摘要： 2020年11月6日KZVCM立井井筒在井頸段開挖時， 突遇涌水量約32m3/h， 厚度約13m的流沙層。針對此類富水大厚度流沙層， 常用凍結法或高壓旋噴法進行治理， 但VCM立井地處KZ， 地表最低溫度約零下40℃， 且0～12m井頸和永久風道已經(jīng)形成。我公司綜合以上條件選擇置換注漿和短掘短砌施工技術， 歷經(jīng)6個月， 成功穿過該流沙層。在應對復雜水文地質(zhì)環(huán)境的掘進工作中， 我公司成功地提升了施工效率， 從而為項目帶來了顯著的經(jīng)濟效益?；诰唧w的施工經(jīng)驗， 本文深入探討了在富含水源的大厚度流沙層中如何實現(xiàn)安全且高效的作業(yè)， 旨在為同類工程提供實踐經(jīng)驗和理論指導。

關鍵詞： 富水大厚度流沙層; 置換注漿技術; 漿液; 短掘短砌

DOI：10.12433/zgkjtz.20240852

2020年11月6日KZVCM立井井筒正在進行開挖作業(yè)， 已完成井深35.9m～37.1m段錨網(wǎng)支護， 揭露圍巖為紅色粘土， 無漏水點， 繼續(xù)向下開挖至井深39m（標高+279.6m）時， 北東側出現(xiàn)2處突水點， 突水部位均噴出大量細砂及沙礫， 2處突水點中間幫壁可見大塊鵝卵石， 實測總涌水量約32m3/h。

VCM立井設計井深742.6m， 凈直徑7m， 井深0～80m為鋼筋混凝土結構， 其余段為素混凝土結構， 混凝土厚度分別為500mm和450mm， 混凝土強度為B30。

一、 技術特點

（1）采用流沙層置換注漿技術， 提高井壁自穩(wěn)性能。

（2）采用超前小井抽排涌水， 實現(xiàn)無水開挖。

（3）采用劈裂棒靜態(tài)破除混凝土止?jié){墊， 避免爆破破除法對注漿形成的結石體帷幕產(chǎn)生擾動。

（4）采用型鋼井圈法和壁后注漿綜合技術， 有效防止開挖時流沙涌入井筒中心和提高混凝土壁后的密實性。

（5）采用小段高短掘短砌， 確保井壁穩(wěn)定性。

（6）采用添加2種添加劑的耐硫酸鹽硅酸鹽抗?jié)B混凝土， 能達到快速脫模、 縮短工序時間的效果。

二、 適用范圍

松散破碎圍巖或表土層及特殊水文地質(zhì)條件下立井井筒施工。

三、 工藝原理

采用流沙層置換注漿技術， 在距內(nèi)井壁0.5m布置一圈鉆孔， 孔間距0.5m， 根據(jù)設計參數(shù)采用雙機對頂式單側三孔、 雙孔、 單孔方式進行鉆孔注漿工作， 使井壁開挖范圍外形成一個較完整的注漿結石體帷幕， 進而達到堵水堵沙效果。

采用超前小井抽排涌水， 提前將井筒水位降低至開挖面以下1m， 實現(xiàn)無水開挖。

采用型鋼井圈技術， 每1m段高的第一層井圈通過提前預埋好的長800mm M24地腳螺栓固定在上一模已澆筑的混凝土內(nèi)， 其余井圈之間通過M24×60mm螺栓連接， 使已開挖的井筒處在金屬井圈的保護下， 避免流沙涌入井筒中心。

采用壁后注漿技術， 通過提前預留的φ50mm注漿管， 使用2TGZ-60/210注漿泵注入化學漿， 終壓2Mpa， 充填金屬井圈以外的空隙部位， 提高混凝土壁后的密實性。

采用1m段高短掘短砌技術， 使用添加Xseed-100和Mglenium-909型2種添加劑的混凝土， 實現(xiàn)養(yǎng)護3h脫模目標， 大大提高了工效。

