錨噴技術(shù)在復(fù)雜地層坑道掘進(jìn)中的應(yīng)用

錨噴支護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上先進(jìn)的支護(hù)方法，具有支護(hù)及時(shí)與圍巖密貼，合支護(hù)體系，充分發(fā)揮圍巖的承載能力和成本低的優(yōu)點(diǎn)。錨噴技術(shù)在國(guó)道得到不同程度的應(yīng)用。河南省第三探礦工程隊(duì)在地質(zhì)勘探坑道中應(yīng)用在：用微機(jī)處理，采用調(diào)量、設(shè)計(jì)、施工量測(cè)信息反饋的工作程序，建應(yīng)力動(dòng)態(tài)量測(cè)系統(tǒng)，以信息化方法施工，確定支護(hù)時(shí)間；“短錨桿支護(hù)驗(yàn)中，確定了錨桿長(zhǎng)度及錨桿的結(jié)構(gòu)類型；錨固方法研究中，確定了快為適合地勘坑道的錨固方法；通過(guò)噴射粉煤灰、混凝土支護(hù)，探討了新以竹筋作為錨桿支護(hù)獲得成功，此外還進(jìn)行了予應(yīng)力小錨索支護(hù)試驗(yàn)，了研究；采用“以錨為主，少噴和不噴”的支護(hù)原則及短錨桿、薄噴層均取得了較好的地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。 2100433B

勘探坑道掘進(jìn)方法

一般掘進(jìn)法 　也稱普通掘進(jìn)法，在穩(wěn)定巖層和涌水量不大的條件下采用。其特點(diǎn)是坑道四壁及工作面暫不支護(hù)不會(huì)立即坍塌，而后按巖石穩(wěn)定程度進(jìn)行支護(hù)或不支護(hù)。一般掘進(jìn)法均采用傳統(tǒng)的鑿巖爆破法掘進(jìn)。其主要工序有鑿巖、爆破、裝運(yùn)（或提升巖石）、支護(hù)。輔助工序有照明、通風(fēng)、排水、接管、鋪軌等。地面還有供電、供風(fēng)和供水。勘探坑道的特點(diǎn)是分散、坑道斷面小、服務(wù)年限短。坑道深度淺的從幾米到數(shù)百米，深的可達(dá)2000～3000米，因而從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上使勘探坑道掘進(jìn)只適用小型和輕便的機(jī)械設(shè)備，便于在山區(qū)頻繁的搬遷和拆卸安裝。根據(jù)所用掘進(jìn)設(shè)備機(jī)具不同，各種掘進(jìn)方法的特點(diǎn)如下：

①手工掘進(jìn)法。完全依靠手工鑿巖、裝巖和手推車運(yùn)巖或手搖絞車提升的作業(yè)法。此方法很落后，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。但因勘探坑道的特點(diǎn)，受地區(qū)地形、交通條件的限制，當(dāng)前一部分短淺坑道仍然沿用這一古老的作業(yè)方法。

②機(jī)械掘進(jìn)法。1952年地質(zhì)勘探坑道開始采用手持式鑿巖機(jī)鑿巖，以后逐步選用了礦山輕型裝巖機(jī)和電機(jī)車,實(shí)現(xiàn)了部分機(jī)械化掘進(jìn),生產(chǎn)效率和掘進(jìn)速度都有很大提高。60年代以后,根據(jù)地質(zhì)工作的特點(diǎn),研制了適合分散、流動(dòng)、短淺坑道使用的內(nèi)燃、電動(dòng)鑿巖機(jī)、小型礦車及提升、通風(fēng)、排水設(shè)備。到80年代初期形成了一系列體積小、重量輕、可拆卸搬遷、耗能低的鑿巖、裝巖、運(yùn)輸（提升）軌輪式設(shè)備，并在勘探坑道中推廣應(yīng)用，使中國(guó)在小斷面坑道掘進(jìn)方面實(shí)現(xiàn)了初步的綜合機(jī)械化。目前一批新的高效、低耗、適合勘探坑道掘進(jìn)特點(diǎn)的液壓鑿巖及裝運(yùn)巖無(wú)軌設(shè)備正在研制試驗(yàn)之中，不久即將得到應(yīng)用，使小斷面坑道掘進(jìn)邁入新的發(fā)展階段。

特殊掘進(jìn)法　在復(fù)雜地質(zhì)條件下,巖層特別松散、流砂層和涌水量大的砂礦采用普通掘進(jìn)法難以掘進(jìn)，必須先進(jìn)行支護(hù)，維持圍巖的穩(wěn)定，而后才能掘進(jìn)。地質(zhì)勘探工作中采用的特殊掘進(jìn)法有插板法(見插板掘進(jìn)法)和沉箱法（見沉箱掘進(jìn)法）等。

