CN113605913A - 一种岩石地下通道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩石地下通道施工方法，所述地下通道为巷道，且巷道穿越断层，巷道的掘进方向与断层的倾向一致，通过在巷道顶板、底板各施工一排探测钻孔确定出碎石胶结区和碎石离散区，分区域治理巷道过断层问题；设置阻隔钢管形成上部阻隔的基础上，通过吹砂钻孔和注浆钻孔配合形成注浆胶结体，为掘进提供安全保障；首先掘进碎石胶结区，将碎石离散区内碎石从侧面放出，然后掘进碎石离散区，避免溃石危险；针对下部断层没有阻隔的情况，提出了特殊的充填和注浆工艺；此外，提出了特殊的支护手段，包括由内而外设置在支护槽内的混凝土外层、柔性缓冲层、支护钢板、混凝土内层，还设置有防水、排水结构；可以避免后期断层导水、断层运动的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩体工程领域，涉及地下通道的掘进施工，具体涉及一种岩石地下通道施工方法。
背景技术
岩体工程属于在岩石中进行施工操作及研究的范畴，目前最常见的岩体工程为在岩石中开挖地下通道或者硐室，如矿山开采即是常见的岩体工程。矿山开采工程一般是将赋存于地下的矿体开采出来运输至地面，因此需要掘进巷道，形成自地面至地下矿层的通道，巷道根据服务的年限不同，一般施工于岩层或者煤层当中。断层是地壳受力发生断裂，沿断裂面两侧岩块发生的显著相对位移的构造；是矿山开采过程中最长见的地质构造，断层面结构复杂，一般赋存有大量的碎石块，这些碎石块有的已经胶结成一体，结构相对稳定，有些仍是松散存在，在巷道揭露断层时易产生碎石突然大量涌入巷道的情况，进而造成矿灾；现有技术多是直接对断层进行充填，但是断层大小各异，充填工作指向性不明确，往往造成工程量大，治理效果不佳，后续巷道支护困难、维护困难的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明具体探讨一种岩石地下通道施工方法，所述地下通道为巷道，具体为一种特殊工况下的巷道穿越断层的施工方法，其中巷道的掘进方向与断层的倾向一致，巷道所要揭露的断层区域包含碎石胶结区和碎石离散区；碎石胶结区内碎石已经胶结成一体，结构相对稳定，碎石离散区的碎石离散存在，具有溃石危险；
所述施工方法包括如下步骤：
S1，巷道掘进至距离断层一定距离时，停止巷道掘进；沿着巷道顶板、巷道底板分别向断层方向施工一排探测钻孔，探测钻孔穿过断层，基于探测结果确定碎石胶结区和碎石离散区范围；
优选的，碎石离散区内巷道顶板处的探测钻孔钻进深度较大；即碎石离散区内巷道顶板处探测钻孔钻进深度相比于其他探测钻孔的钻进深度更深；
优选的，基于探测钻孔的钻井液漏失量判断揭露断层处是否胶结，还可以采用测井、钻孔电视等手段综合探测；
S2，在碎石离散区所对应的巷道顶板处的探测钻孔内插入阻隔钢管直至孔底，所述阻隔钢管用于阻隔巷道顶板以上断层内的离散碎石与下部离散碎石连通；自巷道顶板倾斜向上施工注浆钻孔和吹砂钻孔至断层处；通过吹砂钻孔向断层的碎石离散区内依次吹入细砂、粗砂、细砂，在第二次吹入细砂时，同时通过注浆钻孔注入混凝土浆体；
首先吹入细砂，其用于填充碎石离散区内碎石间的小空隙，避免后期吹入粗砂后，进入这些小空隙的通道被堵住；之后吹入粗砂，粗砂填充碎石间的大空隙，粗砂与碎石一起形成粗骨料；之后再次吹入细砂同时注入混凝土浆体，细砂与混凝土浆体一起进入碎石、粗砂粗骨料之间的空隙，将碎石、粗砂粗骨料和细砂通过混凝土凝聚成整体，形成稳定的胶结体；且在上述施工过程中，阻隔钢管可以对上述吹入粗砂、细砂材料和注入的混凝土材料具有阻隔功能，避免上述材料大量进入巷道所要揭露的断层的碎石离散区内。
S3，根据巷道揭露断层处的碎石胶结区和碎石离散区位置，将巷道分为多个区块掘进穿断层，首先掘进碎石胶结区所对应的巷道区块，然后掘进碎石离散区所对应的巷道区块；在掘进碎石胶结区所对应的巷道区块时，当揭露断层时，将碎石离散区内碎石放出；