四、 工藝流程和操作要點

（一）工藝流程

流沙層置換注漿→檢查孔施工→實現(xiàn)方案設定涌水量目標→施工超前小井抽排涌水→井筒開挖→安裝型鋼井圈→鋼筋綁扎→安裝M24地腳螺栓和壁后注漿管→模板安裝→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護→下1m井筒掘砌施工。

（二）操作要點

（1）混凝土止?jié){墊： 厚度1.7m， 混凝土強度B30， 混凝土制作過程中添加Mglenium-909 和 Xseed-100兩種添加劑。

（2） 鉆孔設計參數(shù)： 鉆孔共36個， 鉆孔圈徑6m， 鉆孔孔徑130mm， 孔口間距0.5m， 孔底間距1m， 鉆孔傾角12°， 鉆孔深度12m。

（3）安裝鉆機平臺： 平臺高度2m， 采用φ108×4m和I20工字鋼組裝， 型鋼間均采用M16×60mm螺栓連接， 平臺表面鋪設規(guī)格5000×300×50mm木板。

（4）孔口管安裝及固定： 使用130mm鉆頭鉆進至開孔深度3m后取出孔內(nèi)鉆具， 孔內(nèi)下放3m長， ?108mm × 4mm無縫鋼管制作的孔口管?？卓诠芟路胖猎O計深度后， 使用水泥-水玻璃雙液漿進行固管; 孔口管采用兩根直徑36mm， 長度1.5m螺栓與夾板卡固定， 螺栓嵌入混凝土深度不低于1m。

孔口管耐壓抗?jié)B試驗： 在孔口管端部安裝高壓閘閥， 鉆進至孔深3m后停止， 進行孔口管耐壓抗?jié)B試驗。

（5）鉆孔： 36個鉆孔分為6序， 3個鉆孔為一組， 每序由2臺鉆機同時施工， 鉆孔每序段高為0.5～1m。

（6）注漿： 注漿作業(yè)前先進行孔內(nèi)壓水試驗， 同時將注漿材料通過提升系統(tǒng)運送至作業(yè)平臺。根據(jù)壓水試驗獲取的參數(shù)確定起始漿液類型及漿液配比。

漿液類型是單液水泥漿、 化學漿等， 對涌水量大于20m3/h的鉆孔， 使用超細水泥， 其他情況下使用化學漿。

注漿終壓： 1.5～2.0Mpa。

注漿養(yǎng)護： 5h。

（7）檢查孔施工： 檢查孔數(shù)量5個， 孔深12m， 5個檢查孔累計涌水量不超過5m3/h時轉為井筒掘砌施工。

（8）混凝土止?jié){墊開挖

使用YG-B130-850型劈裂棒分2次開挖混凝土止?jié){墊。每次按照如下順序施工：

①使用強力風鎬B47沿井筒中心開挖直徑為1m， 深1.8m的自由面。

②使用KQJ-92鉆機施工劈裂孔， 孔直徑130mm， 孔深0.9m， 孔間距0.8m， 相鄰兩圈圈距0.8m。

③使用吹風管一次性清理完所有劈裂孔。

④將劈裂棒的液壓站從地表下放至吊盤下層盤， 并連接好電源。

⑤將劈裂棒通過吊桶下放至井底。

⑥依次將劈裂棒放入劈裂孔內(nèi)， 并分別將與液壓站連接好的加壓管和卸壓管同時連接至劈裂棒。

⑦打開液壓站， 操作加壓操縱桿， 對劈裂棒進行加壓， 劈裂棒上的頂缸緩慢打開， 最大輸出值不超過100Mpa。

⑧混凝土裂開后， 操縱桿歸零， 關閉液壓站， 劈裂棒開始卸壓， 待劈裂棒上的頂缸緩慢收攏后， 取出劈裂棒， 即完成劈裂施工。

⑨按照上述劈裂棒使用順序， 依次完成所有劈裂孔劈裂施工。

⑩使用抓巖機將劈裂后的混凝土塊抓至3m3吊桶， 并提升至地表翻矸平臺傾倒至矸石倉。

（9） 施工超前小井： 長×寬×高： 1m×1m×1.5m， 2個; 人工開挖超前小井， 采用井圈背板支護， 自外向內(nèi)開挖， 每開挖500mm高度后， 在井圈外側安裝木板。

