反导井开挖支护施工技术优化方案

7.1.2.1　阿里马克爬罐概述

瑞典雪夫特欧市阿里马克(ALIMAK)矿山机械厂生产的爬罐，一般称为阿里马克爬罐，它是一个沿井壁布置的轨道爬行的工作平台，由于它安全、经济因而应用十分广泛。

反导井开挖施工一般采用STH-5DD 型(柴油型双驱动)阿里马克爬罐系统。此系统主要组成部分有:主罐、副罐(应急备用罐)、轨道、水泵、通讯系统等;同时为方便爬罐系统的安装及检修，在斜井下弯段的平洞段需布置一爬罐检修平台，但此平台不作为爬罐系统的组成部分。

这一爬罐系统的优点是:便于施工、爆破安全、运行速度快、爬行距离长、可靠性高。缺点是:反导井达到一定进尺后，作业面空气稀薄且较污浊，需辅以供氧设备。

斜井反导井利用爬罐开挖示意图如图7-3所示。

图7-3　斜井反导井利用爬罐开挖示意图

(1)主、副罐。

主、副罐主要技术性能见表7-2。

表7-2　主、副罐的主要技术性能表

(2)轨道。

轨道上设置了供风、供水等管道。安装后的轨道为施工所需的风、水、电话线等提供了通道。

轨道分为直轨道及弯轨道两类。直轨道根据长度分为1m及2m两种，数量根据反导井的开挖长度确定，且1m直轨道只作为调剂使用，本工程2m直轨道数量为150 根，1m直轨道数量为10 根;弯轨道单根长度均为1m，其中7°in 弯轨一根、7°out 弯轨一根、8°in 弯轨一根、25°弯轨一根。

轨道利用连接块、平衡梁、膨胀螺栓、垫片、密封圈、螺栓等辅助材料固定于岩壁上。

因采用膨胀螺栓对轨道进行固定，在开挖施工完成后，所有轨道均可拆除。

(3)水泵。

水泵放置于平洞的爬罐检修平台上，为反导井开挖施工进行供水，供水通道为爬罐轨道。

(4)通讯系统。

通讯系统包含电话、电话线等设施，在平洞的爬罐检修平台及主罐上分别布置一个固定电话，电话线布置于轨道中，并随着轨道的安装而不断延伸。

7.1.2.2　施工工艺流程

反导井开挖采用阿里马克爬罐施工的施工工艺流程如图7-4所示。

图7-4　阿里马克爬罐施工工艺流程框图

7.1.2.3　施工准备

(1)井脚处理。

在平洞开挖到位后，需要在斜井的下弯段进行井脚处理，以便于爬罐系统由平洞顺利进入斜井反导井。

根据斜井的倾角及爬罐轨道中弯轨道的数量、参数确定下弯段开挖圆弧半径;根据爬罐系统主罐的罐身长度确定反导井直线段利用脚手架提前开挖6m。

为满足爬罐轨道的安装精度，井脚段开挖要求不准欠挖，超挖需控制在20cm以内。

井脚处理如图7-5所示。

(2)爬罐检修平台的安装。

爬罐检修平台布置于斜井下方的平洞内，主要用于爬罐系统的安装、检修、拆除等，同时施工人员亦利用此平台上、下爬罐及运输火工品等材料。

爬罐检修平台主体采用钢结构形式，上铺5cm厚木板，由岩壁布置的锚杆悬挂于平洞内，锚杆参数为:Φ22，间距1.0m、排距4.0m，与水平面呈45°入岩2.5m。平台尺寸(长×宽)16m×4.0m，平台距顶拱约2.6m～3m。检修平台要求稳定牢固，并设置上下通行爬梯。

图7-5　井脚处理示意图

爬罐检修平台布置如图7-6所示。

图7-6　爬罐检修平台布置示意图

(3)爬罐轨道及爬罐系统的安装。

在爬罐系统安装之前，首先需完成平洞段、下弯段及直线6m段的轨道安装施工。

根据轨道的长度及下弯段的起弧位置确定轨道安装起始点，起始点布置在平洞内，按照平洞段、下弯段、反导井直线6m段的顺序的进行安装。平洞段第一轨道采用1m直轨道，其余为2m直轨道(含一节检修轨)依次安装;下弯段弯轨道依次按照8°in 弯轨、7°in 弯轨、25°、7°out 弯轨进行安装;反导井直线6m段采用2m直轨道依次安装。

