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        富水厚覆土層地區(qū)豎井施工技術

        2020-03-05 14:06:07溫東北
        工程建設與設計 2020年20期
        關鍵詞:施工

        溫東北

        (中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,杭州 310000)

        1 工程概況

        地處南方海濱城市的某國家戰(zhàn)略工程設計有5個通風豎井、10 個工藝豎井,井深 95~105m 不等,豎井截面設計為圓形,襯砌后內(nèi)徑均為 5m。土層段井身設計為鋼支撐、錨噴掛網(wǎng)初期支護,50cm 厚鋼筋混凝土襯砌;巖層段井身為錨噴支護,無襯砌。

        工程區(qū)內(nèi)地質條件主要為燕山一期花崗巖、花崗閃長巖以及燕山中晚期煌斑巖脈、花崗偉晶巖脈、細晶狀長英質巖脈,圍巖比較堅硬,上覆 30~40m 厚砂性黏土層,并夾雜孤石,土層與巖層交界面有 3~5m 強風化巖層,巖體破碎。地下水位線在地表下 7~15m,水量豐富,土層內(nèi)滲水通道發(fā)育較多。

        2 豎井施工

        2.1 豎井施工方法與作業(yè)方式的選擇

        豎井施工方法有正井法和反井導洞擴挖法,具體選擇受地質條件、工期、施工機械、安全等因素的限制。由于本工程豎井優(yōu)先于井下建筑物施工,不具備反井法施工的條件,加上覆土層厚度普遍為 35~40m,且夾雜孤石,綜合考慮后采用正井法施工。

        豎井施工作業(yè)采用分段順序作業(yè)的方式,即每開挖一段,支護一段,襯砌一段,根據(jù)現(xiàn)場的襯砌模板配置的高度,本工程豎井有襯砌段分段長度為 2.4m。

        2.2 主要施工工序及方法

        施工工序為:井口土層預注漿加固—井口鎖口段施工—井口段井身施工—井架提升系統(tǒng)安裝—井身土層段施工—井身巖層段開挖與支護。

        1)井口土層預注漿加固。土層預注漿加固采用間距 0.8m,φ98mm 鋼花管沿井身內(nèi)壁向外 1.25m 布置,深度為伸入巖層2m。注漿分序、分段進行,分序按照奇偶順序間隔分為Ⅰ序、Ⅱ序;分段每個豎井按照所在位置地下水位線分段,先對地下水位線以上土體注漿,封堵土體裂隙,再對地下水位線以下注漿,確保富水段土層注漿加固效果。漿液采用水泥漿液,注漿壓力 0.5~2MPa,漿液配比水灰比 1∶1~0.5∶1[1]。

        2)井口鎖口段施工。豎井井口鎖口為 T 形環(huán)狀鋼筋混凝土結構,頂部高于周圍地表 20cm,可防止地表水流入豎井。井口測量定位后,采用挖機開挖,人工風鎬輔助修邊,開挖至設計輪廓線,綁扎鋼筋,安裝襯砌內(nèi)模板,澆筑混凝土至設計標高。

        3)井口段井身施工。豎井井口段一般為 10~30m,該段施工井架提升系統(tǒng)還未安裝,采取吊車配合物料提升。主要是為井架安裝后井身段有足夠的空間安裝吊盤(穩(wěn)盤)、井口盤有足夠的空間為井架安裝后吊桶升降物料提供擺桶空間。

        本工程豎井井口段由地下水水位決定,將地下水位線以上 10~15m 確定為井口段,以便于安裝井架提升系統(tǒng)的吊盤、封口盤及預留吊桶升降物料有足夠的擺桶空間。因該段無地下水,土體穩(wěn)定,開挖采用久保田 U15-3 型小型挖掘機開挖,人工風鎬、鐵鍬輔助刷邊,物料提升采用 30t 吊車。采用分層開挖,每層約 50cm,每開挖 2.4m,安裝鋼支撐、網(wǎng)片、錨桿,噴混凝土封閉,后施工襯砌。每個襯砌段 2.4m,按照工序順序逐段向下開挖、支護及施工襯砌。

        4)井架提升系統(tǒng)安裝。井口段井身施工完畢后,安裝井架提升系統(tǒng)。本工程井架提升系統(tǒng)包括:礦用標準Ⅱ-2 型井架,150kW 程控變頻提升絞車系統(tǒng),穩(wěn)盤(吊盤)、2 臺 50kW 卷揚機、1 臺 30kW 卷揚機、2 個 1.2m3吊桶及天輪、鋼絲繩等,均有相應出廠合格證,鋼絲繩經(jīng)質檢單位檢測并出具合格報告。井架系統(tǒng)安裝完畢,試車驗收合格后投入使用。

