周 橋

（北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083）

1 工程概況

武平紫金230斜坡道硐口位于武平縣中堡鎮(zhèn)嶺頭村，斷面為4 m×3.8 m的斜坡道通-160 m水平斜坡道所處地段。根據(jù)文獻(xiàn) [1]及2005年6月紫金山地質(zhì)處提供的資料，該礦床工程地質(zhì)巖組劃分為堅(jiān)硬巖組、堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖組、半堅(jiān)硬巖組、松軟巖組四類。①堅(jiān)硬巖組：主要有粗安巖、花崗巖，分布于整個(gè)礦區(qū)。花崗巖為主要圍巖，巖石完整，但局部存在構(gòu)造破碎帶和強(qiáng)烈蝕變?？箟簭?qiáng)度值一般為60.8～95.9k Pa。②堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖組，該組巖性為變質(zhì)砂巖，巖石普遍綠泥石化，局部蝕變強(qiáng)烈?？箟簭?qiáng)度30～60k Pa。③半堅(jiān)硬巖組，該組巖性為凝灰質(zhì)礫砂巖和英安巖，抗壓強(qiáng)度略大于30k Pa。英安巖常為礦體頂板，分布較廣。④松軟巖組，地表殘坡積土、洪沖積土及強(qiáng)風(fēng)化巖組組成，厚度一般10～20 m。

礦區(qū)常見一些規(guī)模大小不一、呈透鏡或不規(guī)則狀產(chǎn)出的構(gòu)造破碎帶，帶中巖石往往被擠壓破碎形成松散狀，裂隙發(fā)育，它往往造成漏水、涌水、坍塌、掉塊或水位突變等水文異常現(xiàn)象。給斜坡道進(jìn)出口施工和斜坡道的穩(wěn)定性帶來較大的困難。

2 超前錨桿加固設(shè)計(jì)

超前預(yù)加固技術(shù)，因其相對(duì)于井巷的施工 （主要是相對(duì)于復(fù)合式襯砌）為輔助施工措施，因此國(guó)內(nèi)習(xí)慣上稱作輔助工法，而國(guó)外多稱預(yù)加固技術(shù)或地層處理技術(shù)，為便于論述和交流，稱為預(yù)加固技術(shù)。超前預(yù)加固技術(shù)除超前錨桿外，還有小導(dǎo)管、管棚、水平旋噴注漿、機(jī)械預(yù)切槽襯砌法、盾構(gòu)法等，但由于這些方法成本昂貴或施工擾動(dòng)大，不太適合礦山使用。而對(duì)于超前錨桿支護(hù)，以往采用5～10 m的中長(zhǎng)錨桿，不能用掘進(jìn)巷道的淺孔鑿巖設(shè)備打錨桿孔，阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取其他隧道施工工程類比，認(rèn)為較為合理的施工辦法是采用超前支護(hù)措施。根據(jù)文獻(xiàn) [3]，該破碎帶圍巖為隧道IV～V級(jí)圍巖，可及時(shí)采用超前錨桿加固，形成巖石圍壁，提高圍巖的自穩(wěn)能力，從而保證施工的順利進(jìn)行。

對(duì)徑向錨桿支護(hù)的理論研究方面，目前有壓力拱理論、懸吊理論、最大水平應(yīng)力理論、裂隙體理論、圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論、斷裂損傷理論、增韌止裂理論、巷道圍巖的關(guān)健承載圈理論及錨桿支護(hù)的擴(kuò)容——穩(wěn)定理論等。但在超前錨桿原理研究方面，雖然認(rèn)為有 “銷釘”作用、組合梁作用、人為拱效應(yīng)作用原理等，但至今對(duì)其預(yù)支護(hù)的機(jī)理研究遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，且機(jī)理研究多停留在定性的解釋上，缺少完整的理論體系和計(jì)算方法。因此，在本課題中，采取對(duì)破碎帶先進(jìn)行具體再分類 （在另文發(fā)表），結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)，確定超前錨桿加固參數(shù)。

（1）設(shè)置范圍：對(duì)于拱部超前錨桿，設(shè)斜坡道拱部外弧半長(zhǎng)為a，則L=1/2～2/3 a。式中L為需要設(shè)超前錨桿范圍內(nèi)之半弧長(zhǎng)。

（2）錨桿直徑：IV類圍巖為20 mm，V類圍巖為22 mm。

（3）錨桿長(zhǎng)度：為3.5 m與鉆孔機(jī)具的鉆孔能力和開挖工序的循環(huán)進(jìn)尺相配合。拱部超前錨桿縱向兩排之間，應(yīng)重疊l m以上的水平搭接段。

（4）錨桿間距 （徑間距與排距相等）：IV類圍巖采用0.4 m，V類圍巖采用0.3 m。

（5）錨桿鉆孔：鉆孔直徑D=40 mm。拱部超前錨桿孔口位于開挖輪廓線以外10～20c m。

（6）錨桿外插角：拱部為IV類圍巖采用8o，V類圍巖采用15o。

3 聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)

