超前管棚支护在软弱围岩矿山巷道施工中的应用

超前管棚支护在软弱围岩矿山巷道施工中的应用

孔德柱

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摘要：传统支护技术在软弱围岩矿山行号施工中的应用并没有办法满足施工所需要的足够抗力，并且传统支护的结构并不牢固，无法为软弱的围岩矿山巷道施工带来足够强的支撑，会存在一些施工安全隐患。超前管棚支护技术在软弱围岩矿山巷道施工中应用，可以很好地起到对矿山巷道施工中对软弱围岩的支撑作用，保障施工安全。基于此，本文以实际工程为研究案例，对超前管棚支护技术在软弱围岩矿山巷道施工中的应用进行了分析探讨。结合某工程对超前管棚支护技术的施工流程和要点等进行了详细分析介绍。

关键词：超前管棚支护；软弱围岩；矿山巷道；施工应用

引言

超前管棚支护技术是矿山巷道软弱围岩地带施工过程中一种有效的支护方法，因为这种支护施工技术的施工简便、快捷、施工工期短、施工安全性高等特点优势，被广泛应用到了一些软弱围岩矿山巷道施工工程中。而本文就以实际工程为来历，结合某矿山巷道施工中，软弱围岩超前管棚支护技术具体的施工工艺、相关的参数、以及施工工艺要点分析来对超前管棚支护技术进行了详细分析研究。

一、工程介绍

本工程案例中，因为地质构造因素的影响发生了突发性断层塌方问题，角砾状的塌落物为松散的颗粒，在水中会形成碎屑成泥，并且还有大块的塌落物，塌体把塌方口的位置封死，并且该位置的地下水非常丰富。经过现场勘测之后发现，断层穿过厚度在35m左右，断层带填充为角砾碎块和断层泥，胶结非常松散，岩性缺乏稳定性，并且局部的位置出现了涌水问题，稳定性非常差。为了保障施工的进度和安全，决定采用超前管棚支护方案来施工，拟用三个循环，每个循环在12m左右，管棚的打结长度在2-3m之间，或者是根据围岩的情况来进行间隔性的施工。

二、施工工艺分析

（一）施工技术适用范围

超前管棚支护技术比较适合在一些塌方体、容易破碎的岩体、岩堆地段、以及黄土地层、砂土质地层、断层破碎地带、强膨胀性地层、软弱围岩等位置进行隧施工。

（二）超前管棚支护施工工艺特点

主要是借助于钢管来进行纵向支撑，钢拱架来作为横向环形支撑，在横纵支撑下形成非常牢固的棚状支护结构，形成强大的支撑作用力，用来保障施工环节的安全性。超前管棚支护的刚度非常大，可以很好的预防控制围岩发生变形，并且还可以提前承受早期围岩所带来的压力，所以称为是一种超前支护形式。[1]超前管棚支护采用的是一种潜孔钻机施工方式，这种施工的机械化程度更高，施工速度快，并且还有很好的安全性，可以大大保障施工进度，节省了人力的投入。

（三）施工工艺流程

超前管棚支护技术主要施工工序：测量放样→安装导向管（墙）→搭设工作平台、钻机就位→钻孔（每循环12m）→清孔→顶入棚管、安装止浆塞→双液注浆（玻璃水、水泥浆）→巷道掘进→钢拱架支护+喷砼支护施工。

（四）超前管棚参数

（1）超前管棚要设置在开挖轮廓线之外的250mm左右的位置；

（2）导向管要选择使用Φ133mm，壁厚4mm，长1.2m钢管；

（3）钻孔水平偏距沿相邻钢管方向小于100mm，垂直偏距沿巷道内侧方向小于200mm；

（4）钻进成孔，采用SK153型管棚钻机，按水平方向钻进成孔；

（5）在加工安装钢管时，采用φ108钢管加工成1.5m长短管，两端加工成梯形丝扣采用连接套连接。沿管壁钻孔，孔径Φ10mm，孔间距200mm，梅花型布置。钢管后部固定端2m范围不钻注浆眼，以利于封闭孔口进行压浆；并且，相邻钢管的接头应前后错开，同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头错开必须大于1m；

（6）注浆时注浆压力要控制在0.2-0.4Mpa左右；

（五）主要机具设备选择

本工程施工中所选择的主要机具设备有SK153型管棚钻机1台、20立方低噪音空压机2台、PC210挖掘机1台、ZL50装载机1台、BX500-1电焊机2台、BW-250型注浆泵1台、300L高速拌浆机2台。

