某矿坑内卷扬机硐室加固方案

过曾明，安建英

（中国恩菲工程技术有限公司 矿山事业部 100038）

某矿处于四川盆地与云贵高原的连接地带，区内地形陡峻，形成阶地、悬崖峭壁，因此该矿采用平硐+盲竖井的开拓方式，其卷扬机硐室所处岩层为泥盆系上统宰格组上段白云岩及石炭系下统万寿山组灰绿、黑色炭质页岩夹薄层砂岩，其中夹无烟煤层3～5层，一般每层煤厚0.20～2.00米；卷扬机硐室在施工开挖过程中，发现岩层松软，岩石强度低且稳定性差，开挖后易坍塌，施工钻孔易塌孔，硐室不易施工和支护；针对上述情况，卷扬机硐室施工时采取了措施——浇筑硐室假顶，在假顶的支撑下业主于2017年10月完成了硐室的开挖和支护。

1 工程现状

2019年5月业主发现卷扬机硐室东侧直墙出现横向裂缝和混凝土剥离现象，随时间推移，破损情况加重：横向裂缝增多变长，混凝土破损脱落面积加大，部分钢筋外露，另外监测出硐室有较大的沉降位移。硐室破损情况详见图1。

图1 硐室破损情况

2 原因分析

设计院通过现场查看以及与业主的沟通了解，硐室破损原因可能是硐室周边的深部注浆防水工程施工扰动了硐室已经稳定的围岩，导致硐室东侧直墙外侧应力集中，从而造成硐室东侧直墙破损变形和沉降。

3 加固前检查

业主在对卷扬机硐室加固前，应对硐室进行全面仔细的检查；若发现硐室有破损的新情况，应及时与设计院沟通，有利于设计院及时调整加固方案。

4 硐室的加固方案[1][2][3][9]

坑内卷扬机硐室的尺寸为12m宽x14.3m高x17m长，采用100mm喷锚网+500mm钢筋砼+拱梁支护，硐室底板支护浇筑150mm素砼，详见图2所示。

针对目前硐室严重的破损情况，设计院采取了对穿式锚索+壁后注浆+新砌钢筋砼墙体+钢筋砼底板的综合方案来加固硐室，加固方案详见图3；加固的原理：1）抵抗集中应力，减轻甚至消除应力对硐室的破坏；2）注浆加固硐室周边围岩，使之与硐室形成一个整体来抵抗集中应力；3）加强硐室底板，使之能抵抗更大的应力，不至于出现沉降和变形。

4.1 硐室东侧直墙的加固[10]

1、利用硐室假顶施工期间的斜坡道在卷扬机硐室东直墙的外侧右上方开挖辅助巷道，其定位尺寸图4.2所示；辅助巷道断面尺寸约2.4m宽x2.6m高，辅助巷道支护暂按50mm喷砼设计，喷砼强度为C20；辅助巷道长度为17m。

2、利用辅助巷道施工对穿式预应力长锚索拉紧卷扬机硐室拱部和直墙，以此消除外部应力对硐室的作用；锚索施工位置见图4.2。

3、墩座1（共6个）与墩座2（共6个）采用C40砼浇筑，而墩座3（共6个）采用C40砼浇筑；三种墩座的具体位置、尺寸、配筋参数以及预埋件详见图3和图4。

4.2 硐室壁后注浆加固[4][5][6][7]

（1）对硐室壁后2m范围内的围岩进行注浆加固，考虑到现场打钻的困难，建议采用自钻式中空注浆锚杆。

（2）壁后注浆和辅助巷道施工可同步进行。

图4 墩座

（3）硐室注浆加固时，在东侧直墙布设自钻式中空注浆锚杆规格为GQ-D25,外径25mm，壁厚5mm，长度3m，网度2mx2m，外露原有墙体500mm；在硐室其余侧直墙布设注浆锚杆规格为GQD25,外径25mm，壁厚5mm，长度2.5m，网度2mx2m；注浆终压推荐1Mpa～1.5Mpa，施工时应通过现场试验确定注浆终压。

4.3 硐室东侧新墙体的浇筑

在硐室东直墙内侧，再浇筑600mm厚的钢筋砼墙体，新墙体与原有墙体利用注浆锚杆外露段紧密连接，新墙体的配筋需与拱顶，端墙配筋采用短锚杆牢固连接；新墙体配筋参数与原硐室配筋参数一致。