在正式转入反导井开挖施工阶段后，轨道的接引紧随作业面进尺进行。

每根轨道均由两根膨胀螺栓锚杆固定:Ⅱ、Ⅲ类围岩采用0.8m长Φ22 膨胀螺栓，Ⅳ、Ⅴ类围岩采用1.2m长Φ22 膨胀螺栓。两节轨道之间用Φ16 螺栓杆连接，且必须放置密封圈，以保证施工中风、水不产生泄露。为保证轨道牢固可靠，施工中每隔30m需安装一节2m加强轨(每根由8 根膨胀螺栓固定)。

轨道安装技术要求:

①轨道必须布置在设计洞壁顶部的中心线上。以保证爬罐系统能运行在中心线上;

②第一节轨道底面距顶部岩壁应控制在0.7m～1.0m之间。以便于爬罐系统的安装;

③7°out 弯轨安装完成后，必须保证紧接的直轨倾角等于斜井的设计倾角(50°)。

爬罐系统采用3t 手拉葫芦进行吊装，组件的安装在爬罐检修平台及已安装好的平洞段的轨道上进行，严格按照说明书进行操作。爬罐系统安装完成后，经调试运行并通过验收后进入钻爆施工循环阶段。

轨道安装示意图如图7-7所示。(www.xing528.com)

图7-7　轨道安装示意图

7.1.2.4　开挖施工

(1)施工布置。

主罐运行至掌子面后，利用主罐的作业平台(长×宽)为2m×2m进行钻爆施工。已经安装完成的轨道作为供风、供水管线。掌子面照明利用主罐携带的蓄电池提供。

(2)测量放样

斜井反导井开挖的测量放样采用激光定向仪和全站仪，要求激光投点到开挖掌子面上。激光定向仪安装在反导井上壁，并且安装两个觇牌(目标孔)。要经常校正激光定向仪，保证开挖精度的要求，随着导井进尺增大，导井中烟层厚度变厚，可利用爬罐的升降冲破烟幕层进行放样。

在斜井中，纵向平距与高差关系非常紧密，互相影响，故《水利水电施工测量规范》(SL52-2003)对斜井的贯通误差有特殊要求，见表7-3。

表7-3　斜井开挖贯通误差(L＜5km)

在考虑斜井施工测量时，须对斜井特殊布设近井控制点，且近井控制点必须纳入基本导线中施测。这样就相当于为保证贯通而设的洞内第一级控制——基本导线直接放样。斜井贯通后，将在近井点上直接施测贯通误差。

1)反导井近井点布设。

反导井近井点布置原则仍然是保证精度、便于放样，根据导井中心在各个桩号的设计坐标来设置。基于爬罐本身的结构，为了便于控制激光，将近井口测点设置在平洞与斜井相交处底板上，偏中心线约40cm，此处埋设一块铁板，上面作点，同样纳入基本导线进行施测。为便于使用，减少施工出渣的干扰，该点将用重锤投于平洞顶拱。

2)采用激光定向仪的优点。

在反导井施工中，采用在近井点架设仪器测量放样时，每次由于仪器架设高度不同，测量数据必须重新进行计算，测量比较繁琐。另外，基于爬罐结构的特殊性，只有轨道两侧有空隙通视，这样仪器架设高度很难控制，而且每次架设仪器均需对近井点所在之处的弃渣进行处理，增加了测量放样的时间和测量人员及设备的危险性。而采用激光定向仪后不但可以连续提供方向线，又可以定期检测，与施工可以融洽配套，减少了工序，降低了测量危险程度，具有既保证精度，又安全快捷的优点。

3)反导井激光定向仪的安装。

在反导井开挖一定距离(20m)后，安装激光定向仪。在近井点上架站，后视上一个基本导线点，转至主洞方向设计方位角，在预先确定的安装位置上，在仪器的指挥下，利用激光定向仪定位板将安装孔放出，钻孔后，用膨胀螺栓将激光定向仪防护罩(采用10mm厚钢板制作)安装在岩壁上，将激光定向仪置于防护罩内并固定，采取同样方法将激光定向仪的两目标孔位点位放出并安装。

4)激光定向仪的控制检查。

①坐标测设法。

通过实测激光定向仪设置的目标觇牌小孔处的坐标、高程，从而反求孔洞相对定位关系来控制调整激光的方法。

觇牌为一块菱形铁板，下面焊接一个伸缩管，伸缩管由4 分钢管和6 分钢管组成，可以使觇牌上下调整位置。觇牌固定在激光定向仪前方的岩壁上，让激光束从觇牌的目标孔穿过，起到定位的作用，目标孔孔径为8mm。

