井巷鋼拱架支護(hù)施工方案一、結(jié)構(gòu)特性與作用原理鋼拱架支護(hù)體系是通過冷彎或焊接工藝將型鋼加工成與井巷斷面匹配的拱形結(jié)構(gòu)，與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土共同構(gòu)成復(fù)合式支護(hù)系統(tǒng)。其核心作用機(jī)制體現(xiàn)為剛性支撐與柔性加固的協(xié)同效應(yīng)：型鋼通過高截面慣性矩提供抗彎剛度，將圍巖壓力轉(zhuǎn)化為軸向力傳遞至拱腳，而噴射混凝土與圍巖緊密貼合形成承載環(huán)，兩者共同抑制巖體塑性區(qū)擴(kuò)展。在Ⅳ/Ⅴ級(jí)軟弱破碎地層中，該體系可使圍巖變形量降低40%-60%，支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力提升至單純錨噴支護(hù)的2.3倍。型鋼材質(zhì)選用Q235或Q345低碳合金鋼，具有屈服強(qiáng)度高（≥235MPa）、冷彎性能好的特點(diǎn)。根據(jù)井巷跨度與圍巖等級(jí)差異，常用18#-25#工字鋼，其截面高度與慣性矩呈正相關(guān)，25#工字鋼較18#型號(hào)慣性矩提升67%，適用于跨度5m以上的巷道。縱向連接采用Φ22螺紋鋼，按1.0m環(huán)向間距雙排布置，形成空間桁架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。二、施工工藝流程（一）施工準(zhǔn)備階段材料驗(yàn)收型鋼進(jìn)場(chǎng)需查驗(yàn)出廠合格證，每批次截取3根試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，屈服強(qiáng)度偏差不得超過±15MPa，冷彎試驗(yàn)180°無裂紋。噴射混凝土采用C25微纖維混凝土配合比，水泥選用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砂率控制在45%-50%，摻加0.9kg/m3聚丙烯纖維改善抗裂性能。測(cè)量放線使用全站儀按5m間距布設(shè)中線控制點(diǎn)，水準(zhǔn)儀測(cè)定腰線，在巖壁標(biāo)記拱架安裝輪廓線。采用激光投線儀校準(zhǔn)，確保輪廓線偏差≤30mm，高程誤差±50mm。對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖地段，需提前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)前方30m范圍內(nèi)的斷層破碎帶及涌水情況。基底處理開挖后對(duì)拱腳位置進(jìn)行重點(diǎn)處理，當(dāng)巖質(zhì)基底承載力不足300kPa時(shí)，需超挖30cm換填C20混凝土，澆筑寬度≥1.2m，設(shè)置Φ16鋼筋網(wǎng)片增強(qiáng)抗剪能力。軟巖地段采用20mm厚鋼板（尺寸500×500mm）作為拱腳墊板，墊板下鋪設(shè)10cm厚碎石墊層找平。（二）核心施工工序鋼拱架加工制作在地面加工廠采用數(shù)控冷彎?rùn)C(jī)成型，彎曲半徑誤差≤50mm，每榀拱架分3-5段加工，法蘭盤連接部位采用銑床加工，確保貼合面間隙≤2mm。焊接采用E43型焊條，角焊縫高度≥8mm，焊接后進(jìn)行24小時(shí)自然時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力。初噴混凝土開挖完成后2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行初噴作業(yè)，厚度控制在50-80mm。采用潮噴工藝，工作風(fēng)壓0.4-0.6MPa，噴頭與巖面保持1.0-1.5m距離，呈螺旋狀移動(dòng)。對(duì)局部超挖＞300mm的部位，先用同級(jí)混凝土回填，再進(jìn)行噴射作業(yè)。拱架安裝采用25T汽車吊配合人工安裝，每榀拱架吊裝分3個(gè)吊點(diǎn)，起吊角度控制在60°-75°。安裝順序遵循"先拱后墻、從下到上"原則，每段拱架臨時(shí)固定采用Φ25錨桿（長(zhǎng)度2.5m），按30°傾角打入巖體，外露端與拱架焊接。相鄰拱架法蘭盤連接采用8套M20高強(qiáng)螺栓，扭矩扳手按450N·m預(yù)緊力分三次對(duì)稱緊固。鎖腳加固拱腳兩側(cè)各設(shè)置2根Φ42鋼花管（長(zhǎng)度4.0m），按45°外傾角打入，采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆進(jìn)，注漿壓力0.8-1.0MPa，注入水泥水玻璃雙液漿（水灰比1:1，初凝時(shí)間3-5min）。鎖腳錨管與拱架腹板采用雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度≥100mm。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)掛設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格間距200×200mm），搭接長(zhǎng)度≥100mm，采用18#鐵絲綁扎，每隔200mm設(shè)置一個(gè)綁扎點(diǎn)。鋼筋網(wǎng)與拱架之間保持30mm保護(hù)層厚度，通過墊塊控制間距。