过程中，严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机前过筛。

喷射作业应分段、分片由下而上先墙后拱顺序进。

回弹料禁止再次使用。

喷混凝土设计厚度较厚时，一般分二次施喷完成，第一次喷射混凝土后，后一层在前一层混凝土终凝后进行。

若终凝1h后再喷射时，先用风水清洗喷层面。

喷射混凝土作业紧跟开挖面。

③喷射混凝土养生

新喷射的混凝土按规定洒水养护。

当干斑点首先出现在喷砼层表面时，利用水枪每4小时喷水一次，保持混凝土湿润，养护时间至少7天。

④有水地段喷射混凝土

有水地段喷射混凝土采取下列措施：

洞壁设置泄水孔，边排水边喷混凝土。

同时增加水泥用量，改变配合比，喷混凝土由远而近逐渐向涌水点逼近，然后在涌水点安设导管，将水引出，再向导管附近喷混凝土。

三、对于斜坡道与地表过路口交叉段的施工方案

本工程斜坡道地表段第四系粘土层属Ⅵ级围岩，K0+200~K0+218（水平距离）段恰好处于中煤三建施工场地进出口处，地表至巷道顶板土层厚度埋深在30米左右，为避免交叉施工地表行车加载给斜坡道施工带来的干扰危害，我们采用浅埋暗挖法施工。

因为浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程，围岩自承能力很差，为控制地表沉降，临时支护刚度必须大、要及时。

要做到这点，必须遵守“短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的方针，初支从上向下施工，初支基本稳定后，立即从下到上进行二衬永久性支护施工。

　即在超前小管棚、型钢或格栅拱架支护技术、正台阶环形开挖留核心土方法、监控量测技术等基础上，建立软弱地层必须快速施工的理念，突出时空效应对防塌的重要作用。

具体采取措施如下：

1．施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序内容。

施工前，在路与斜坡道交汇处设立沉降观测点，在地下掘进施工期间，每天至少观测一次，通过数据分析掌握地层沉降变化情况指导地下施工工序的作业安排；

2．在前面施工方案的基础上，开挖每循环进尺不超过1.0m,临时支护底拱封闭作业面距掌子面不超过5.0m,永久性支护施工作业面距掌子面距离不超过8.0m，喷射砼厚度在原来20.0cm的基础上增加5.0cm，且砼等级提高为C25；

3．临时支护型钢拱架榀间距缩短为0.4m，在拱顶、两侧起拱线及底脚五个部位采用14型槽钢纵向焊接，使过路段16.0m长的整个临支型钢拱架形成一个钢结构受力整体；

4．对永久性支护设计进行修正，二衬砼厚度由原设计55cm增加为60cm，适当加密钢筋间距，同时提高永久性支护砼强度等级，由原设计C20提高到C30，并掺加早强剂；

5．在路口地下初支底拱未封闭期间，地表设专人值班看守，与相关施工单位协调，禁止30t以上荷载横穿巷道顶部；当临时支护完成底拱封闭后，永久性支护未施工前，禁止30t以上荷载横穿巷道顶部；

6．制定预防特殊情况下的沉陷应急支护加固予案，确保顺利通过斜坡道与地表的交叉路口。

四、模筑衬砌混凝土施工方案

1．二次模筑混凝土在围岩及临时支护的变形基本稳定后施作，变形基本稳定应复合下列条件：

巷道周边变形速率明显趋于减缓；水平收敛（拱脚附近）速度小于0.5mm/d，拱部下沉速度小于0.3mm/d；施作二衬前的累计位移值，已达到极限相对位移值的80％以上。

