地下礦山大坡度小斷面巷道掘砌平行作業施工技術

摘 要：我國是礦產資源生產和消耗大國，且礦山開採以地下開採為主。地下礦山巷道襯砌施工工藝較為成熟，但在礦山建井巷道中，有部分巷道屬於大坡度斜井、斜坡道，巷道的坡度較大，斷面較小，施工難度大，以往大多采用人工拆、裝組合模板進行澆築施工，不僅混凝土外觀質量差，而且投入人工工作量大、掘進與襯砌工序間相互干擾，導致施工進度緩慢。

國內大斷面巷道使用鋼模台車襯砌技術已經非常成熟，但在礦山小斷面巷道應用較少。地下礦山大坡度、小斷面巷道獨頭掘進，利用鋼模板台車襯砌施工時，不能實現掘砌平行作業。對地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術應用進行研究，將原鋼模台車改裝成穿行式鋼模台車、研製出混凝土襯砌鋼模台車液壓行走系統。

關鍵詞：地下礦山 斜坡道 鋼模台車 掘砌平行作業 襯砌施工

1鋼模台車混凝土襯砌施工現狀分析

我國從1978年改革開放後，開始引進國外鋼模台車設備及技術，1983年在京廣大瑤山隧道引進日本105㎡大斷面鋼模台車砼襯砌。該鋼模台車為穿行式長8m，重約100t。而後，又仿製了許多隧道鋼模台車，斷面30-80㎡。

全斷面鋼模台車在魯布革水電工程中首次應用。該工程引水隧洞直徑8m。後經學習、消化，研製出國內第一台全斷面鋼模台車(斷面φ5.8m×9m)，成功地運用於魯布革水洞砼襯砌。之後，先後製造了φ8m×12m、φ9m×12m、φ9m×15m、φ9.7m×15m等多套、多種直徑的鋼模台車，分別在廣蓄等工程建設中發揮了重要的作用。

我國隧洞砼襯砌施工方法有：全斷面一次成型，先澆底拱後澆邊頂拱、先澆邊頂拱後澆底拱、先頂拱後邊牆及先邊牆後頂拱等。魯布革電站引水隧洞鋼模台車，模板全長38m，每移動一次澆築15m。自魯布革電站使用鋼模台車以後，很快在全國各工程中推廣。目前已使用這種鋼模台車的洞徑為9.5m。

在國內大斷面使用鋼模台車已經非常成熟，但在礦山上應用較少，礦山上大坡度、小斷面獨頭掘進時，利用鋼模板台車施工時，不能實現掘砌平行作業。

2工況分析

甕福磷礦穿巖洞礦80萬噸/年地下礦山項目輔助斜坡道長1512m，其中420m需要襯砌，斜坡道基本參數如下：巷道淨寬5m，淨斷面17.58㎡，坡度12%，斜坡道斷面小，坡度大，獨頭掘進工程量大。

輔助斜坡道計劃工期：14個月，計劃開工日期2019年8月1日，由於徵地、搬遷、疫情影響，整個工期被耽誤3個月，斜坡道工期僅剩下11個月，11個月需要掘進1512m，襯砌420m（鋼模台車襯砌時，邊、頂一次性成型），工期無法保障。

為了保質保量按期完成斜坡道工程施工，對地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術應用進行研究，將原鋼模台車改裝成穿行式鋼模台車、研製出混凝土襯砌鋼模台車液壓行走系統，運用地下礦山大坡度小斷面巷道鋼模台車混凝土襯砌穿行式施工技術，實現了地下礦山小斷面巷道掘砌平行作業，確保按期完工。

3鋼模台車改裝原理

鋼模台車改裝原理如下：

（1）鋼模台車用於混凝土襯砌作業，坑道車用於掘進出渣作業，鋼模台車整體為“門”字形形狀並且其下方設置為運輸通道，坑道車能夠在該運輸通道中穿行。取消鋼模台車下部支撐橫嶺樑，在台車上擱置多根定位撐，通過行走機構運行至襯砌施工點，定位撐的一端與鋼模台車連接，另一端插入襯砌施工點處的圍巖內固定鋼模台車。

（2）鋼模台車左右兩側安裝行走機構和液壓驅動裝置，液壓驅動裝置為行走機構的運行提供動力，研製的液壓行走系統由左右對稱佈置的兩根移動滑槽、兩個長程液壓油缸（每一次行程80cm)、四個滑動支座、四個液壓立柱、四個平移底座組成。

4鋼模台車改裝

地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術，包括鋼模台車和坑道車，鋼模台車用於混凝土襯砌施工，坑道車用於運出掘進施工所產生的石渣。