        5)井身富水土層段施工。本工程豎井地下水位線以下井身地質為砂性黏土層,土體內(nèi)滲水通道發(fā)育較多,且存有大量孤石需要爆破。根據(jù)此地質特點,井身富水段土層豎井采用隧道新奧法施工原則,采取“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉”的施工方法。由于該段土體富水飽和,井身開挖后,在地下水及孤石爆破的作用下土體變成流塑狀,自穩(wěn)性變差,開挖時井壁極易坍塌,造成已支護段上方土體大面積掉落。因此,該段采取每次開挖 0.6~0.8m(一榀拱架間距),然后安裝拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土封閉,再進行下一循環(huán)開挖支護。每支護2.4m,襯砌一組。對于呈流塑狀垮塌的井壁段落,每2榀拱架打入一環(huán)間距 30cm,長 2m 的超前小導管后開挖;對于地下水呈股狀流出的,造成井壁呈稀泥狀垮塌的地段,打入密布超前小導管封閉支護后開挖;必要時該段井壁分片開挖,每開挖出一片拱架長度的井壁即安裝拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土支護,開挖順序按照土體穩(wěn)定性先弱后強進行。

        6)井身巖層段施工。巖石段井身開挖,采用全斷面人工鉆爆開挖,每個循環(huán)開挖 2m。井內(nèi)出渣采用小型挖掘機裝渣,配置2個配合擺桶。出渣完畢后及時施工錨桿噴射混凝土。

        3 富水覆土層段豎井施工過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

        豎井富水覆土層井身開挖過程中,大量土體從已支護段的初支、襯砌背后被涌水沖出,造成已襯砌段井壁背后土體大量流失,形成空洞。特別是在 4#通風豎井,甚至造成井口地表硬化混凝土開裂。針對此問題,采取地表補注漿,襯砌背后回填灌漿的方法,對襯砌背后空洞進行填充,確保井身襯砌段安全。

        已施工襯砌的段落,地下水豐富的段落在襯砌接頭處多有地下水滲出,嚴重處有泥沙沖出,長此以往,使襯砌背后土體大量流失,為確保井壁安全,對這些段落采用注漿堵水的方法予以封堵。

        豎井富水覆土層段施工組織上,各工序要連續(xù)銜接,不要中斷。必要的技術中斷或者其他原因造成施工中斷時,要安排專人對井內(nèi)積水進行抽排,不得讓積水大面積浸泡井內(nèi)土體。否則會造成井內(nèi)土體液化,井壁溜坍,井底土體泥化,增加施工困難。

        4 豎井施工安全措施

        在豎井施工過程中,采取了以下安全措施:(1)提升設備的選擇,選取有資質廠家生產(chǎn)的礦用標準井架及配套的絞車提升系統(tǒng)、封口盤、吊盤,所有關鍵部件,如吊鉤、鋼絲繩等均檢測合格,井架安裝完畢經(jīng)安全部門驗收合格后方投入使用。(2)盡量提高豎井的機械化作業(yè)水平,減少井內(nèi)施工人員。如土層開挖、出渣等工序采用小型挖掘機,既減少了井內(nèi)作業(yè)人員,又大幅度提高了工作效率。襯砌采用定型鋼模,既提高了安裝速度也減小了施工人員勞動強度。(3)建立完善的豎井施工安全管理制度并嚴格執(zhí)行,如豎井爆破、提升系統(tǒng)檢查、防墜落、信號聯(lián)絡制度、有害氣體檢測制度、豎井上下人員登記制度等。通過完善的制度、日常的檢查對施工中存在的安全隱患及時排除,杜絕安全事故的發(fā)生。

        5 結語

        湛江國儲原油水封洞庫項目15口豎井,通過合理選用豎井提升設備,建立完善的管理制度,整個施工過程未發(fā)生因垂直運輸造成的傷亡事故。本工區(qū)施工的4口豎井,選用小型挖機進行土層開挖、巖層出渣,極大地減少了開挖、出渣環(huán)節(jié)的施工人員數(shù)量及人員勞動強度,縮短了出渣時間,極大地加快了施工進度。實際施工進度:土層無地下水段達到每周2模4.8m 的進尺,富水土層段達到每 5d1模 2.4m 的進尺,巖層段達到每周 10~12m 的進尺。通過合理的選用機械設備,提高豎井的機械化施工水平,既減少了井內(nèi)施工人員、降低了人員勞動強度,也大幅減少了豎井施工的安全隱患并加快了施工進度,取得了較好的施工效果。

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