断层的碎石胶结区稳定性相对较好，通过先掘进碎石胶结区，可以从侧面放出碎石离散区内的碎石，消除了掘进过断层时从正面溃出碎石的危险；同时先掘进碎石胶结区后掘进碎石离散区，可以减小碎石离散区的揭露时间，以及时进行下一步的支护工作。
优选的，步骤S3中，当有多个碎石胶结区时，先掘进位于碎石离散区偏上位的碎石胶结区，以减小碎石离散区内碎石垂直的从侧面进入碎石胶结区掘进面而产生冲击的危险；
S4，自巷道底板揭露碎石离散区处向下部断层内的碎石离散区内充填和注浆，先充填粗砂、再充填细砂，在充填细砂时，同时注混凝土浆体；
巷道下部的断层，其碎石离散区的范围大小很难确定，在没有如步骤S2中所述阻隔钢管阻隔的情况下，应当先充填粗砂，粗砂填充碎石之间的大孔隙，使得碎石离散区的空隙大大减小，并与碎石一起产生阻隔效果；之后充填细砂同时注入混凝土浆体，细砂与混凝土浆体一起进入碎石、粗砂粗骨料之间的空隙，将碎石、粗砂粗骨料和细砂通过混凝土凝聚成整体，在巷道下部一定范围内形成稳定的胶结体；
S5，进行巷道揭露断层处的巷道支护；在巷道揭露断层处开挖周向支护槽，支护槽的宽度略宽于断层与巷道顶板、断层与巷道底板相交线的水平距离；在支护槽内首先初喷混凝土形成混凝土外层，然后安装支护钢板，支护钢板的宽度与支护槽宽度匹配，各支护钢板的长度与上下左右支护槽的长度分别匹配，四个支护钢板依次固定连接；在支护钢板与混凝土外层之间填充有柔性缓冲层，柔性缓冲层可以吸收一定量的断层运动产生的变形；在支护钢板内侧再次喷射混凝土形成混凝土内层，使得喷射后的巷道断面尺寸与开挖支护槽之前的尺寸一致。
优选的，所述柔性缓冲层可以是碎石块、柔性橡胶体等柔性材料；
优选的，在支护钢板的侧边设置有锚杆安装孔，通过锚杆固定支护钢板；
优选的，还设置有防水、排水结构；在混凝土外层与柔性缓冲层之间设置有防水层；排水结构包括碎石离散区对应的巷道顶板处设置的泄水管，泄水管一端深入断层面内，另一端连接排水管，排水管埋覆于混凝土外层内，排水管出水端伸出巷道断面内，与其他排水管路连接，其中，泄水管位于断层内部的部分为花管。
S6，对整个巷道采用常规的支护手段进行支护。
本发明的有益技术效果为：本发明具体探讨一种特殊工况下的巷道穿越断层的施工方法，其中巷道的掘进方向与断层的倾向一致，巷道所要揭露的断层区域包含碎石胶结区和碎石离散区；通过在巷道顶板、巷道底板各施工一排探测钻孔确定出碎石胶结区和碎石离散区的范围，分区域治理巷道过断层的问题；设置阻隔钢管形成上部阻隔的基础上，通过吹砂钻孔和注浆钻孔配合形成注浆胶结体，为下一步的掘进提供安全保障；首先掘进碎石胶结区，将碎石离散区内碎石从侧面放出，然后掘进碎石离散区，避免了溃石的危险；针对下部断层没有阻隔的情况，提出了特殊的充填和注浆工艺；此外，提出了特殊的支护手段，包括由内而外设置在支护槽内的混凝土外层、柔性缓冲层、支护钢板、混凝土内层，还设置有防水、排水结构；可以避免后期断层导水、断层运动的问题；各施工步骤环环相扣。
附图说明
图1是本发明巷道穿越断层施工轴向剖视图；
图2是本发明巷道掘进面正视图；
图中，巷道1、断层2、碎石胶结区3、碎石离散区4、巷道顶板5、巷道底板6、探测钻孔7、阻隔钢管8、注浆钻孔9、吹砂钻孔10、支护槽11、混凝土外层12、防水层13、缓冲层14、支护钢板15、混凝土内层16、泄水管17、排水管18。
具体实施方式
如图1-2所示，一种岩石地下通道施工方法，所述地下通道为巷道，巷道穿越断层，所述巷道1的轴向(掘进方向)与断层2的倾向一致，巷道所要揭露的断层区域包含碎石胶结区和碎石离散区，碎石胶结区内碎石已经胶结成一体，结构相对稳定，碎石离散区的碎石离散存在，具有溃石危险；
所述施工方法包括如下步骤：
S1，巷道1掘进至距离断层2一定距离时，停止巷道掘进；沿着巷道顶板5、巷道底板6分别向断层方向施工一排探测钻孔7，探测钻孔7穿过断层，基于探测结果确定碎石胶结区和碎石离散区范围；
