矿山复杂地质条件下大硐室中部先导槽开挖技术研究与应用

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【摘要】：针对矿山复杂地质条件下的大硐室开挖，阐述了采用中部先导槽开挖技术在拉法基三期扩建工程硐室开挖施工中的成功应用,不仅提高了施工质量,,降低了施工强度,,而且施工更安全，施工效益更显著。

【关键词】：复杂地质大硐室中部先导槽技术开挖

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

工程简介

都江堰拉法基水泥有限公司三期扩建工程矿山竖井系统位于都江堰市虹口乡，距都江堰市区直线距离约8.5km。该区属龙门山前山中～低山区，海拔标高1060～1606.9m，相对高差546.9m，山势陡峻。本工程1#系统主要由1#竖井、1#卸料矿仓、1#平硐、1#通风井、1#通风机硐室、1#电气硐室、破碎机硐室等组成。

其中,破碎机硐室为特大断面洞室,开挖断面为城门洞形，开挖尺寸为22.6m16.4m28.2m（长宽高），开挖量8877.57m3。

地质条件

2.1 地质概述

围岩类别基本为Ⅳ、Ⅴ类，Ⅴ类围岩稳定性差，且厚度较大。工程位于扬子准地台龙门山～大巴山台缘坳陷之龙门山陷褶断束。区内构造复杂，断层、褶皱发育，褶皱有懒板凳向斜、思文场背斜、赵公山向斜；坐落于映秀断裂带以及二王庙断裂带上，地震基本烈度Ⅶ度。特别是映秀断裂带目前异常活跃，场内山高狭窄，山体边坡异常松散。场内洪水主要为降水，形成山洪。在洪水作用下山体边坡发生滑坡以及泥石流的可能性较大。

2.2 地层构造

地层从新到老依次为：第四系全新统残坡积粉质粘土、崩坡积物，三叠系上统长石石英砂岩、粉砂岩夹页岩、薄煤层、碳质页岩，三叠系下统石灰岩，二叠系上统石灰岩，二叠系下统石灰岩。

2.3 主要岩体特性

（1）碳质页岩（T3x1）：黑色、深灰色，致密结构，散体状构造，夹薄层岩屑砂岩、薄煤层，结合很差，岩体极破碎，手捏即碎，岩芯多呈团状及粉状。

（2）石灰岩（P2c）：灰色、灰黑色，细～中晶结构，薄～中厚层状构造，节理裂隙发育，局部裂隙间充填有泥碳质土等，岩体较完整，岩芯多呈短柱状及碎块状。

（3）粉质粘土（Q4dl+el）：灰褐色~黄褐色，稍湿，硬塑，含少量碎块石。

（4）崩坡积物（Q4c+dl）：杂色，稍湿~湿，松散～稍密，主要由可塑粘性土，石灰岩、砂岩、页岩碎块石及角砾等组成。

（5）长石石英砂岩、粉砂岩（T3x2）：灰色、灰白色，细粒结构，裂隙块状～薄层状构造，夹页岩、薄煤层，节理裂隙发育，岩质较硬，岩芯破碎～较破碎，岩芯多呈碎块状及少量短柱状。

工程的特点和难点

3.1 施工场内山高狭窄，山体边坡异常松散。岩体基本由Ⅳ、Ⅴ类围岩构成，节理发育，施工期间经常遭遇5.12特大地震余震，围岩稳定性较差，施工安全问题突出。

3.2 洞口位于山腰部位，交通不便，只有一条矿山上山道路可以利用；且多加单位施工，施工干扰较大。硐（井）口与上山道路连接，施工场地较小，临时建筑布置困难。

3.3工程量大、工期紧。破碎机硐室开挖量为8877.57m³，喷射混凝土816.88m³，中空注浆锚杆12642m，钢支撑61.05t，Φ42锁口锚管2976m。合同工期只有120天。

3.4出渣通道只有位于硐室底部的1#平硐，加大了出渣难度。

3.5工程所在地气象条件较差，常年大雾，雨水不断，冬季有霜降，大雪。

中部先导槽开挖技术

4.1 开挖工序

根据都江堰拉法基水泥有限公司三期扩建工程矿山竖井系统1#系统整体布置，破碎机硐室开挖，分5层段进行开挖，先进行顶拱导硐Ⅰ1开挖，再利用光面爆破技术开挖顶拱两侧Ⅰ2，待顶拱开挖支护完成后，利用100B潜孔钻机从矿仓侧开始开挖中部先导槽Ⅱ，先导槽Ⅱ与1#平硐连接段为同一中心线，槽宽2m，爆破孔深由100B潜孔钻机直接钻至1#平硐连接段顶拱上部0.2m处，爆破石渣由装载机从1#平硐运出，剩余破碎机硐室和矿仓一起开挖，分层开挖支护Ⅲ～Ⅴ层，爆破石渣靠自重落入中部先导槽，由装载机配合16t自卸汽车出渣。

