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摘要:本文对塌方处理关键技术静力破碎法,锚杆支护进行了分析,介绍了施工操作方法,并给出了工程应用案例,该技术为洞库塌方施工提供了宝贵的借鉴经验。
关键词:塌方;静力破碎法;锚杆支护
洞库塌方处理技术主要解决洞库改造过程中由于头颈部结构松散,地质条件复杂,造成小门藏门间挡墙扩挖过程中出现塌方,影响洞库改造工程施工工作,并会引起洞库头颈部防护层结构抗爆炸震动能力下降的问题。
研究坑道处理技术可以进一步充分发掘老旧洞库的防护能力,解决了空军在坑道式洞库改造过程中碰到的头颈部山体塌方这一不可避免的技术难题,可以有效保障洞库改造工程的顺利进行。
1、引起洞库塌方的原因分析
1.1、洞库塌方的地质原因
在洞库施工中往往难免会碰到岩石断层、破碎岩石带、流沙层、松软岩石层、严重风化层、岩石溶洞、地下暗河、地下埋藏水等情况,这些情况的出现都有可造成地下洞库开挖时出现塌方甚至冒顶,严重影响施工进度,基至于造成工伤、伤亡事故。这是造成洞库塌方的地质原因。
1.2、洞库塌方的施工操作原因
洞库施工安全除与正确的设计有关外,还与施工时机和施工方法密切相关,有时候洞库施工有了正确的设计,但由于施工时机和施工方法不当,仍然会出现塌方安全隐患。如在洞库开挖时进行爆破施工中,如果爆破施工各道工序没有进行认真细致地操作、检查与处理,就会出现洞库毛洞断面超挖,造成塌方事故,乃至引起人员伤亡等不安全事故发生。
2、塌方处理关键技术分析
2.1、静力破碎法
静力破碎法在爆破技术领域具有一定应用,其理论计算为:
记岩石抗拉强度为,静力破碎剂产生压强为P,装药孔半径为,开裂处距装药孔中心距离为r,则其关系为:=p
装药孔半径a由钻头尺寸确定,岩石抗拉强度根据岩石种类情况按其最高标准定,根据静力破碎剂单位重量发生作用后产生压强q,乘以装药孔孔径单位体积v得到压强P,由此计算出开裂距离r:
r=,据此确定出打孔间距[1]。
2.2塌方处理锚杆支护的力学机理
喷锚支护是在本世纪40年代开始系统研究、试验的,50年代已经在金属矿山、煤矿、水利,以及土木工程地下结构中广泛应用。喷锚支护能够从根本上改变岩石强度的特性,有着传统的外部支撑所不能获得的技术与经济效果。地下工程围岩产生松动破碎后,或由于扰动作用影响,其强度显著降低,自稳能力丧失,产生更大的变形位移和松动压力,使结构稳定与支护处于最不利状态。在松软岩层中,为了保持围岩整个结构的稳定性,喷锚持护的作用就尤显突出。
大多数岩体的一个特点是岩石内天然不连续结构面。岩块、平面破坏和楔形破坏的一般稳定分析方法,首先必须充分了解边坡的局部地质情况。
根据设计,当锚杆与滑动面的法线成(90-)角时,锚杆受力最为合理、有效,在此情况下,锚杆的锚固力值为:
式中,T-自重在破坏面上的切向分量;
N-自重在破坏面上的法向分量;
-破坏面长度;
-破坏面上的粘结力;
F-安全系数;
-破坏面上的有效磨擦角。
此式为锚杆力估算方法提供了依据,如果采用等间距锚杆布置,则每根锚杆应力相等。设基坑斜坡用n根间距为a,水平面间距为的等间距锚杆锚固,斜面与水平面夹角为,对破坏面来说,如果以该岩块平面为一个整体研究对象,则该平面的总应力为为[2]:
,其法向和切向分量為:
和
于是锚杆能够抵抗的总剪应力为:
3、洞库塌方处理的主要施工操作步骤:
(1)首先要清除巷道内堆积的大量塌下的土石方。对巷道内大块的岩石,由于体积太大,搬运困难,又无法用机械方法破碎,可以采用国家专利技术——静力破碎法,将大块的岩石破碎成小块,然后搬运清除。该方法安全、方便、省时、省力,易控制,而且切割过程中无爆炸噪声,产生的扬尘很少,解决了大块岩石清运的难题。
(2)清运完巷道内堵塞的土石方后,观(下转第76页)(上接第74页)察塌方区域基坑的稳定情况,等塌方稳定后,派出施工人员到基坑内,清除松散的土石方,为了确保施工人员的安全,我们设计了钢筋防护笼保护罩,经计算,该保护罩可承载20T以上,完全可以保护施工人员的安全;