4.1“門”字改裝

鋼模台車下方輸送通道橫斷面尺寸為：寬×高=3150mm×2930mm。取消鋼模台車下部支撐橫嶺樑，在台車上擱置多根定位撐，通過行走機構運行至襯砌施工點，定位撐的一端與所述鋼模台車1螺紋固定連接，定位撐的另一端插入該襯砌施工點處的圍巖內，採用樹脂藥卷錨固，錨固長度500mm。定位撐數量為6根，採用鋼筋製成，定位撐公稱直徑不小於φ25mm。

4.2增設構件

混凝土襯砌鋼模台車增設液壓行走系統，行走機構數量為偶數，並且按數量對稱部署於鋼模台車左右兩側。4.3施工工藝及方法

對改裝後的鋼模台車進行襯砌施工，採用可移動鋼模台車+泵送混凝土+附着式振搗器施工工藝進行施工。

4.3.5脱模

澆築完成之後，必須讓混凝土凝固一定時間後才能進行脱模。脱模按以下幾步進行:

(1)現場取混凝土試樣同條件養護檢測，待達到0.05~0.25MPa後進行脱模。

(2)拆掉側向千斤頂、對地絲槓千斤頂和端頭模。

(3)啟動液壓系統，操作手動換向閥手柄，操作側向油缸，使左右邊模脱離襯砌面，油缸收縮行程為190mm~300mm。

(4)收起基礎千斤頂。

(5)操作手動換向閥手柄，控制豎向油缸。使鋼模台車鋼模頂面全部脱離襯砌表面。油缸收縮時，必須分次收縮，切忌一次性強制脱模。油缸收縮行程為150mm~ 250mm。

4.4進度成果分析

（1）研製出混凝土襯砌鋼模台車液壓行走系統，解決了鋼模台車行走困難的問題，將原鋼模台車安裝液壓行走系統後，一個襯砌施工循環移動時間縮短3h，改裝前後襯砌施工循環時間圖如下：

（2）襯砌420m，掘砌順序作業時，襯砌需要3.5個月，地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術實現了掘砌平行作業，縮短工期3.5個月。改裝前後作業進度圖如下：

4.5技術經濟分析

通過對地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術應用及研究，在輔助斜坡道聯合支護段運用穿行式鋼模台車進行襯砌施工，實現掘進與襯砌平行作業。掘進完成1512m，掘進進度為：150m/月，完成該掘進工作需要10.1月，襯砌完成420m，襯砌進度為：120m/月，襯砌3.5月。

具體節約費用明細表如下：

（1）研製出混凝土襯砌鋼模台車液壓行走系統，解決了鋼模台車行走困難的問題，移動時間縮短，節約人力及物力27萬元；

（2）通過對鋼模台車改裝，實現了地下礦山小斷面巷道掘砌平行作業。完善施工管理，消除施工安全隱患，確保了施工安全、質量及進度的要求，縮短工程工期3.5個月，為公司及作業隊節約直接費和間接費148萬元。

5結束語

通過對地下礦山斜坡道鋼模台車混凝土襯砌施工技術應用及研究，實現了地下礦山小斷面巷道掘砌平行作業，保證了工程工期，保質保量並提前完成輔助斜坡道的施工，為後續中段和採切巷道的施工創造了有利的條件。研製出混凝土襯砌鋼模台車液壓行走系統，解決了鋼模台車行走困難的問題，移動時間縮短，節約人力及物力，縮短建設工期，為公司及作業隊節約大量的直接費和間接費。

研究過程中，項目科研工作人員運用理論技術不斷地完善實際施工進程，並提出優化改進措施，結合國內外成功的地下礦山巷道掘進與襯砌平行作業施工經驗，通過收集並分析鋼模台車改裝（取消台車下部支撐橫嶺樑，增設液壓行走系統）、改裝後移動就位、混凝土澆築試驗、出渣車輛通行試驗各個階段的數據，分析試驗成本以及所取得的試驗結果，實現了地下礦山小斷面巷道掘砌平行作業，消除施工安全隱患，確保了施工質量進度的要求，可為類似地下礦山巷道及隧道施工提供可借鑑的實踐經驗和技術保障，經濟效益和社會效益非常明顯。

6參考文獻

[1]《井巷工程》東兆星、劉剛，徐州：中國礦業大學出版社，2013.

[2]《大坡率隧道襯砌台車固定施工技術》劉晶，山西：山西建築2018年12期.

[3]《公路隧道施工技術規範》中交第一公路工程局有限公司，人民交通出版社2009.

[4]《礦井通風》喻曉峯，重慶：重慶大學出版社，2010.

[5]《礦山安全工程》陳寶智，北京：冶金工業出版社，2009.