4.2运输方案设计

1#系统出口只有1#平硐、1#通风斜井、1#竖井三处通道。1#通风斜井断面较小，末端与通风机硐室相连，开工较晚，还没有贯通，不能作为出渣通道；1#竖井需要采用提升系统，操作较为复杂，且离渣场较远，主要作为支护材料运输通道，不适合大规模出渣；1#平硐已开挖完成，宽5.6m，高5.1m，断面为25.87m³，利用1#平硐出渣较为理想。

根据1#平硐的断面尺寸，选用XG951ⅡC装载机配合2台16t自卸汽车出渣，日出渣量高峰期达176.88m3，满足总工期要求。

4.3 施工支护设计

为了保证开挖安全，采用“锚杆+喷混凝土（钢筋网）+钢支撑”方式进行支护，顶拱采用Φ25，L=5m中空注浆锚杆，边墙采用Φ25，L=6m中空注浆锚杆，间排距1.2m×1.2m（横×纵），梅花型布置，边墙处锚杆伸入二次衬砌30cm；喷混凝土采用C25混凝土，喷射厚度30cm，钢筋网采用φ8盘圆，网格尺寸为20cm×20cm；钢支撑采用I20工字钢，间距1m，钢架之间设连接筋，连接筋长度为1.2m，采用直径为Φ22的HRB335钢筋，连接筋沿钢筋外轮廓环向单排布置，环向间距1.0m。钢架在初喷5.0cm混凝土后架设,架设完毕后复喷混凝土至设计厚度。为保证钢架稳定，每台阶底部与边墙相交处设锁口锚管2根，配合型钢钢架设置，锁口锚管与型钢钢架焊接。锁口锚管采用Φ42mm，t=5mm钢管，每根长6.0m。为防止初期支护变形较大或变形不收敛等情况，在每台阶底部设置与边顶拱相同的钢支撑并与边顶拱钢架连接成整体，在下层开挖支护完成后拆除。

关键技术研究

5.1 导硐Ⅰ1开挖

采用中心掏槽方式开挖，钻孔采用YT-28手风钻，孔径Φ50mm，岩石硬度系数取f=4-6，选用2#岩石乳化炸药（规格Φ32mm×200 mm×150g），装药结构为连续偶合装药，联线方式为大并联，反向起爆。掏槽孔严格控制炮眼间距和角度，其深度不大于其它炮眼15～20cm为宜。崩落孔间距为80cm，周边孔孔距为50cm，导硐Ⅰ1开挖参数详见表1。

表1破碎机硐室Ⅰ1爆破参数计算表

5.2 顶拱两侧Ⅰ2开挖

顶拱两侧Ⅰ2开挖时利用导硐Ⅰ1作为临界面，采用周边孔光面爆破施工，光爆孔采用导爆索连接，且采取双向连接，使每个光爆孔可以由两个方向传至孔内。崩落孔间距为80cm，周边孔孔距按照（0.6～0.8）Wmin计算，最小抵抗线（Wmin）一般取值在（10～20）d范围内，该工程取16d，经过计算和试验，孔距为50cm，保护层厚10cm，为保证光爆效果，孔位误差控制在±5cm以内，在周边孔的主导爆索上连接同段高段位非典毫秒雷管。爆破参数详见表2。

表2破碎机硐室Ⅰ2爆破参数计算表

5.3 Ⅱ～Ⅴ层开挖

破碎机硐室Ⅱ～Ⅴ层采用中间梯段爆破分段开挖，梯段高度为分层高度，开挖高度为6.0m,平均每段开挖长度为8.0m～10.0m，两侧预留保护层，采用光面爆破。

开挖安全保证措施

硐室开挖过程中，爆破材料的运输、储存、加工、现场装药、联线、起爆及瞎炮处理，严格遵守《爆破安全规程》的有关规定。在扒渣和撬挖清理危石时，安全员现场指挥，无关人员撤离工作面，作业人员佩带安全帽、安全带等安全保护用具才能作业，发现险情预兆，安全员组织人员及设备立即撤离现场。每次开挖完成后，按照设计进行临时支护，保证施工安全。

结束语

该工程部位采用中部先导槽开挖技术不但加快了施工进度，提高了施工效率，保证了施工质量，而且减小了工人的施工强度、降低了竖井导孔出渣带来的安全风险。从安全措施上保证了施工安全，在矿山工程项目上创造出了500万工时无事故的良好业绩，为后续类似工程的施工提供了参考。