2．衬砌施工顺序为：

首先施工仰拱或底板混凝土，再次浇筑拱部及边墙砼。

2.1衬砌施工的工序安排为：

首先进行仰拱开挖，绑扎钢筋，浇筑混凝土，同时绑扎部分拱墙钢筋，浇筑50cm高的拱墙砼。

仰拱先于拱墙施工一方面有利于临时支护的稳定，又利于衬砌台车的行走。

一般直线段拱墙衬砌用6.0m长衬砌台车内模进行浇筑，曲线加宽地段采用简易台架组合钢模板进行衬砌，采用插入式振动棒振捣，个别部位采用附着式振动器加强振捣。

2.2洞外设砼拌和站，采用集中拌和，自动计量配料机配料，砼输送泵送至洞内。

对于长距离掘进浇筑方案：

输送泵进洞紧跟台车，采用自制轨道混凝土运输矿车运送洞内，经二次搅拌后提升进入输送泵、泵送入模振捣密实、养护成型。

五、监控量测

1．监控量测的意义

根据本段地质较差围岩软弱的特性，有必要对该段地表及临时支护进行监控量测。

监控量测具有以下作用：

1.1根据变形情况进行数据分析，能够及时快速的修正支护参数。

1.2根据量测数据采取相应措施从而保证斜坡道软弱围岩段施工安全。

1.3通过一段时间的监控量测，能较真实的反映围岩变形和位移的规律，以指导斜坡道后期施工。

1.4通过对围岩的变形观测和分析，正确地应用支护手段，确保工程质量；

1.5积累资料为以后同类工程施工积累经验，以利提高设计质量施工技术水平。

2．监控量测项目

监控量测的内容主要有：

浅埋段的地表沉降、洞外地形地貌踏勘、洞内掌子面地质素描、临时支护体的拱顶下沉、净空收敛。

六、施工进度计划分析

1．上台阶施工每循环进尺1.0m，工序内容：

开挖、出渣、支立拱架、喷射砼等。

工序平均耗时（含间歇损耗）：

6.0h；

2．下台阶施工每循环进尺按1.0m计算，工序内容：

开挖、出渣、支立拱架、喷射砼等。

工序平均耗时（含间歇损耗）：

3.0h；

3．仰拱初支封闭工序平均耗时（含间歇损耗）：

3.0h；

4．永久性支护施工与临时支护形成搭接流水作业，即不占用临时支护施工时间；

5．因此，平均每天可进行整个巷道全断面掘进、临时支护进尺2.0m，每月施工进度平均60.0m；

6．根据前述1、2、3、4、5分析----3天可完成临时支护6.0m,。

而永久性支护每模浇筑长度6.0m,即临时支护施工3天进尺可满足永久性支护进行一个循环施工。

永久性施工每循环作业内容及耗时：

底拱混凝土浇筑1天，绑扎钢筋1天，台车移位支立内模并完成浇筑墙身及拱部砼1天。

7．因此，完成整个工程内容，施工进度平均可达60.0m/月。

在以后的施工中，针对各工序不断进行优化配置，不断提高施工效率，确保满足工期要求。

七、施工安全、质量保证措施及注意事项

1．现场必须配备专职工班长跟班，协调指挥现场人员统筹作业，加强安全保护措施和作业人员的定期安全培训工作；

2．工程施工过程中,安全员要随时跟班检查邦顶围岩情况，严防片邦冒顶、伤害人员和设备；

3．施工前制定并落实危险源应急预案，开挖过程中一定按要求进行超前探水，防止突水的发生，保证施工的安全；

4．现场技术人员做好跟班作业，开挖后及时查看掌子面情况，如有大量水涌出，应及时向领导汇报；

5．现场技术人员及安全员应随时观察已成型的临时支护的稳定情况，若发现临时支护有裂缝或变形应及时汇报；

6．监控量测人员应坚持做好监控量测工作，及时为施工提供可靠的数据；

7．建立健全质量保证体系，各分项、工序设置专职质检员进行严格控制；

8．严格执行自检、抽检程序，不合格工序未经整改严禁进入下道工序的施工；

9．施工过程中，严格按照施工工艺进行操作，并注意影响质量的各关键控制点；

10．加强控制进场设备、材料的质量控制，对参与施工的人员进行质量意识教育。