扩挖支护施工技术优化解析

7.1.3.1　施工布置

(1)供风。

采用一台电动型25.5m3空压机进行供风，供风管采用DN100 的焊接钢管，临近工作面采用胶管连接，胶管口径尺寸根据施工需要确定。

(2)供水。

供水管采用DN80 焊接钢管，法兰连接，临近作业面处采用胶管接引至手风钻。

(3)供电。

照明电线采用10mm2电缆为供电线，电压为36V，同时根据斜井内实际施工需要布设一条照明结合动力线路的动力电缆。临时照明、排水的应急备用电源采用备用的1 台30kW 的柴油发电机组。

(4)排烟。

斜井扩挖时施工排烟因导井已贯通，采用自然排烟。

(5)排水。

扩挖施工中的废水由导井井壁流入平洞集水井内，再利用2.5kW 污水泵将积水排出。

(6)通讯及交通。

在引水上(中)平洞内合适位置(拟在送料/载人小车卷扬机附近)安装一部有线电话与相应施工支洞洞口值班室联系，进出洞人员利用交通车通行，非特殊情况不允许步行进洞。

扩挖施工直线段前20m段，由于扩挖台车不具备安装使用条件，施工人员上下交通通过布置在斜井洞壁底板的锚杆爬梯进行，锚杆采用Φ22 螺纹钢，爬梯采用普通焊接钢管制作，爬梯两侧设护栏和扶手;扩挖进尺20m后，安装扩挖台车和送料/载人小车，安装完成后施工人员利用布置好的提升系统及送料/载人小车上下交通，底板同样布置锚杆爬梯作为应急交通工具。

斜井扩挖施工布置如图7-8所示。

图7-8　斜井扩挖施工布置图

7.1.3.2　主要施工方法

(1)施工工序。

斜井扩挖施工程序如图7-9所示。

图7-9　斜井扩挖流程图

扩挖施工循环表见表7-6。

表7-6　斜井扩挖施工循环表

(3)测量控制。

测量控制网点和测量放样控制点的建立采用全站仪进行，同时定期对测量导线进行复测，确保斜井扩挖施工精度。开挖施工要求每排炮进行测量放样，采用红铅油画出设计开挖边线、洞轴线点及每排炮打钻方向后视点，并现场作测量放样技术交底。

(4)提升系统。

1)提升系统的组成及安装施工。

①送料/载人小车提升系统由一台JT8T 变频卷扬机(牵引速度45m/min)、一台钢结构小车(采用［8 槽钢、∠70×5 角钢、δ=6mm厚的钢板焊制而成)、沿斜井扩挖后底板面铺设的［14b 槽钢轨道和转向滑轮等组成。卷扬机布置在上(中)平洞内，距扩挖井口边线约20m，其基础落于C25混凝土浇筑的混凝土基础上，Φ25 锚杆固定。

②扩挖台车提升系统由两台JM8T 慢速卷扬机(牵引速度9m/min)、一台钢结构扩挖台车(采用［10 槽钢、［8 槽钢、∠70×5 角钢、δ=6mm厚的钢板焊制而成)、转向滑轮及运行控制开关箱等组成。其运行轨道与送料/载人小车相同，两台卷扬机分别布置在上(中)平洞内，分居井口钢结构平台的左右两侧，距离井口开挖边线约为12m，其基础落于C25 混凝土浇筑的混凝土基础上，Φ25 锚杆固定。

③运行轨道采用［14b 槽钢铺设，轨距3.6m，每段长6.0m。其中靠近工作面的2～3 节轨道采用2m短槽钢，并进行临时加固，在开挖爆破前将轨道撤离;其他轨道则采用Φ25 锚杆直接与槽钢两侧翼缘焊接固定。

④经过计算，扩挖台车的牵引钢丝绳选用6×37W+FC 圆股纤维芯钢丝绳，公称直径26mm，公称抗拉强度1670MPa，最小破断拉力333.00kN，同步双根钢丝绳牵引。扩挖台车在运行时不得载人，在钻孔、支护施工时另加固定装置。

⑤经过计算，送料/载人小车的牵引钢丝绳选用6×37W+FC 圆股纤维芯钢丝绳，公称直径26mm，公称抗拉强度1670MPa，最小破断拉力333.00kN，单根钢丝绳牵引。为防止钢丝绳在牵引过程中与斜井底板摩擦而破损，沿牵引钢丝绳方向下方每10m(或根据实际需要)设置一托轮。

斜井扩挖施工轨道布置如图7-10所示。

2)提升系统控制及运行。

扩挖台车及送料/载人小车的制动装置采用双向制动方式。即控制开关分别设置在上(中)平洞洞内及斜井中的扩挖台车和送料/载人小车上。正常情况下，由设在上(中)平洞内的开关对扩挖台车及送料/小车进行控制，在紧急状态下，则由设在台车、送料小车上的开关进行制动及运行控制。

3)施工中的通讯。

扩挖台车、送料/载人小车及上(中)平洞指挥控制员均配备一部对讲机，并各设置一部电铃进行通讯联络，制定相应的信号规则。

图7-10　斜井扩挖施工轨道布置图(开挖断面直径7.5m)