(3)等清除基坑松散土石方完毕后,从基坑底部支撑刷防锈漆的2cm厚T型钢梁托架,T型钢梁托架两侧用40cm厚的毛石混凝土挡墙支撑,毛石混凝土挡墙与原山体用Φ28钢锚杆锚固在一起,毛石混凝土挡墙外再浇铸一层40cm厚的钢筋砼复合挡墙,以保证钢梁支撑系统的安全性能。待支撑系统施工完毕后,在基坑底部钢梁的上端用防水砂浆做一层2cm厚的防水层。
(4)在基坑的四周用梅花形分布的长短相间的钢锚杆打满整个基坑,锚杆间距可根据基坑四周的地质情况好坏进行调整,基坑的底部锚杆可适当加密。
(5)基坑打锚杆完成后,在基坑内下预制好的钢丝笼。钢丝笼共分为直径大小不等的三层,并将三层钢丝笼与锚杆绑扎在一起,形成一个有效连接的结构整体。
(6)采用快凝膨胀水泥灌浆。灌浆的顺序是先用水灰比较大的稀浆沿基坑壁四周慢慢倾倒,使水泥浆凝固后,在基坑四周形成一层硬壳,与基坑和锚杆形成一个牢固的整体。
(7)采集毛石和中粗砂,毛石和中粗砂按2:1重量比采集。再用快凝膨胀水泥拌和稀浆。按先抛毛石和中粗砂,每层毛石和中粗砂厚度不超过30cm,再用快凝膨胀水泥灌浆的顺序分层施工,抛毛石一层,灌浆一层,直到填满整个基坑。
(8)基坑填满后,顶部先用水泥砂浆抹平,做出排水沟,最后,再用一层防水砂浆抹面,防止自然水渗入基坑内。
4工程应用
2003年9月,在改造xx机场xx跨坑道式洞库防护门时,洞库头颈部也出现了塌方问题。根据xx机场的塌方处理经验,同样采用了相同的塌方处理技术方案,也取得了较好的效果,有效保证了改造工程的施工质量,杜绝了工伤事故,受到了军区空军和场站的好评。
5结束语
坑道式洞库塌方处理技术方案的研究成果,为空军坑道式洞库进一步综合改造提供了一种切实可行理论基础,从而为空军坑道式洞库综合改造节省了前期科研经费。
如果将坑道式洞库塌方处理技术方案应用于地下工程及其它工程塌方处理和加固技术中,具有十分可观的经济应用价值。
参考文献:
[1]高尔新、杨仁树.爆破工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.8.
[2]李政钧.锚杆加固围岩的作用机理研究[J].西部探矿工程,2006(8):182-183.
关键词:塌方;静力破碎法;锚杆支护
洞库塌方处理技术主要解决洞库改造过程中由于头颈部结构松散,地质条件复杂,造成小门藏门间挡墙扩挖过程中出现塌方,影响洞库改造工程施工工作,并会引起洞库头颈部防护层结构抗爆炸震动能力下降的问题。
研究坑道处理技术可以进一步充分发掘老旧洞库的防护能力,解决了空军在坑道式洞库改造过程中碰到的头颈部山体塌方这一不可避免的技术难题,可以有效保障洞库改造工程的顺利进行。
1、引起洞库塌方的原因分析
1.1、洞库塌方的地质原因
在洞库施工中往往难免会碰到岩石断层、破碎岩石带、流沙层、松软岩石层、严重风化层、岩石溶洞、地下暗河、地下埋藏水等情况,这些情况的出现都有可造成地下洞库开挖时出现塌方甚至冒顶,严重影响施工进度,基至于造成工伤、伤亡事故。这是造成洞库塌方的地质原因。
1.2、洞库塌方的施工操作原因
洞库施工安全除与正确的设计有关外,还与施工时机和施工方法密切相关,有时候洞库施工有了正确的设计,但由于施工时机和施工方法不当,仍然会出现塌方安全隐患。如在洞库开挖时进行爆破施工中,如果爆破施工各道工序没有进行认真细致地操作、检查与处理,就会出现洞库毛洞断面超挖,造成塌方事故,乃至引起人员伤亡等不安全事故发生。
2、塌方处理关键技术分析
2.1、静力破碎法
静力破碎法在爆破技术领域具有一定应用,其理论计算为:
记岩石抗拉强度为,静力破碎剂产生压强为P,装药孔半径为,开裂处距装药孔中心距离为r,则其关系为:=p
装药孔半径a由钻头尺寸确定,岩石抗拉强度根据岩石种类情况按其最高标准定,根据静力破碎剂单位重量发生作用后产生压强q,乘以装药孔孔径单位体积v得到压强P,由此计算出开裂距离r:
r=,据此确定出打孔间距[1]。
2.2塌方处理锚杆支护的力学机理