以图2中情况为例，探测结果表明两侧为碎石胶结区3，中间为碎石离散区4，在碎石胶结区内的探测钻孔其探测结果皆为断层内碎石皆呈胶结状态，在碎石离散区内的探测钻孔其探测结果皆为断层内碎石皆呈离散状态；连接探测结果为断层内碎石皆呈离散状态的探测钻孔即可得到碎石离散区的范围3，进而得到碎石胶结区的范围4。
优选的，碎石离散区4内巷道顶板处的探测钻孔钻进深度较大；即碎石离散区内巷道顶板处探测钻孔钻进深度相比于其他探测钻孔的钻进深度更深；
基于探测钻孔的钻井液漏失量判断揭露断层处是否胶结，还可以采用测井、钻孔电视等手段综合探测；
S2，在碎石离散区4所对应的巷道顶板处的探测钻孔7内插入阻隔钢管8直至孔底，所述阻隔钢管8用于阻隔巷道顶板5以上断层内的离散碎石与下部离散碎石连通；自巷道顶板倾斜向上施工注浆钻孔9和吹砂钻孔10至断层处；通过吹砂钻孔10向断层的碎石离散区内依次吹入细砂、粗砂、细砂，在第二次吹入细砂时，同时通过注浆钻孔9注入混凝土浆体；
首先吹入细砂，其用于填充碎石离散区内碎石间的小空隙，避免后期吹入粗砂后，进入这些小空隙的通道被堵住；之后吹入粗砂，粗砂填充碎石间的大空隙，粗砂与碎石一起形成粗骨料；之后再次吹入细砂同时注入混凝土浆体，细砂与混凝土浆体一起进入碎石、粗砂粗骨料之间的空隙，将碎石、粗砂粗骨料和细砂通过混凝土凝聚成整体，形成稳定的胶结体；且在上述施工过程中，阻隔钢管可以对上述吹入粗砂、细砂材料和注入的混凝土材料具有阻隔功能，避免上述材料大量进入巷道所要揭露的断层的碎石离散区内。
S3，根据巷道揭露断层处的碎石胶结区3和碎石离散区4位置，将巷道分为多个区块掘进穿断层，首先掘进碎石胶结区3所对应的巷道区块，然后掘进碎石离散区4所对应的巷道区块(以图2情况为例，可以先掘进左侧的碎石胶结区3，然后掘进右侧的碎石胶结区，最后掘进中部的碎石离散区4)；在掘进碎石胶结区3所对应的巷道区块时，当揭露断层时，将碎石离散区4内碎石放出；
断层的碎石胶结区稳定性相对较好，通过先掘进碎石胶结区，可以从侧面放出碎石离散区内的碎石，消除了掘进过断层时从正面溃出碎石的危险；同时先掘进碎石胶结区后掘进碎石离散区，可以减小碎石离散区的揭露时间，以及时进行下一步的支护工作。
优选的，步骤S3中，当有多个碎石胶结区时，先掘进位于碎石离散区偏上位的碎石胶结区，以减小碎石离散区内碎石从侧面冲击的危险；以图2所示的情况为例，可以先掘进左侧的碎石胶结区，然后放出碎石离散区内碎石，再掘进右侧的碎石胶结区，最后掘进中部的碎石离散区；如此，可以防止碎石离散区内的碎石垂直的从侧面进入碎石胶结区掘进面；
S4，自巷道底板6揭露碎石离散区4处向下部断层内的碎石离散区内充填和注浆，先充填粗砂、再充填细砂，在充填细砂时，同时注混凝土浆体；
巷道下部的断层，其碎石离散区的范围大小很难确定，在没有如步骤S2中所述阻隔钢管阻隔的情况下，应当先充填粗砂，粗砂填充碎石之间的大孔隙，使得碎石离散区的空隙大大减小，并与碎石一起产生阻隔效果；之后充填细砂同时注入混凝土浆体，细砂与混凝土浆体一起进入碎石、粗砂粗骨料之间的空隙，将碎石、粗砂粗骨料和细砂通过混凝土凝聚成整体，在巷道下部一定范围内形成稳定的胶结体；
S5，进行巷道揭露断层处的巷道支护；在巷道揭露断层处开挖周向支护槽11，支护槽的宽度(沿巷道轴向的延伸长度)略宽于断层与巷道顶板、断层与巷道底板相交线的水平距离；在支护槽内首先初喷混凝土形成混凝土外层12，然后安装支护钢板15，支护钢板15的宽度与支护槽宽度匹配，各支护钢板的长度与上下左右支护槽的长度分别匹配，四个支护钢板依次固定连接；在支护钢板15与混凝土外层12之间填充有柔性缓冲层14，柔性缓冲层14可以吸收一定量的断层运动产生的变形；在支护钢板内侧再次喷射混凝土形成混凝土内层16，使得喷射后的巷道断面尺寸与开挖支护槽之前的尺寸一致。
优选的，所述柔性缓冲层14可以是碎石块、柔性橡胶体等柔性材料；
优选的，在支护钢板15的侧边设置有锚杆安装孔，通过锚杆固定支护钢板(图中未示出)；