(5)开挖施工。

斜井扩挖在斜井上弯段开挖施工完成且按设计要求有效支护后自上而下进行。根据深度不同扩挖分两种施工方法:0m～20m深度段开挖时，由于作业面距离上(中)平洞作业面较近，不能满足扩挖台车运行范围，故施工人员利用锚杆爬梯下至井内进行扩挖爆破作业;扩挖进尺大于20m后，进行扩挖台车、送料/载人小车及卷扬机提升系统安装施工，扩挖及支护施工利用此套系统进行。扩挖施工中爆落的石渣经导井下落到斜井下弯段后，出渣至指定渣场。

1)钻孔作业及联网爆破。(www.xing528.com)

①从上至下采用一次扩挖，为方便施工人员钻孔作业及减少掌子面的人工扒渣量，开挖掌子面与斜井走向夹角宜控制在70°～80°。

②采用手风钻钻孔，孔径Φ42mm，爆破孔、周边孔孔深均为2.8m，循环进尺2.5m。周边采用光面爆破技术，密孔布置，孔间距45m～55cm，严格控制装药，小药卷间隔装药，采用导爆索起爆，钻孔方向要准确，确保开挖面平直。

③装药爆破时，炸药采用乳化炸药，非电毫秒雷管起爆，起爆器引爆。

④为防止堵井，可根据开挖段不同的岩石地质条件及时调整开挖爆破参数。

⑤为确保扩挖钻孔及出渣作业时人员及设备的安全，在每次钻孔及出渣作业前，导井口需进行防护。防护通过制作的防护平台进行(由1 寸半钢管及Ф10 钢筋制作)，0m～30m深度段开挖时，该平台由人工辅助安全绳、安全带提起或就位;扩挖进尺大于30m后，该平台由布置在扩挖台车上的手拉葫芦提起或就位，人工配合。

2)安全处理。

爆破散烟后，在安全人员的监督下，人工配合台车进行清撬工作，处理掌子面安全。将边顶拱各部位的浮石、松块撬挖干净。在施工过程中，应经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。

(6)支护施工。

锚杆及喷混凝土支护均利用扩挖台车进行。支护紧随施工作业面进行，喷混凝土施工时，混凝土喷射机布置在引水上(中)平洞适当位置，喷射料通过DN80 无缝钢管输送到施工工作面后进行喷射。

(7)施工重点及关键工序的施工工艺要求。

斜井扩挖施工重点在于开挖爆破控制防止堵井，为避免堵井，要求严格控制开挖爆破参数，对于在导井开挖时部分进行了随机锚杆支护的洞身段，拟采用二次扩挖方式进行，如遇岩石特别破碎带在扩挖时拟采取“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，避免破碎带岩石遇水泥化后塌方。

7.1.3.3　提升系统安全性计算说明(以开挖断面直径为7.5m　计算)

(1)扩挖台车牵引系统钢丝绳受力计算。

扩挖台车重量为G1=44.1kN，承载重量G2=49kN，

轮径R=150mm，滚动摩阻为σ=0.5mm，

同步双根钢丝绳牵引，计算示意图如图7-11所示。

平衡方程为:

F2=(G1+G2)/4

F'=F2cos50

F1R=F2Rsin50+F'σ

求得F1=17.9kN

4F1=72kN，9×4F1=644kN，644kN/2=322kN

根据查表，选用6×37W+FC 圆股纤维芯钢丝绳，公称直径26mm，公称抗拉强度1670MPa，最小破断拉力333.0kN。

图7-11　计算示意图

(2)送料/载人小车牵引系统钢丝绳受力计算。

小车重量为G1=15.7kN，承载重量G2=14.7kN，轮径R=150mm，滚动摩阻为σ=0.5mm，单根钢丝绳牵引，计算示意图参图7-11所示。

平衡方程为:

F2=(G1+G2)/4

F'=F2cos50

F1R=F2Rsin50+F`σ

求得F1=5.84kN

4F1=23.34kN，14×2F1=326kN

根据查表，选用6×37W+FC 圆股纤维芯钢丝绳，公称直径26mm，公称抗拉强度1670MPa，最小破断拉力333.00kN。

(3)卷扬机基础抗剪计算。

剪力计算公式:τ=Q/As≤［τ］=бs/2，其中Q 为受剪面上的剪力，As 为受剪面积。

对于固定卷扬机的锚杆受剪面积即为钢筋的截面积。

Φ25 钢筋(螺纹)力学性能如下:

强度等级代号:HRB335，直径:25mm，屈服强度:(бs)335MPa，

抗拉强度:(бb)≥510MPa，最大抗剪强度:［τ］=бs/2=168MPa

卷扬机满负荷拉力为8t

τ=Q/As=8×9.8/(3.1415×0.01252)=159.68MPa(单根)≤168MPa

安全系数为:168/159.68≥1.1

实际锚杆数为12 根，两根受力安全系数≥2.2，同时受力安全系数≥13.2。