盾構(gòu)刀具磨損已成為制約其技術(shù)安全與掘進(jìn)效率的關(guān)鍵問(wèn)題之一，尤其是在含有大漂石、礫石、砂卵石及軟土的土-砂-石混合的復(fù)雜地層條件中掘進(jìn)施工。項(xiàng)目擬利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、隨機(jī)場(chǎng)模擬與損傷力學(xué)等理論，提出考慮復(fù)雜地層條件的刀具磨損計(jì)算模型，為解決盾構(gòu)掘進(jìn)刀具磨損動(dòng)態(tài)預(yù)估提供新理論。具體為：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)刀具磨損事故調(diào)研，分析盾構(gòu)掘進(jìn)不同刀具切削原理，研究刀盤與刀具的組合配置與布置原則，揭示地層分布變異對(duì)盾構(gòu)刀具磨損影響；研究隧道縱、橫向斷面地層的分布狀態(tài)與變異特征，建立地層斷面二維和三維隨機(jī)模擬模型，分析盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)穿越地層運(yùn)動(dòng)行進(jìn)軌跡，提出刀具掘進(jìn)行程精確計(jì)算模型；針對(duì)我國(guó)典型區(qū)域復(fù)雜地層條件，設(shè)計(jì)單個(gè)刀具巖土體磨損試驗(yàn)，獲取不同地層的刀具耐磨性參數(shù)，提出刀具磨損量估算方法，建立復(fù)雜地層條件下刀具磨損動(dòng)態(tài)預(yù)估模型。項(xiàng)目可為降低盾構(gòu)刀具的磨損風(fēng)險(xiǎn)提供理論支撐，對(duì)提高我國(guó)盾構(gòu)施工安全有重要的工程價(jià)值。

當(dāng)前我國(guó)已有36個(gè)城市正在進(jìn)行大力發(fā)展城市軌道交通，大量的盾構(gòu)隧道施工對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)。由于我國(guó)各地城市地層條件復(fù)雜多變，盾構(gòu)刀具磨損問(wèn)題已成為制約其技術(shù)安全與掘進(jìn)效率的關(guān)鍵問(wèn)題之一，尤其是在含有大漂石、礫石、砂卵石及軟土的土-砂-石混合的復(fù)雜地層條件中掘進(jìn)施工。項(xiàng)目研究系統(tǒng)收集了國(guó)內(nèi)外自2003年以來(lái)盾構(gòu)隧道施工發(fā)生41例典型的盾構(gòu)刀具事故，通過(guò)對(duì)刀具磨損事故進(jìn)行了系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，研究刀盤及刀具的組合配置與布置規(guī)律，結(jié)合我國(guó)主要城市盾構(gòu)施工地層特點(diǎn)，評(píng)估不同類型盾構(gòu)刀具配置的地層適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)收集的國(guó)內(nèi)36個(gè)城市軌道交通隧道工程地質(zhì)資料，對(duì)工程所在的復(fù)雜地層條件進(jìn)行系統(tǒng)分析，分析了復(fù)雜地層條件土體磨損物理力學(xué)特性特征，根據(jù)土體磨損特性考慮建立了極易磨損Ⅰ、易磨損性Ⅱ、中等磨損Ⅲ和低磨損Ⅳ四級(jí)分類，并結(jié)合我國(guó)城市區(qū)域特性首次提出了我國(guó)主要城市復(fù)雜地層磨損性分區(qū)圖。結(jié)合盾構(gòu)刀具磨損參數(shù)測(cè)試需求，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)刀具磨損試驗(yàn)裝置調(diào)研，分析了國(guó)際上現(xiàn)有刀具磨損試驗(yàn)裝置，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)對(duì)比分析，研究了適用于不同類型土體的盾構(gòu)刀具磨損試驗(yàn)測(cè)試方法；考慮我國(guó)城市軌道交通隧道施工特點(diǎn)和要求，提出了復(fù)雜地層條件盾構(gòu)刀具磨損試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并創(chuàng)新研制了考慮現(xiàn)狀施工條件可模擬盾構(gòu)實(shí)際施工工況的刀具磨損測(cè)試裝置；利用研制裝置測(cè)試的試驗(yàn)，提出了刀具磨損預(yù)估模型，推導(dǎo)了刀具壽命預(yù)測(cè)的普遍模型，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)隧道橫斷面地層分布分區(qū)定義，建立了復(fù)雜地層條件盾構(gòu)刀具磨損預(yù)測(cè)模型。項(xiàng)目研究利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、隨機(jī)場(chǎng)模擬與損傷力學(xué)等理論，提出考慮復(fù)雜地層條件的刀具磨損計(jì)算模型，為解決盾構(gòu)掘進(jìn)刀具磨損動(dòng)態(tài)預(yù)估提供新理論，研究成果可為降低盾構(gòu)刀具的磨損風(fēng)險(xiǎn)提供理論支撐，對(duì)提高我國(guó)盾構(gòu)施工安全有重要的工程價(jià)值。本項(xiàng)目研究按預(yù)定的計(jì)劃進(jìn)行，研究?jī)?nèi)容沒有調(diào)整和變動(dòng)，依托研究完成主要成果包括發(fā)表學(xué)術(shù)文論12篇（其中EI收錄6篇，SCI收錄4篇），參編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2部，項(xiàng)目成果獲得軟件著作權(quán)1項(xiàng)，研制試驗(yàn)裝置1套，正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，部分研究成果獲得2013年上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)和江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。研究期間參加會(huì)議10次，其中國(guó)際會(huì)議4次；項(xiàng)目培養(yǎng)研究生4名（已答辯2名，待答辯2名），結(jié)合我國(guó)廈門、福州、南寧、蘭州等城市開展了試點(diǎn)應(yīng)用，并在我國(guó)深中通道、汕頭通道等重大工程項(xiàng)目咨詢提供了技術(shù)支撐。 2100433B