三、施工要点分析

（一）导向管、钻机就位设置

钻机位置要和原来设定好的孔口管方向保持平行；将挂线、全站仪、钻杆导向结合的方式来对钻机位置进行调整，确保钻机钻杆轴线和孔口管的轴线相吻合。[2]

其次，对管棚角度进行控制；端墙结构施工时，埋设Φ133钢管作为导向管，并按照设计图纸放样，还要对导向管埋设复核。还要对管棚点位进行放样，利用另一侧对应的管棚点位进行外插角角度控制，并且将管棚钻机顶点位置和管棚设计点位进行管棚打设角度控制，确保管棚打设角度的准确性。管棚孔开孔后，用地质罗盘对角度进行控制，保障角度的精确。

（二）钻进根管

在根管钻进时，管棚沿着钻头跟进，管棚直径为Φ108mm，每段长度为1.5m，用钻头将Φ108管棚卡住，钻杆钻进过程中携带管棚进入孔内。导管连接采用螺旋套丝连接，在一根管棚推进孔内，孔外应剩余30～40cm后，开动钻机反转，使进孔的钢管脱离，钻机退回原位，人工装上一节钢管后，钻机低速前进，对准前一节钢管端部，人工用管钳进行钢管连接。在钻进过程中绝对不能出现钻杆回转，从而避免钻头、钻杆脱节问题，直到满足设计要求的深度。在管棚钻进时需要注意的是，要由高孔位向低孔位进行钻孔，如果出现卡钻或塌孔需要注浆后重新钻孔；钻孔完成后移至非相邻孔进行打设，且相邻管棚同一断面接头应错开，且错开率大于50%。

（三）管棚充填注浆

管棚施工完成一部分，开始隔孔注浆，以便于填充管棚，提高管棚的刚度。之后，用小木楔将钢管和周围的岩壁楔紧，再用锚固剂封闭孔隙，将钢管尾部和管节器连接在一起。[3]在注浆时要使用高速拌浆机进行拌浆处理，同时还要对水灰比例，以及原材料的用量进行合理控制，浆液要有一定的强度，同时在泵送性能方面也要达到要求。注浆流程为：浆液搅拌→储浆池→注浆泵→注浆管→注浆接头→棚管注浆→增压→保压→注浆终止。在注浆结束之后再进行巷道掘进施工。

（四）钢拱架支护+喷砼支护施工

在进行钢拱架支护施工过程中，需安装套拱作为支撑，安装前，需要对开挖断面中线、高程开挖轮廓线是否符合设计要求进行检查，偏差为±3cm；钢架之间要用螺栓连接起来，并从外向内进行钢拱架安装。钢架的下端位置要固定在稳固的地板上，两派钢架之间要用钢筋进行纵向捆绑固定，因为软弱围岩破碎，支撑力降低，钢拱架助推要结合实际情况用双排I16工字钢作为基础，每榀钢架两腿之间采用I16工字钢钢材支撑，纵向每榀钢拱架横撑之间通过满铺δ10mm钢板，以此来提高支撑力，避免拱架下沉。

另外，在进行喷砼支护施工时，砼用水中不能含有油、酸、碱类及有机物质；喷射砼配比要符合施工要求，喷射时要确保混凝土表面保持平整湿润光泽，不能出现流淌或者时干斑问题；喷射时要先对墙进行喷射，之后对拱进行喷射，自上而下进行喷射，外墙要从墙基开始，拱要从拱脚开始，封拱区域要顺着轴线从前往后喷射，作业段位置要从外向里喷射。回弹料不能喷射混凝土材料；复喷前还要用高压风先对混凝土表面的浮尘进行清理，每次喷射的厚度要控制在30-60mm左右，喷射时还要对喷层的厚度进行检查，保障厚度符合施工要求。

结语

超前管棚支护技术常常被应用在一些断层破碎带，或者是一些软弱围岩位置的隧洞、巷道施工工程中，这种支护方式可以很好地保障支护的支撑力，为施工提供安全保障，另外，超前管棚支护施工操作简单、便捷、为后续施工的进度提供了很好的保障，因此，将其应用在实际中可以很好地提高矿山企业的整体效益。

参考文献

[1]刘雪霞,陈雪艳,魏珂,陈浩东.超前管棚支护在输水隧洞复杂地层中的应用[J].人民黄河,2019,41(8):134-137.

[2]刘涛.隧道超前管棚支护施工工艺及流程要点[J].中国公路,2021(9):78-80.

[3]余建萍.城市隧道超前管棚支护的施工技术[J].四川水泥,2018(5):109-109.