4.4 硐室底板加固

由于硐室监测点出现沉降位移，建议硐室底板支护由150mm素砼调整为锚杆+300mm双层钢筋混凝土，锚杆规格为Φ22x2.5m，间距为1.0mx1.0m，锚杆露头250mm与底板钢筋牢固连接；底板配筋参数：主筋和副筋为Φ18，间隔300mm，拉筋Φ8，间隔600mm。

5 施工注意事项[11][12][13]

（1）锚索1规格：4Φ15.24x17.0m，锚索两端外露锚垫板各500mm，共有6组；锚索2规格：4Φ15.24x20.0m，锚索两端外露锚垫板各500mm，共有6组；长锚索钢绞线结构为1x7标准型，钢绞线公称直径15.24mm，钢绞线的抗拉强度Rm/（Mpa）不小于1860 Mpa。

表1 加固工程量和材料量

（2）锚具型号为M15-4：97mm（直径）x43mm（厚度），共24组；锚垫板尺寸：300mm x300mmx30mm，中心开孔净直径60mm，共24块；按锚具型号选取工作夹片和螺旋筋：工作夹片需要96组，螺旋筋需要12组，其中仅锚索上部锚具（辅助巷道侧）需要螺旋筋。

（3）锚索施工顺序：钻机就位—钻孔—安装锚索—浇筑墩座—张拉—锚索注浆—锚头防护处理—进入使用维护。

（4）施工墩座1与墩座2时，应先将墩座周边破损的混凝土敲掉后方可浇筑；施工墩座3时，若开挖后岩层较差，应对墩座3下的岩层进行处理或加大墩座3的底座面积，使墩座在锚索拉力作用下不发生沉降。

（5）预应力锚索张拉的先后顺序详见图2所示；预应力锚索张拉值为100t，锚索的张拉方式建议采用反复式张拉法，将张拉荷载分为4档，通过逐级和循环施加荷载的方式进行张拉，最终达到设计值；在张拉过程中，应密切关注硐室、墩座和锚索情况；若张拉过程中出现异常情况，应及时停止张拉，并及时与设计院沟通，采取相应措施后方可继续施工。

（6）锚索采用砂浆全长充填防腐，孔内砂浆须灌注密实，不得有气泡现象，砂浆强度不低于M30。

（7）对伸出工作锚具外的锚索（卷扬机硐室内）采用新砌600mm的钢筋砼墙体进行密封；对伸出工作锚具外的锚索（辅助巷道内）采用浇筑二期砼墩座进行密封，浇筑砼强度为C30,墩座具体尺寸由现场确定。

（8）预应力锚索施工、试验和验收要执行相关规范的规定。

（9）补强或浇筑新墙体时，应先敲掉原墙体表面剥离的砼，然后墙体表面凿毛并冲洗干净，最后再浇筑混凝土，新浇筑砼强度应与原浇筑砼强度一致。

（10）硐室底板施工时需结合卷扬机基础图，做好相关的预留和开挖工作。

（11）现场必须严格认真按设计施工，加强质量监督。

6 绳道的施工建议

绳道施工时，建议放小炮尽量减少围岩扰动；用超前管棚预支，保证绳道施工过程中不出现坍塌；建议短掘短砌施工绳道。

7 需要业主做的工作

（1）需要业主施工措施巷道来连通辅助巷道。

（2）建议业主对硐室进行长期监测。

（3）因卷扬机硐室平面还布置了许多其他大型硐室，建议业主在该水平周边施工时，做好相应的安全措施，减小施工对已有硐室工程的影响。

8 加固工程量和材料量

卷扬机硐室加固的工程量和材料量统计如下表1所示。

卷扬机硐室加固的开凿量：161m3；材料消耗量：212m3；钢筋：17t；锚杆：321套；锚索：12组（含锚具、锚垫板等）。

9 总结[8]

对穿式锚索、壁后注浆、钢筋砼直墙的联合加固方案能有效控制了硐室围岩变形，提高了围岩整体强度和承载能力，减小了壁后围岩裂隙和损伤的范围，为硐室主体承载结构提供了相对稳定的围岩环境。 而锚杆+钢筋砼底板，起到胶结破碎底板的作用，改善了底板的围岩条件，增强了底板岩层的整体强度，很好地控制了底板的变形破坏。

目前，卷扬机硐室的加固工作正在实施中，加固效果有待考验；但该联合加固方案的实施对在类似条件下坑内硐室的支护或加固有一定指导意义。