觇牌插好后，将棱镜放在孔眼上，用全站仪在近井点架站，后视基本导线点，测出斜距、天顶距、水平角，求得孔眼的三维坐标。设为1#目标孔(X1、Y1、H1)，2#目标孔(X2、Y2、H2)，通过反算目标孔间三维坐标，求得孔线的方向与倾角及1#、2#间的距离，然后得出调整量，根据调整量，将目标调整好后，再实测出三维坐标2#(X2'、Y2'、H2')，反算结果，方向与倾角已达到正确位置，或在限差之内(定为5')时，将觇牌固牢，作记号，然后调整激光定向仪螺旋，使激光束从两个孔眼中穿过，即完成一次调制。在调制过程中注意要让激光束完整的穿过目标孔。根据实际作业，目标觇牌随着开挖进尺，及时向前延伸，离掌子面始终保持一定距离。

另外，即使距离较长，也可通过偏角求出改正值，在掌子面上直接改正方向。为了减少误差，激光定向仪要经常性检查校正，5～6 个施工循环校正调整一次，而且要让调整偏差正负值以均等概率出现。

②平行线法。

在近井点架站，量取仪器高，按照设计的方位角与倾角发出一束激光，或用仪器测出一条视线，作为标准方向，开启激光定向仪，调节激光定向仪的调节螺丝，使其发出的激光在方向与倾角上均和标准方向线平行，具体操作中要与垂球配合，根据仪器的激光束的设计位置，量测出其位于导井的位置(即与导井中心偏离关系)。

5)轮廓点放样与收方。

根据上述办法定好的激光的激光束及其在斜井导井中的实测位置，用支距法在掌子面上把导井轮廓放出。同样，以激光为基准点，用铅垂线、水平尺配合三角板定向，用钢卷尺(塔尺)进行水平断面的收方，断面间距为高差10m～15m，一般情况下，桩号可以通过用皮尺自目标孔量取，也可通过计算轨道长度来获得，目的是检查反导井的尺寸。

6)因为平洞所处位置是多部位施工，排烟较为困难，激光定向仪的穿透能力也会受到影响，故在施工中，根据现场情况，在导井开挖进尺约150m需重新安装一次激光定向仪，以保证反导井的轨道安装及开挖精度。

(3)钻爆施工。

钻孔采用3 台气腿式YT28 手风钻(其中一台备用)。为便于操作，钻杆采用0.8m、1.5m、2.5m套杆工艺。人工装药，炸药采用乳化炸药，雷管采用非电毫秒雷管，周边光面爆破，起爆器引爆。钻孔、装药联网工作完成后，主罐运行至爬罐检修平台处，发出放炮警报后，启动起爆器控制开关，实施爆破作业。

开挖爆破参数见表7-4。

表7-4　爆破参数表

爆破后石渣由掌子面经反导井溜至斜井下弯段后，利用W380 装载机装入10t 自卸车运至渣场。由于每一循环开挖量约为12m3，可每隔3～4 个循环后进行一次出渣作业。

(4)通风降尘。

施工中的反导井都是盲井，除了爆破的气体外，还有施工机械如爬罐、装载机、自卸车、反铲等排放的废气，也会沿导井上升，因此通风降尘十分必要。

导井的通风降尘主要是通过轨道上的风水管道进行，爆破后，立即启动爬罐检修平台上的风水中心控制系统，高压风水沿轨道直接喷射到开挖掌子面形成水雾。通风时间随掘进长度而定，在主、副罐上均备有氧气袋，以便应急之用。

(5)安全处理及轨道接引。

在完成通风降尘后，主罐携带一根2m直轨道及附属配件运行至工作面后，首先进行安全处理工作，然后根据激光定向仪的激光指示进行轨道的接引安装，对于轨道安装的精度控制，设备说明书上没有具体要求，也没有可查的规范，根据具体情况，按±8cm的精度进行控制，实践证明，按照此精度进行控制满足了施工要求。

(6)开挖作业循环。

开挖作业循环时间见表7-5。

表7-5　反导井开挖作业循环时间表

上表中测量的时间并不是每一个作业循环都发生，通常5～6 作业循环进行一次;由于出渣作业可在钻孔时进行，所以上表中未计入出渣作业时间。

7.1.2.5　支护施工

为保证施工安全，根据围岩实际揭露情况进行了随机支护，取得了良好效果。支护形式主要有两种:

(1)采用螺纹钢锚杆，参数为:Ф22，长度为2m，入岩1.9m，注浆材料采用高强锚固剂;

(2)采用膨胀螺栓锚杆辅助以钢垫板进行，膨胀螺栓锚杆参数为:Ф22，长度为1.5m;钢垫板参数(长×宽)0.25m×0.25m，厚10mm。