王 杰，潘昭穎，吳秀儀

（1.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.重慶市國(guó)能礦業(yè)權(quán)資產(chǎn)評(píng)估有限公司，重慶 401122）

1 引言

斜井是直通地面的傾斜坑道，是重要的地下工程之一，在地形地貌及巖層賦存等條件適合時(shí)，采用斜井施工有著投資省、工期較短、施工難度較小等優(yōu)勢(shì)［1-3］，如隧道工程為加快施工速度而開鑿的輔助斜井、水利水電工程中的各種傾斜引水隧洞、礦山開發(fā)中開拓斜井等。當(dāng)斜井井口布置在山區(qū)或丘陵地帶，洞口段往往覆蓋有表土層或強(qiáng)風(fēng)化巖體。斜井洞口段是斜井的淺埋段，從斜井洞口位置到斜井埋深為2～2.5 倍自然冒落拱高度的位置。

2 洞口段的施工及支護(hù)技術(shù)措施現(xiàn)狀

目前洞口段的施工及支護(hù)技術(shù)措施主要有凍結(jié)法、固結(jié)灌漿法以及超前支護(hù)、小斷面分部開挖法等幾種。

2.1 凍結(jié)法

立井施工中應(yīng)用凍結(jié)法工藝、加強(qiáng)支護(hù)的方式通過洞口段。當(dāng)井筒穿過沖積層、松軟巖層，常采用凍結(jié)法開鑿立井井筒，其凍結(jié)深度穿過風(fēng)化帶延深至穩(wěn)定基巖。當(dāng)凍結(jié)的圍巖體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，隨即開挖施工，支護(hù)形式為雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁，凍結(jié)法施工可使井筒安全穿越表土段，但存在凍結(jié)系統(tǒng)較復(fù)雜、施工工期較長(zhǎng)、工程造價(jià)昂貴、適用范圍有限等特點(diǎn)［4-5］。

2.2 固結(jié)灌漿法

當(dāng)井筒穿過表土段、強(qiáng)風(fēng)化段、圍巖破碎段時(shí)，通過施工鉆孔，利用注漿設(shè)備將高標(biāo)號(hào)的水泥漿液或化學(xué)漿液壓入巖體中，使之封閉裂隙，加強(qiáng)基巖的完整性、提高巖體強(qiáng)度、減少巖體的變形與不均勻沉陷，從而使井筒安全穿越洞口段。固結(jié)灌漿存在灌漿系統(tǒng)較復(fù)雜、支護(hù)成本較高的特點(diǎn)，特別是在圍巖破碎帶，節(jié)理、裂隙極為發(fā)育的地段，其灌漿量大幅提高。固結(jié)灌漿技術(shù)廣泛應(yīng)用于加固工程中，技術(shù)相對(duì)成熟，但由于其施工過程管理不到位，容易造成工程失?。?-8］。

2.3 超前支護(hù)、小斷面分部開挖法

將一系列鋼管沿井筒外輪廓線以一定傾斜角度打入開挖面前方的巖層，從而支撐來自井筒外側(cè)的圍巖壓力，然后在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行小斷面分部開挖，以此降低對(duì)圍巖的擾動(dòng)。超前支護(hù)、小斷面分部開挖方式其施工工藝簡(jiǎn)單、支護(hù)成本較低，但因支護(hù)強(qiáng)度有限，多適用于較穩(wěn)定的圍巖體。同時(shí)因小斷面分部開挖，存在施工工期長(zhǎng)的缺點(diǎn)［9-11］。

3 斜井鎖口段的快速施工與支護(hù)措施

當(dāng)井筒洞口段埋深較淺時(shí)，上覆巖層風(fēng)化較嚴(yán)重、巖體較為破碎，井筒施工后地面易塌陷，洞口外的山體受開挖影響易引發(fā)滑坡，并對(duì)井筒產(chǎn)生偏壓。因此洞口段施工，特別是表土段與基巖的過渡段的施工難度較大。為安全穿越斜井洞口段，首先在表土段、巖體破碎段與風(fēng)化巖體段，采用超前支護(hù)、人工開挖，鎖口段采用鋪鋼筋網(wǎng)、架設(shè)格柵拱架及噴射混凝土的加強(qiáng)支護(hù)；鎖口段至基巖段采用鋪鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架及噴射混凝土的聯(lián)合支護(hù)方式，最后對(duì)鎖口段至基巖段全部澆筑鋼筋混凝土。

3.1 超前支護(hù)

井筒開挖面采用超前管棚加密支護(hù)。當(dāng)斜井井筒斷面較小時(shí)可采用小直徑的管棚。小管棚直徑一般為φ32～50mm 范圍內(nèi)，管長(zhǎng)以3.5～5m 為宜，環(huán)向間距一般取0.3～0.5m，水平搭接長(zhǎng)度1～1.5m，管棚與斜井掘進(jìn)方向的夾角為5～10°

3.2 人工開挖

因過渡段圍巖不穩(wěn)定，如采取鉆爆法施工，極易引起圍巖塌方，因此需采用人工短掘砌施工，掘砌段距離不得大于1m。用人工開挖0.3～0.6m 而后進(jìn)行永久支護(hù)。

3.3 鎖口段加強(qiáng)支護(hù)

人工開挖后立即進(jìn)行支護(hù)。架設(shè)3～5 榀格柵拱架、安設(shè)鎖腳管棚、噴射混凝土，與超前管棚聯(lián)成一體，形成加強(qiáng)支護(hù)段。格柵拱架間距為0.3～0.5m；鎖腳錨管直徑32mm、長(zhǎng)為4m 的，鎖腳錨管與邊墻的夾角為60°；每榀格柵拱架用連接筋連接。采用加強(qiáng)支護(hù)，從而保障鎖口段圍巖穩(wěn)定，有效防止因圍巖破碎、自承能力差而發(fā)生大面積塌方的現(xiàn)象。