復(fù)噴混凝土分兩層噴射至設(shè)計(jì)厚度（150-250mm），第一層噴射后間隔4小時(shí)再進(jìn)行第二層作業(yè)。噴頭與受噴面保持垂直，環(huán)形移動(dòng)速度0.5m/s，對(duì)拱架背后空隙采用注漿管補(bǔ)充灌注，注漿壓力0.5MPa，確保填充密實(shí)。（三）輔助系統(tǒng)施工排水系統(tǒng)在巷道兩側(cè)設(shè)置300×300mm排水溝，采用C15混凝土澆筑，溝底坡度≥3‰。涌水量＞10m3/h地段，增設(shè)Φ100mm透水管盲溝，沿拱架背后環(huán)向布置，間距5m接入縱向排水系統(tǒng)。監(jiān)控量測(cè)在拱頂及兩幫布設(shè)測(cè)站，采用全站儀監(jiān)測(cè)凈空變化，頻率為：開挖后1-7天每天1次，8-15天每2天1次，16-30天每周2次，穩(wěn)定后每月1次。當(dāng)位移速率＞5mm/d時(shí)，需加密監(jiān)測(cè)并采取加固措施。三、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)圍巖等級(jí)型鋼型號(hào)支護(hù)間距（mm）噴射混凝土厚度（mm）鎖腳錨管長(zhǎng)度（m）預(yù)留變形量（mm）Ⅳ級(jí)18#工字鋼800-1000150-2003.5150Ⅴ級(jí)25#工字鋼600-800200-2504.0200-250（二）施工控制參數(shù)安裝精度鋼拱架垂直度偏差≤2°（采用坡度尺檢查），平面翹曲≤20mm，同一斷面內(nèi)各榀拱架間距誤差±50mm。拱架外輪廓線與設(shè)計(jì)輪廓線的起伏差≤50mm，確保噴射混凝土保護(hù)層厚度均勻。注漿參數(shù)水泥漿水灰比1:1-1:1.2，注漿終壓0.8MPa并穩(wěn)壓5min。單榀拱架背后注漿量按空隙體積1.2倍計(jì)算，采用注漿記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量與壓力，當(dāng)壓力驟降或流量突增時(shí)，立即停止注漿檢查管路密封性?；炷琉B(yǎng)護(hù)噴射完成后2小時(shí)內(nèi)開始灑水養(yǎng)護(hù)，保持表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7天。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，采用電熱毯包裹拱架加熱，確?；炷翉?qiáng)度增長(zhǎng)速率≥1.5MPa/d。四、特殊工況處理（一）膨脹性巖層施工預(yù)留變形量設(shè)計(jì)根據(jù)膨脹性系數(shù)計(jì)算預(yù)留量，蒙脫石含量＞15%的巖層按25cm預(yù)留，采用可伸縮接頭（如圖1），接頭處設(shè)置20mm厚鋼板滑動(dòng)副，允許軸向位移150mm，徑向轉(zhuǎn)角3°。防膨脹措施拱架安裝前噴射50mm厚改性環(huán)氧樹脂涂層，降低巖體遇水膨脹壓力。在拱腳兩側(cè)2m范圍內(nèi)布設(shè)Φ50mm排水管，接入縱向排水系統(tǒng)，控制圍巖含水率≤8%。（二）斷層破碎帶施工超前支護(hù)采用Φ108管棚（長(zhǎng)度10m）超前支護(hù)，管棚間距350mm，外插角1°-3°，管內(nèi)注入水泥漿（水灰比0.8:1），配合Φ25超前錨桿（長(zhǎng)度4.5m，間距500mm）形成組合支護(hù)體系。分步開挖采用CRD工法分4步開挖，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m，及時(shí)安裝臨時(shí)仰拱，封閉成環(huán)時(shí)間≤12小時(shí)。臨時(shí)支護(hù)采用18#工字鋼，縱向間距800mm，與主拱架通過螺栓連接。（三）涌水地段處理排水系統(tǒng)涌水量5-20m3/h時(shí)，采用Φ150mm離心式水泵（揚(yáng)程50m）排水，沿巷道側(cè)壁設(shè)置雙趟排水管路。對(duì)集中涌水點(diǎn)，采用速凝混凝土（初凝時(shí)間≤5min）封堵，預(yù)埋Φ80mm導(dǎo)水管引流。防水鋼拱架采用帶排水孔的異型鋼架（如圖2），在腹板開設(shè)Φ20mm排水孔，間距300mm，孔內(nèi)安裝透水管，將水引入盲溝。噴射混凝土中摻加5%防水劑，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P8。五、質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（一）主控項(xiàng)目結(jié)構(gòu)強(qiáng)度噴射混凝土28天抗壓強(qiáng)度≥25MPa，每組3個(gè)試塊平均值不低于設(shè)計(jì)值，最低值不低于0.85倍設(shè)計(jì)值。鋼拱架焊縫進(jìn)行超聲波探傷，Ⅰ級(jí)焊縫比例≥20%，Ⅱ級(jí)焊縫不允許存在未焊透、裂紋等缺陷。安裝精度全站儀檢測(cè)拱架中線偏差≤50mm，高程誤差±30mm，相鄰拱架錯(cuò)臺(tái)≤15mm。采用2m靠尺檢查噴射混凝土表面平整度，允許偏差≤50mm。支護(hù)效果監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示：拱頂下沉速率≤0.15mm/d，兩幫收斂速率≤0.2mm/d，累計(jì)變形量不超過預(yù)留變形量的80%。