插板法在散体冒落围岩巷道掘进中的应用

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【摘 要】 插板法作为处理巷道垮冒的方法之一，有着广泛的应用。江西亚东水泥厂运料隧道穿过散体结构地层，掘进中出现垮冒，施工无法进行。针对垮冒段散体，采取插板法超前支护再开挖，取得了很好的效果。

【关键词】 散体围岩 垮冒 插板 支架

1 概况

江西亚东水泥瑞昌制造厂皮带通廊F～G段，由于地质和其它原因，F洞施工至前方52米处发生塌方，塌方长度约7米，导致 F～G段隧道的施工中断数月。

该隧道为半圆拱结构，毛断面尺寸：宽4.0m，墙高1.6m，拱半径2.0m。隧道围岩为粉质粘土，燧石条带灰岩，含燧石团块灰岩。隧道正好穿过土层和岩层的结合部。粘土与石块混杂，不便施工。

垮方区顶板为粘土，开挖5米后，临时支护用的钢筋网格支架被顶板散体压垮，在隧道上方地表，形成一个直径6～8米的塌陷坑，巷道顶板距地表约35米。

2 处理方案

2.1 原因分析

根据塌方区的围岩性质：为松散的粘土，夹杂少量石块。开挖后，暴露时间过长，在自重作用下冒落，经水浸泡，更易变形，含水量越少越稳定。

塌方区已与地表贯通，故不能采用将冒落物全部清除的方法进行处理，一是工作量大，二是会导致地表塌陷扩大，危害地表设施的安全。因此处理该塌方只能将巷道范围内的冒落物清除，阻止设计范围外的冒落物继续向下冒落。

垮冒区经数月沉积后，已有一定的自稳性（不再是粘质流动物）。为了形成安全的工作面，需要有一定的超前支护，才可预先稳定顶板粘土，防止其冒落。

2.2 处理方案

根据以上要求，结合类似工程的施工经验，采用插板法处理该垮冒区。插板从两支架之间斜插入冒落体，预先将开挖体和留置体分开，防止留置体冒落。插板法主要由两部分组成：支架和插板，支架起支撑作用，是临时支护的主要承受体，形状和巷道相同，略大于毛断面的尺寸（约100mm），防止因不可预见因素的影响使支架变形，影响永久支护层的大小。示意图如下：

1-背板；2-插板；3支架；4-拉杆；5-拱柱联接板；6-地梁

3 插板法参数

3.1 垮冒区巷道顶部压力的计算

由于围岩为散体结构，拱顶冒落后，形成自然平衡拱，其形状为抛物线形，因此对人工支架的压力最大就为冒落体的自身重力，故采用普氏压力公式确定竖向压力：

式中：h1―压力拱高，m；a―巷道宽度的一半，m；f―岩石坚固性系数，取1.5；h―巷道掘进高，m，取3.6；―内摩擦角（），34；

围岩压力p为：p=γh1=49.5 kPa；γ―围岩容重（KN/m3），取19

3.2 支架及插板

根据塌落拱的压力，通过计算及类似工程的比较，支架材料选用槽钢[14a加工而成，支架之间采用45号角钢焊接联接，支架拱部和柱腿分开加工，现场安装，柱、拱端部焊上钢板，采用先螺栓联接再焊接，将拱、柱联在一起。在支架底部用同型槽钢[14a作地梁。

插板材料选择：插板打入冒落的松散体中，能承载上部散体的压力。材料要轻便，便于操作。基于以上要求，选择角钢∠45×5作插板，沿拱部布置，插板间距300mm。采用机械设备将插板打入散体中。插板前端在前支架的上部，后端在后支架的下部，以承载支架作为分界点，前端长度是后端长度的5倍以上，否则，超前支护效果不佳。

支架间距按500mm一付，支架间距对插板的倾角有决定性的作用：支架间距越近，插板的仰角就越大，对支架的侧压力（沿巷道方向）越大，易使支架倾覆。解决这一问题有三种方法：一是使插板仰角尽可能小，重力引起的水平力挤压力就小；二是每安装完3～5付支架就进行永久衬砌。但增加工序的循环。三是在将第一付支架紧贴永久支护端部，再与其它支架联成一个整体，将水平压力转移到围岩中去。

实际采用第三种方法，因为已有50多米的永久支护，足可保证支架不致前后倾倒。

但是支架距也不应过大，支架间距大，单支架承受的压力就大，需增大支架、插板材料强度，不便于加工和运输；另一方面，不便于现场施工，人少搬不动；人多时，作业空间不够。影响作业安全和效率。

在支架和插板安装固定后，安装背板，使支架和散体紧密接触，防止散体冒落。在施工中先选用的是预制砼板，在实施中，发现砼板不能滤水，又笨重，操作不便，使用效果不理想，改用竹跳板，取得良好效果。竹跳板轻便，易于加工，能滤水，能挡住散体，容易固定在地架和插板上。

4 治理效果

利用支架插板，阻止了散体的继续垮冒。形成一个超前支护的工作面，为掘进施工提供了一个较为安全的作业场所。整个掘进支护循环推进，安全通过了整个垮冒区。

5 结语

从处理F～G隧道垮冒段的实践看，采用插板法处理散体围岩巷的垮冒是可行的，施工时间也比较短。有以下几点可供类似工程借鉴：

插板法适用于散体围岩垮冒、塌方的平巷施工的临时支护，稳定垮冒体，为掘进作业提供安全的作业空间；

插板法在遇水泥化围岩中应用时，要待冒落体稳定并使其含水大部分滤出，围岩不再有流动性时，方可进行掘进作业；

对工作面的冒落体，可采用临时挡板先行稳定，等下一组插板安装到位后，再掘进两支架间距的进尺。有利于支架的逐渐受力，也有利于减少出碴量；

插板安装后，要立即安装背板，使支架尽早均衡受力；尽早进行永久支护。

参考文献：

[1]郑永学.矿山岩体力学.冶金工业出版社.

[2]沈季良.建井工程手册.煤炭工业出版社.1986.