3.4 鎖口段到基巖段聯(lián)合支護(hù)

鎖口段到基巖段因圍巖體從強(qiáng)風(fēng)帶、弱風(fēng)化帶逐步過渡到基巖段，井筒圍巖體由不穩(wěn)定逐步過渡到穩(wěn)定。這段井筒支護(hù)工藝可采取金屬網(wǎng)、鋼拱架、混凝土的聯(lián)合支護(hù)。井筒開挖后鋪金屬網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架，同時(shí)噴混凝土支護(hù)進(jìn)行初期支護(hù)，拱架的間距一般取0.5～0.8m。當(dāng)井筒開挖至基巖約5～8m 后，從開挖面向上進(jìn)行關(guān)模澆筑鋼筋混凝土，混凝土厚度為0.2～0.4m。

井筒掘進(jìn)至圍巖穩(wěn)定段5～8m 后，隨即采用常規(guī)的施工工藝、支護(hù)方式進(jìn)行施工。

4 工程應(yīng)用

涼山州某小型煤礦副斜井，斜井設(shè)計(jì)傾角為15°，斜井洞口處位半山腰部，表土層約20m，其中有近10m 的粘土、泥沙、沙夾石，近10m 不穩(wěn)定基巖；斜井掘進(jìn)斷面為14.2m2，屬于小斷面斜井。該副斜井穿過表土層逐步進(jìn)入表土段與基巖的過渡段時(shí)，副斜井的施工與支護(hù)難度很大，為安全穿越斜井洞口段，同時(shí)保障完工后斜井的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，需對(duì)該段的施工與支護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。

4.1 超前支護(hù)

在掘進(jìn)面，采用直徑32mm、長(zhǎng)為4m 的管棚進(jìn)行超前支護(hù)，管棚的環(huán)向間距為0.3m，水平搭接長(zhǎng)度為1m，管棚與斜井掘進(jìn)方向的夾角為5°。

4.2 人工開挖

因斜井洞口段表土層有近10m 的粘土、泥沙、沙夾石，近10m 不穩(wěn)定基巖。表土段與基巖的過渡段，圍巖極不穩(wěn)定。故采用人工短掘砌施工，掘砌段距離為0.3m。

4.3 鎖口段加強(qiáng)支護(hù)

人工開挖后立即進(jìn)行支護(hù)，鋪鋼筋網(wǎng)、架設(shè)3榀格柵拱架、安設(shè)鎖腳錨管、噴射混凝土，與超前管棚聯(lián)成一體，形成鎖口段的加強(qiáng)支護(hù)。格柵拱架的間距為0.3m，每榀格柵拱架2 用直徑為22mm的連接筋連接；鎖腳錨管的直徑32mm、長(zhǎng)為4m，鎖腳錨管與邊墻的夾角為60°，每榀格柵拱架安設(shè)8 根鎖腳錨管5。采用加強(qiáng)支護(hù)，保障鎖口段圍巖的穩(wěn)定。

圖1 鎖口段加強(qiáng)支護(hù)示意圖

圖 2 井筒頂部支護(hù)剖面圖

4.4 鎖口段到基巖段聯(lián)合支護(hù)

鎖口段到基巖段巖體從強(qiáng)風(fēng)帶、弱風(fēng)化帶逐步過渡到基巖段，井筒圍巖體由不穩(wěn)定逐步過渡到穩(wěn)定。井筒開挖前，采用直徑32mm、長(zhǎng)為4m 的管棚進(jìn)行超前支護(hù)，管棚的環(huán)向間距為0.5m。井筒開挖0.6m 后采用鋼拱架混凝土的聯(lián)合支護(hù)。先鋪金屬網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架，而后噴混凝土8 支護(hù)進(jìn)行初期支護(hù)。鋼拱架是用15kg 軌道加工而成，剛拱架的間距為0.6m。

當(dāng)井筒開挖至基巖5m 時(shí)，從開挖面向上井筒全斷面關(guān)模澆筑鋼筋混凝土，混凝土厚度為0.3m。

4.5 安全措施

井口工作范圍設(shè)置柵欄，人員進(jìn)出地點(diǎn)安裝柵欄門；斜井洞口安設(shè)阻車器、檔車欄、信號(hào)裝置，從而保障斜井井口段的安全施工。

5 結(jié)論

斜井施工相比于立井施工，在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上都有著一定的優(yōu)勢(shì)，而在其鎖口段的支護(hù)對(duì)于施工速度及安全等方面極為重要。斜井鎖口段的快速施工與支護(hù)技術(shù)有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）施工成本低、施工工期短：采用超前支護(hù)管棚、鋼筋網(wǎng)、格柵拱架、噴射混凝土層對(duì)斜井鎖口段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，與圍巖凍結(jié)法、固結(jié)灌漿法施工相比，其施工成本大幅降低。

（2）施工工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工人員易掌握：采用管棚進(jìn)行超前支護(hù)、格柵拱架對(duì)鎖口段進(jìn)行支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員易掌握、操作。

（3）對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度小：鎖口段采用采用人工短掘砌施工方式，對(duì)圍巖擾動(dòng)程度小，開挖后的井筒斷面形狀較鉆爆法施工的斷面規(guī)整，井筒圍巖較穩(wěn)定。

（4）適用范圍廣，易推廣：施工設(shè)備少、工藝簡(jiǎn)單、支護(hù)技術(shù)易操作。同時(shí)支護(hù)參數(shù)可根據(jù)斜井工程地質(zhì)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的參數(shù)，尤其適合在小斷面斜井的洞口段施工中易推廣應(yīng)用。