鋼拱架應(yīng)力監(jiān)測(cè)（采用振弦式傳感器）顯示最大壓應(yīng)力≤180MPa，小于屈服強(qiáng)度的70%。（二）一般項(xiàng)目外觀質(zhì)量型鋼表面無銹蝕（銹蝕面積≤5%），噴射混凝土無空鼓、剝落，蜂窩麻面面積≤0.5%，深度≤10mm。鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度采用電磁感應(yīng)儀檢測(cè)，合格率≥90%，最小厚度≥30mm。資料驗(yàn)收施工記錄應(yīng)包含：每榀拱架安裝檢查表、注漿壓力流量曲線、混凝土試塊強(qiáng)度報(bào)告、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)等。資料完整性評(píng)分≥95分（按《井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》附錄A評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。六、安全技術(shù)措施高空作業(yè)防護(hù)安裝拱架時(shí)搭設(shè)滿堂腳手架，腳手板采用50mm厚木板，鋪設(shè)寬度≥1.2m，設(shè)置1.2m高防護(hù)欄桿。作業(yè)人員佩戴雙鉤安全帶，安全帶固定點(diǎn)承載力≥15kN。吊裝作業(yè)吊車作業(yè)半徑內(nèi)設(shè)置警戒區(qū)，起吊前檢查鋼絲繩（安全系數(shù)≥6）及吊具，拱架起吊角度不得小于45°，嚴(yán)禁斜拉斜吊。每榀拱架吊裝時(shí)設(shè)2名指揮人員，使用對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)。防坍塌措施開挖后若發(fā)現(xiàn)巖塊松動(dòng)，立即采用Φ20臨時(shí)錨桿（長(zhǎng)度2.0m）加固，間距500mm×500mm。在斷層破碎帶地段，配備2臺(tái)應(yīng)急注漿泵，儲(chǔ)備200袋速凝水泥，確保突發(fā)坍塌時(shí)能30分鐘內(nèi)啟動(dòng)加固作業(yè)。監(jiān)測(cè)預(yù)警當(dāng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)以下情況時(shí)立即停工處理：①拱頂日下沉量＞5mm；②鋼拱架應(yīng)力日增量＞30MPa；③噴射混凝土出現(xiàn)連續(xù)裂紋（長(zhǎng)度＞2m，寬度＞0.5mm）。啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，采取增加臨時(shí)支撐、注漿加固等措施。七、施工組織管理（一）人員配置工種人數(shù)職責(zé)范圍資質(zhì)要求施工隊(duì)長(zhǎng)1現(xiàn)場(chǎng)全面管理注冊(cè)建造師證技術(shù)員2技術(shù)交底、質(zhì)量檢查中級(jí)職稱以上測(cè)量工2放線、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集測(cè)量放線工證焊工4鋼拱架焊接、螺栓緊固特種作業(yè)操作證混凝土工6噴射作業(yè)、養(yǎng)護(hù)混凝土工證起重工2拱架吊裝起重機(jī)械作業(yè)證（二）設(shè)備配置主要施工設(shè)備包括：數(shù)控冷彎?rùn)C(jī)（1臺(tái)）、汽車吊（25T，1臺(tái)）、混凝土噴射機(jī)（PZ-5型，2臺(tái)）、注漿泵（UB8.0型，2臺(tái)）、全站儀（1臺(tái)）、應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（1套）。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前進(jìn)行性能檢測(cè)，噴射機(jī)工作風(fēng)壓穩(wěn)定度誤差≤±0.05MPa，注漿泵流量波動(dòng)≤±5%。（三）進(jìn)度計(jì)劃本工程總工期60天，采用平行作業(yè)法組織施工，支護(hù)作業(yè)與開挖工序間隔≤2小時(shí)。關(guān)鍵線路為：測(cè)量放線→初噴混凝土→拱架安裝→鎖腳加固→復(fù)噴混凝土，每循環(huán)作業(yè)時(shí)間8小時(shí)，日進(jìn)尺1.5m（Ⅳ級(jí)圍巖）-0.8m（Ⅴ級(jí)圍巖）。八、驗(yàn)收與評(píng)估（一）分項(xiàng)工程驗(yàn)收鋼拱架加工驗(yàn)收（表2）每加工10榀進(jìn)行一次驗(yàn)收，檢查截面尺寸（允許偏差±2mm）、彎曲半徑（±50mm）、法蘭盤平整度（≤2mm），合格率達(dá)到95%以上方可出廠。安裝工序驗(yàn)收分初驗(yàn)、復(fù)驗(yàn)兩次進(jìn)行，初驗(yàn)在拱架安裝完成后24小時(shí)內(nèi)，復(fù)驗(yàn)在噴射混凝土養(yǎng)護(hù)7天后。初驗(yàn)重點(diǎn)檢查安裝精度，復(fù)驗(yàn)增加混凝土強(qiáng)度及應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估。（二）竣