由于破碎帶圍巖表面約束能力差，使得支護(hù)體首先在較為薄弱的地方出現(xiàn)過量變形、巖石松動(dòng)和破壞，因此采用噴混凝土、徑向錨桿、內(nèi)置拱形槽鋼、充填噴混凝土等聯(lián)合支護(hù)方式，依據(jù)文獻(xiàn) [5]分別按IV類，V圍巖設(shè)計(jì)。

（1）錨桿直徑：同上文超前錨桿設(shè)計(jì)。

（2）錨桿長(zhǎng)度：為4 m與鉆孔機(jī)具的鉆孔能力和開挖工序的循環(huán)進(jìn)尺相配合。

（3）錨桿間距 （間排距相等）：對(duì)于徑向錨桿，IV類圍巖采用0.8 m，V類圍巖采用0.6 m。

（4）錨桿鉆孔：鉆孔直徑D=40 mm。拱部超前錨桿孔口位于開挖輪廓線以外10～20c m。

（5）錨桿外插角：拱部為IV類圍巖采用8o，V類圍巖采用15o。

（6）內(nèi)置拱形槽鋼間距：IV類圍巖為1.5 m，V類圍巖為1.2 m。

（7）噴、充填混凝土標(biāo)號(hào)：200#，早強(qiáng)水泥砂漿。

（8）壁后充填厚度：150 mm。

4 施工工藝

在確定了設(shè)計(jì)方案后，施工工藝流程為：①超前錨桿鉆孔與安裝：即先用淺孔鑿巖設(shè)備打超前錨桿孔，然后插入縱向錨桿 （鋼筋）；②縱向噴混凝土，再噴斷面四周；③ 徑向錨桿鉆孔與安裝；④內(nèi)置拱型槽鋼：將預(yù)先焊接及栓好接口的拱型槽鋼用鐵絲或鋼筋等相互連接；⑤填混凝土：即壁后充填。在模板里有內(nèi)置拱型槽鋼，另外里面加均勻鐵絲 （網(wǎng)）或鋼筋，然后澆混凝土。

在超前錨桿安裝后，用拱形槽鋼圈連接插入掌子面的鋼筋，這樣使鋼筋所受的豎向卸荷力被拱分散到巷道 （隧洞）兩側(cè)和地面的巖石上。及時(shí)噴射了砼，能及時(shí)對(duì)圍巖提供抗力，并可噴入裂隙的一定深度內(nèi)，對(duì)巖體進(jìn)行加固，以抵抗巖石的剪切，提高圍巖的承載能力。采用噴混凝土、再打徑向錨桿 （文獻(xiàn) [3]錨桿施工一般規(guī)定），也可以是打完徑向錨桿后，繼續(xù)再噴混凝土。通過這種聯(lián)合支護(hù)，使拱頂一方面避免了由于巖石不斷風(fēng)化而由小塌方變大塌方的危險(xiǎn)，另一方面，也不可能發(fā)生大的卸荷變形坍塌。

值得注意的是，在施工時(shí)要保持毛斷面，符合設(shè)計(jì)要求，輪廓線圓滑平整，必須采用光面爆破，保證光爆質(zhì)量，減少巖石破壞。光爆成形規(guī)整，可減少局部支護(hù)體上應(yīng)力集中，使變形壓力在支護(hù)體均衡分布，并使支護(hù)厚度均勻。均勻的支護(hù)體，能更好承受較大的變形應(yīng)力。

另一個(gè)要說明的問題是，在打完徑向錨桿后，也可鋪設(shè)金屬網(wǎng)，這樣可以相應(yīng)增大錨桿托板的面，從而改變了原來的四壁的點(diǎn)錨固，為全面積錨固擠壓，在錨桿長(zhǎng)度相同、密度相同的情況下，增大擠壓加固拱的厚度，提高工程的抗破壞力。

在實(shí)際施工時(shí)，在錨噴后，即釋放圍巖大部分壓力的柔性支護(hù)后，再內(nèi)置拱型槽鋼，然后用充填混凝土，形成很強(qiáng)剛性支護(hù)，阻止了工程圍巖的變形。

5 結(jié)論

（1）采用超前錨桿的施工工藝，用淺孔鑿巖設(shè)備鉆，一個(gè)小班可鉆3.5 m的孔10～15個(gè)，與其他超前支護(hù)方式比，無論在工時(shí)和材料消耗方面，都是經(jīng)濟(jì)的，并且安全可靠性強(qiáng)。

（2）在錨噴柔性支護(hù)后，然后內(nèi)置拱形槽鋼，進(jìn)行壁后充填等剛性支護(hù)，既釋放了一部分壓力，又阻止了巷道的變形。經(jīng)成巷三月后監(jiān)測(cè)，該破碎帶斜坡道的變形量只有0.01 m。

（3）用超前短錨桿，縮小錨桿間距的聯(lián)合支護(hù)方法，可降低支護(hù)成本，確保安全、提高巷道成巷速度。