优选的，还设置有防水、排水结构；在混凝土外层12与柔性缓冲层14之间设置有防水层13，所述防水层可以是防水板13；排水结构包括碎石离散区对应的巷道顶板处设置的泄水管17，泄水管17一端深入断层面内(与断层面平行)，另一端连接排水管18，排水管埋覆于混凝土外层12内，排水管另一端伸出巷道断面内，与其他排水管路连接，其中，泄水管位于断层内部的部分为花管。
断层是常见的导水通道，一般是由于上部的含水层与断层导通形成，本发明通过设置上述的防水、排水结构可有效解决该问题。
S6，对整个巷道采用常规的支护手段进行支护。
Claims (8)
1.一种岩石地下通道施工方法，所述地下通道为巷道，巷道穿越断层，巷道的掘进方向与断层的倾向一致，所述巷道所要揭露的断层区域包含碎石胶结区和碎石离散区；
其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：
S1，巷道掘进至距离断层一定距离时，停止巷道掘进；沿着巷道顶板、巷道底板分别向断层方向施工一排探测钻孔，探测钻孔穿过断层，基于探测结果确定碎石胶结区和碎石离散区范围；
S2，在碎石离散区所对应的巷道顶板处的探测钻孔内插入阻隔钢管直至孔底，自巷道顶板倾斜向上施工注浆钻孔和吹砂钻孔至断层处；通过吹砂钻孔向断层的碎石离散区内依次吹入细砂、粗砂、细砂，在第二次吹入细砂时，同时通过注浆钻孔注入混凝土浆体；
S3，根据巷道揭露断层处的碎石胶结区和碎石离散区位置，将巷道分为多个区块掘进穿断层，首先掘进碎石胶结区所对应的巷道区块，然后掘进碎石离散区所对应的巷道区块；在掘进碎石胶结区所对应的巷道区块时，当揭露断层时，将碎石离散区内碎石放出；
S4，自巷道底板揭露碎石离散区处向下部断层内的碎石离散区内充填和注浆，先充填粗砂、再充填细砂，在充填细砂时，同时注混凝土浆体；
S5，进行巷道揭露断层处的巷道支护，在巷道揭露断层处开挖周向支护槽，在支护槽内首先初喷混凝土形成混凝土外层，然后安装支护钢板，在支护钢板与混凝土外层之间填充有柔性缓冲层，在支护钢板内侧再次喷射混凝土形成混凝土内层。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤S1中，碎石离散区内巷道顶板处探测钻孔钻进深度相比于其他探测钻孔的钻进深度更深。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤S1中，基于探测钻孔的钻井液漏失量判断揭露的断层处是否胶结，并辅以测井、钻孔电视手段进行综合探测。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤S3中，当有多个碎石胶结区时，先掘进位于碎石离散区偏上位的碎石胶结区。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤S5中，支护槽的宽度略宽于断层与巷道顶板、断层与巷道底板相交线的水平距离；支护钢板的宽度与支护槽宽度匹配，各支护钢板的长度与上下左右支护槽的长度分别匹配，四个支护钢板依次固定连接；在支护钢板的侧边设置有锚杆安装孔，通过锚杆固定支护钢板。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤S5中，所述柔性缓冲层是碎石块或柔性橡胶体。
7.根据权利要求1或5或6所述的施工方法，其特征在于，步骤S5中，还设置有防水、排水结构；在混凝土外层与柔性缓冲层之间设置有防水层；排水结构包括碎石离散区对应的巷道顶板处设置的泄水管，泄水管一端深入断层面内，另一端连接排水管，排水管埋覆于混凝土外层内，排水管出水端伸出巷道断面内，与其他排水管路连接，其中，泄水管位于断层内部的部分为花管。
8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤S6，对整个巷道采用常规的支护手段进行支护。
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