喷锚支护是在本世纪40年代开始系统研究、试验的,50年代已经在金属矿山、煤矿、水利,以及土木工程地下结构中广泛应用。喷锚支护能够从根本上改变岩石强度的特性,有着传统的外部支撑所不能获得的技术与经济效果。地下工程围岩产生松动破碎后,或由于扰动作用影响,其强度显著降低,自稳能力丧失,产生更大的变形位移和松动压力,使结构稳定与支护处于最不利状态。在松软岩层中,为了保持围岩整个结构的稳定性,喷锚持护的作用就尤显突出。
大多数岩体的一个特点是岩石内天然不连续结构面。岩块、平面破坏和楔形破坏的一般稳定分析方法,首先必须充分了解边坡的局部地质情况。
根据设计,当锚杆与滑动面的法线成(90-)角时,锚杆受力最为合理、有效,在此情况下,锚杆的锚固力值为:
式中,T-自重在破坏面上的切向分量;
N-自重在破坏面上的法向分量;
-破坏面长度;
-破坏面上的粘结力;
F-安全系数;
-破坏面上的有效磨擦角。
此式为锚杆力估算方法提供了依据,如果采用等间距锚杆布置,则每根锚杆应力相等。设基坑斜坡用n根间距为a,水平面间距为的等间距锚杆锚固,斜面与水平面夹角为,对破坏面来说,如果以该岩块平面为一个整体研究对象,则该平面的总应力为为[2]:
,其法向和切向分量為:
和
于是锚杆能够抵抗的总剪应力为:
3、洞库塌方处理的主要施工操作步骤:
(1)首先要清除巷道内堆积的大量塌下的土石方。对巷道内大块的岩石,由于体积太大,搬运困难,又无法用机械方法破碎,可以采用国家专利技术——静力破碎法,将大块的岩石破碎成小块,然后搬运清除。该方法安全、方便、省时、省力,易控制,而且切割过程中无爆炸噪声,产生的扬尘很少,解决了大块岩石清运的难题。
(2)清运完巷道内堵塞的土石方后,观(下转第76页)(上接第74页)察塌方区域基坑的稳定情况,等塌方稳定后,派出施工人员到基坑内,清除松散的土石方,为了确保施工人员的安全,我们设计了钢筋防护笼保护罩,经计算,该保护罩可承载20T以上,完全可以保护施工人员的安全;
(3)等清除基坑松散土石方完毕后,从基坑底部支撑刷防锈漆的2cm厚T型钢梁托架,T型钢梁托架两侧用40cm厚的毛石混凝土挡墙支撑,毛石混凝土挡墙与原山体用Φ28钢锚杆锚固在一起,毛石混凝土挡墙外再浇铸一层40cm厚的钢筋砼复合挡墙,以保证钢梁支撑系统的安全性能。待支撑系统施工完毕后,在基坑底部钢梁的上端用防水砂浆做一层2cm厚的防水层。
(4)在基坑的四周用梅花形分布的长短相间的钢锚杆打满整个基坑,锚杆间距可根据基坑四周的地质情况好坏进行调整,基坑的底部锚杆可适当加密。
(5)基坑打锚杆完成后,在基坑内下预制好的钢丝笼。钢丝笼共分为直径大小不等的三层,并将三层钢丝笼与锚杆绑扎在一起,形成一个有效连接的结构整体。
(6)采用快凝膨胀水泥灌浆。灌浆的顺序是先用水灰比较大的稀浆沿基坑壁四周慢慢倾倒,使水泥浆凝固后,在基坑四周形成一层硬壳,与基坑和锚杆形成一个牢固的整体。
(7)采集毛石和中粗砂,毛石和中粗砂按2:1重量比采集。再用快凝膨胀水泥拌和稀浆。按先抛毛石和中粗砂,每层毛石和中粗砂厚度不超过30cm,再用快凝膨胀水泥灌浆的顺序分层施工,抛毛石一层,灌浆一层,直到填满整个基坑。
(8)基坑填满后,顶部先用水泥砂浆抹平,做出排水沟,最后,再用一层防水砂浆抹面,防止自然水渗入基坑内。
4工程应用
2003年9月,在改造xx机场xx跨坑道式洞库防护门时,洞库头颈部也出现了塌方问题。根据xx机场的塌方处理经验,同样采用了相同的塌方处理技术方案,也取得了较好的效果,有效保证了改造工程的施工质量,杜绝了工伤事故,受到了军区空军和场站的好评。
5结束语
坑道式洞库塌方处理技术方案的研究成果,为空军坑道式洞库进一步综合改造提供了一种切实可行理论基础,从而为空军坑道式洞库综合改造节省了前期科研经费。
如果将坑道式洞库塌方处理技术方案应用于地下工程及其它工程塌方处理和加固技术中,具有十分可观的经济应用价值。
参考文献:
[1]高尔新、杨仁树.爆破工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.8.
[2]李政钧.锚杆加固围岩的作用机理研究[J].西部探矿工程,2006(8):182-183.