斜井穿越富水松散地层施工技术

夏云龙，李昶锋，陈良松，谢芝明

（中鼎国际工程有限责任公司，江西 南昌 330096）

1 概述

屯兰矿北三进风斜井坡度为-6°，施工至K0+325m时，井筒底板与右帮涌水量增大，并且在右帮开始涌现流沙，施工中连续发生流砂涌出和片冒，而且导致原已架设喷好的18钢支架变形破坏。该井筒水文地质条件较复杂，位于古河床中的卵石层和砂砾层均为富含水层，涌水点多面广，实测涌水量为35 m3/h，随着工作面的延深，涌水量增大至70 m3/h。通过巷道内施工的三个钻孔揭露的地层来预测：巷道以-6°坡度向前掘进，预计掘进约101 m巷道底板进入风化泥岩。

从工作面揭露围岩及前方地质勘探情况来看，井筒要穿过的流沙及卵石层松散，稳定性极差，且富含水，极易片冒，给施工造成了很大困难。因此，如何治水、提高巷道围岩的整体性和稳定性成为了施工该段的关键问题。

2 施工方案

2.1 支护设计

（1）初期支护：采用超前导管+U25钢支架+网片+喷射混凝土联合支护

超前导管采用D57×3.5mm无缝钢管，长度3000 mm，搭接长度1000 mm，间距150mm；U25型钢支架分为4段，每段先预先焊接钢板再用螺栓连接，所有焊接为均匀连续角焊接，焊脚高为被焊件最小厚度，每架U型钢拱架之间用Φ18 mm螺纹钢连接，间距为300mm （见图1）；钢支架托梁使用D57×3.5 mm无缝钢管，长度1200 mm；全断面铺设Φ6 mm钢筋网，网目规格100mm×100mm，搭接长度100 mm；喷射C20混凝土，喷砼150 mm。

图1 U25钢支架制作图

（2）二次支护：单层钢筋混凝土

钢筋为Φ18mm螺纹钢，单层钢筋，间距150mm，分布筋间距300 mm，钢筋保护层70 mm；浇筑C30混凝土，厚度400 mm。

（3） 底板反拱

U25钢做底梁；钢筋为Φ18mm螺纹钢，单层钢筋，间距150 mm，分布筋间距300mm，钢筋保护层70 mm；底板浇筑C30混凝土，浇筑厚度300～1200 mm。

断面支护设计见图2。

图2 断面支护

2.2 施工工艺

（1）超前支护：自拱基线开始布置超前导管，采用YT-28型凿岩机用Φ50 mm钻头钻眼，再配合套筒将超前导管打入围岩。

（2）开挖：利用小型挖掘机配合人工风镐分上下导坑开挖，铺网、安装好钢支架后，及时喷射混凝土封闭，喷射混凝土可以有效防止井筒开挖初期水沙的外渗。施工中严格执行“短掘短支、先拱后墙、单边跳挖”原则。

（3）底板：待U25钢支架施工10 m后，即可使用简易栈桥开挖底板。架设钢底梁，绑扎钢筋，浇筑混凝土，并在斜井左右每隔2 m各预留吸水小井，小井直径600 mm。

（4）安装套管：在预留吸水小井放入套管，套管采用D520×10mm无缝钢管。套管管壁钻密集孔，下套管时，在套管外包尼龙网，用于过滤泥砂。套管外用碎石铺垫，铺底时套管浇于混凝土内。

（5）导水：底板及两帮主要出水点埋设Φ50 mm的软式透水管，将水导引至吸水井内。

（6）砌喧：每隔27m浇筑混凝土，进行永久支护，一次成型9m。

2.3 壁后注浆

为了提高围岩的稳定性，加固井壁，堵住水源通道，形成封水帷幕，减少上部涌水对迎头施工的影响，待斜井整体穿过富水松散地层，并完成永久支护后，进行壁后注浆。

注浆孔布置在钢支架之间，间排距为1500 mm×1500 mm，注浆管使用D32×3.5 mm无缝钢管制作，采用YT-28型凿岩机打眼，孔深950mm、1450mm，保证注浆管孔口外露50 mm，并装有止阀门，为保证注浆质量，必须对注浆口封闭密室。注浆管布置见图3。

图3 注浆管布置

注浆浆液使用水泥-水玻璃双液浆，采用机械搅拌现场制作。水泥浆量与水玻璃量配比为1:0.4～0.6（体积比），水泥为P O42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃为40 Be′碱性水玻璃。井筒此段静水压力为0.5 MPa，注浆终压应不小于1.5 MPa。

3 施工要点

1）该段斜井断面掘进宽度7.3 m，掘进高5.85 m（不包括反拱），掘进断面积达41.61m2，因此不可全断面开挖，严禁空顶作业，保留上部核心土，待数架钢支架封闭后，上部核心土方可开挖。遇顶板岩层破碎时，可适当在部分超前导管中注浆，起到一定的固结堵水作用。

2）随时观察初期支护情况，若发现混凝土开裂、钢支架错动等异常情况，应缩短初期支护距离，及时进行永久支护。

3）因涌沙具有很强的流动性，对钢支架两侧腿部压力较大，为保证钢支架的整体性和稳定性，底板浇筑必须紧随初期支护，同时可利用简易栈桥，与前方上导坑平行施工，加快工程进度。

4）混凝土施工缝增加P型橡胶止水条，混凝土内添加XPM外加剂，按水泥5%添加。

5）该段完成永久性支护后，一方面巷道内不断强排水，砂土流失，壁后空隙增大，压力加大，使得巷道存在开裂、下沉等安全隐患；另一方面随着下一步继续-6°坡施工，该段涌水会随工作面掘进而下移，以后工作面也会因涌水大而难以施工，壁后注浆尤为重要。

6）壁后注浆根据此段含水松散地层分段进行，由上往下逐段进行注浆，每个分段内先由下往上注浆，再由上往下复注一次。

4 效果分析

1）超前管棚支护设计有效地防止开挖过程中冒顶、片帮现象的发生，保障了施工安全，仅2个月便成功穿越80 m富水松散地层，涌水量由施工时70 m3/h下降至成井后的3 m3/h，符合验收规范标准。

2）相对于在富水松散地层中采用的工作面预注浆及冻结法，超前管棚支护设计节省大量的准备工作时间，加快了工程进度；节约了人工及材料的费用，有效的降低了工程成本。

3）仰拱及时跟进开挖，与初期支护及早封闭成环，有效地控制了围岩变形，巷道在施工过程中未发现挤压、垮塌现象。

4）超前管棚支护结构具有足够可靠性能，可适用于松散地层、破碎断层以及采空区等不良地质条件下的施工，超前管棚支护技术具有广阔的应用前景。

5 结语

超前管棚支护、导水及壁后注浆等施工方法的综合运用，屯兰北三进风斜井顺利通过富水松散地层，保证了施工工期及工程质量，取得了很好的技术、安全及技术效益。