锚喷技术在复杂地层坑道掘进中的应用

锚喷支护是一种经济上合理、技术上先进的支护方法，具有支护及时与围岩密贴，合支护体系，充分发挥围岩的承载能力和成本低的优点。锚喷技术在国道得到不同程度的应用。河南省第三探矿工程队在地质勘探坑道中应用在：用微机处理，采用调量、设计、施工量测信息反馈的工作程序，建应力动态量测系统，以信息化方法施工，确定支护时间；“短锚杆支护验中，确定了锚杆长度及锚杆的结构类型；锚固方法研究中，确定了快为适合地勘坑道的锚固方法；通过喷射粉煤灰、混凝土支护，探讨了新以竹筋作为锚杆支护获得成功，此外还进行了予应力小锚索支护试验，了研究；采用“以锚为主，少喷和不喷”的支护原则及短锚杆、薄喷层均取得了较好的地质、技术、经济效果。 2100433B

勘探坑道掘进方法

一般掘进法 　也称普通掘进法，在稳定岩层和涌水量不大的条件下采用。其特点是坑道四壁及工作面暂不支护不会立即坍塌，而后按岩石稳定程度进行支护或不支护。一般掘进法均采用传统的凿岩爆破法掘进。其主要工序有凿岩、爆破、装运（或提升岩石）、支护。辅助工序有照明、通风、排水、接管、铺轨等。地面还有供电、供风和供水。勘探坑道的特点是分散、坑道断面小、服务年限短。坑道深度浅的从几米到数百米，深的可达2000～3000米，因而从技术上和经济上使勘探坑道掘进只适用小型和轻便的机械设备，便于在山区频繁的搬迁和拆卸安装。根据所用掘进设备机具不同，各种掘进方法的特点如下：

①手工掘进法。完全依靠手工凿岩、装岩和手推车运岩或手摇绞车提升的作业法。此方法很落后，效率低，劳动强度大。但因勘探坑道的特点，受地区地形、交通条件的限制，当前一部分短浅坑道仍然沿用这一古老的作业方法。

②机械掘进法。1952年地质勘探坑道开始采用手持式凿岩机凿岩，以后逐步选用了矿山轻型装岩机和电机车,实现了部分机械化掘进,生产效率和掘进速度都有很大提高。60年代以后,根据地质工作的特点,研制了适合分散、流动、短浅坑道使用的内燃、电动凿岩机、小型矿车及提升、通风、排水设备。到80年代初期形成了一系列体积小、重量轻、可拆卸搬迁、耗能低的凿岩、装岩、运输（提升）轨轮式设备，并在勘探坑道中推广应用，使中国在小断面坑道掘进方面实现了初步的综合机械化。目前一批新的高效、低耗、适合勘探坑道掘进特点的液压凿岩及装运岩无轨设备正在研制试验之中，不久即将得到应用，使小断面坑道掘进迈入新的发展阶段。

特殊掘进法　在复杂地质条件下,岩层特别松散、流砂层和涌水量大的砂矿采用普通掘进法难以掘进，必须先进行支护，维持围岩的稳定，而后才能掘进。地质勘探工作中采用的特殊掘进法有插板法(见插板掘进法)和沉箱法（见沉箱掘进法）等。

盾构刀具磨损已成为制约其技术安全与掘进效率的关键问题之一，尤其是在含有大漂石、砾石、砂卵石及软土的土-砂-石混合的复杂地层条件中掘进施工。项目拟利用地质统计学、随机场模拟与损伤力学等理论，提出考虑复杂地层条件的刀具磨损计算模型，为解决盾构掘进刀具磨损动态预估提供新理论。具体为：通过对国内外盾构刀具磨损事故调研，分析盾构掘进不同刀具切削原理，研究刀盘与刀具的组合配置与布置原则，揭示地层分布变异对盾构刀具磨损影响；研究隧道纵、横向断面地层的分布状态与变异特征，建立地层断面二维和三维随机模拟模型，分析盾构刀盘掘进穿越地层运动行进轨迹，提出刀具掘进行程精确计算模型；针对我国典型区域复杂地层条件，设计单个刀具岩土体磨损试验，获取不同地层的刀具耐磨性参数，提出刀具磨损量估算方法，建立复杂地层条件下刀具磨损动态预估模型。项目可为降低盾构刀具的磨损风险提供理论支撑，对提高我国盾构施工安全有重要的工程价值。

当前我国已有36个城市正在进行大力发展城市轨道交通，大量的盾构隧道施工对盾构施工技术提出了新挑战。由于我国各地城市地层条件复杂多变，盾构刀具磨损问题已成为制约其技术安全与掘进效率的关键问题之一，尤其是在含有大漂石、砾石、砂卵石及软土的土-砂-石混合的复杂地层条件中掘进施工。项目研究系统收集了国内外自2003年以来盾构隧道施工发生41例典型的盾构刀具事故，通过对刀具磨损事故进行了系统统计分析，研究刀盘及刀具的组合配置与布置规律，结合我国主要城市盾构施工地层特点，评估不同类型盾构刀具配置的地层适应性风险。针对收集的国内36个城市轨道交通隧道工程地质资料，对工程所在的复杂地层条件进行系统分析，分析了复杂地层条件土体磨损物理力学特性特征，根据土体磨损特性考虑建立了极易磨损Ⅰ、易磨损性Ⅱ、中等磨损Ⅲ和低磨损Ⅳ四级分类，并结合我国城市区域特性首次提出了我国主要城市复杂地层磨损性分区图。结合盾构刀具磨损参数测试需求，通过对国内外盾构刀具磨损试验装置调研，分析了国际上现有刀具磨损试验装置，并对其进行了系统对比分析，研究了适用于不同类型土体的盾构刀具磨损试验测试方法；考虑我国城市轨道交通隧道施工特点和要求，提出了复杂地层条件盾构刀具磨损试验设计方案，并创新研制了考虑现状施工条件可模拟盾构实际施工工况的刀具磨损测试装置；利用研制装置测试的试验，提出了刀具磨损预估模型，推导了刀具寿命预测的普遍模型，通过对现场盾构隧道横断面地层分布分区定义，建立了复杂地层条件盾构刀具磨损预测模型。项目研究利用地质统计学、随机场模拟与损伤力学等理论，提出考虑复杂地层条件的刀具磨损计算模型，为解决盾构掘进刀具磨损动态预估提供新理论，研究成果可为降低盾构刀具的磨损风险提供理论支撑，对提高我国盾构施工安全有重要的工程价值。本项目研究按预定的计划进行，研究内容没有调整和变动，依托研究完成主要成果包括发表学术文论12篇（其中EI收录6篇，SCI收录4篇），参编国家标准2部，项目成果获得软件著作权1项，研制试验装置1套，正在申请国家发明专利2项，部分研究成果获得2013年上海市科技进步二等奖1项和江苏省科技进步三等奖1项。研究期间参加会议10次，其中国际会议4次；项目培养研究生4名（已答辩2名，待答辩2名），结合我国厦门、福州、南宁、兰州等城市开展了试点应用，并在我国深中通道、汕头通道等重大工程项目咨询提供了技术支撑。 2100433B