開挖結束后， 在每個過濾器內(nèi)安裝2臺潛水泵（1用1備）， 開挖產(chǎn)生的水， 通過潛水泵直接排至地表沉淀池。

潛水泵型號： 流量40m3/h， "揚程99m。

（10）井筒開挖參數(shù)： 開挖段高1m， 開挖直徑8.0m。

開挖方式： 井筒分4個區(qū)域開挖， 0.28m3挖掘機結合HZ-6B抓巖機開挖， 每開挖300mm高度后， 即安裝20#槽鋼井圈， 該段支護完成后開挖下一1/4區(qū)域， 直至1m段高井筒開挖結束。

（11）鋼筋綁扎： 按照圖紙設計要求綁扎鋼筋。

（12） M24地腳螺栓和孔口管安裝： 預埋件均焊接在安裝好的鋼筋上。

（13）模板安裝： 模板使用木模， 高度1m。

（14）混凝土澆筑： 按照設計配比在混凝土攪拌站拌制混凝土， 使用2臺7m3混凝土罐車運輸至井口， 將混凝土卸載至井口混凝土溜槽到達料桶， 通過提升機提升至吊盤分灰器處卸料， 對稱入模。

混凝土記錄：

①混凝土試塊， 試塊規(guī)格： 100×100mm。

②混凝土入料桶前， 在井口對每罐混凝土進行塌落度測試， 塌落度： 160～180mm。

③3小時、 8小時、 1天、 28天混凝土強度報告。

五、 材料與設備

主要設備、 材料如表1。

六、 質(zhì)量控制

（一）執(zhí)行規(guī)范、 標準

（1）《確保采礦和地質(zhì)勘探的危險生產(chǎn)設施的工業(yè)安全的規(guī)則》工業(yè)安全部第352指令。

（2）《SNIP3.02.03-84》。

（二）質(zhì)量控制措施

（1）施工前編制標準作業(yè)程序SOP， 進行安全質(zhì)量技術交底， 使作業(yè)人員掌握工藝技術要求及有關注意事項。

（2）建立了一個由項目經(jīng)理領導的質(zhì)量管理團隊， 配置專業(yè)質(zhì)檢人員， 確保各級質(zhì)量管理責任得到有效執(zhí)行， 并對工作成果進行嚴謹?shù)脑u估。

（3）出臺項目部質(zhì)量管理辦法， 對工程質(zhì)量進行考核。

（4）施工前認真做好鋼筋、 水泥、 砂、 石子等材料的檢驗、 試驗工作， 嚴禁使用不合格材料。

（5）所有測量設備在啟用前， 均需送至具備法定檢定資格的機構進行校驗， 只有當其精度指標滿足標準規(guī)定時， 才能投入使用。

（6）工程開工前， 聯(lián)系有資質(zhì)的試驗室進行混凝土和注漿漿液配合比試驗， 然后認真做好混凝土試塊的制作、 養(yǎng)護和送檢工作， 確保混凝土強度符合設計要求。我司采用電子自動化配料系統(tǒng)， 以保證混凝土成分的精確計量。定期對計量系統(tǒng)進行校準， 嚴格監(jiān)控混凝土的水灰比例。外加劑的添加量需通過精確的容器測量， 誤差控制在±0.5%以內(nèi)。

（7）澆筑過程中， 對稱且均勻的布料至關重要， 以防止模板因受力不均而產(chǎn)生變形或位移。拆模應在混凝土達到設計強度的70%之后進行， 拆模過程要溫和， 以保護混凝土表面質(zhì)量不受損害。拆模后， 需進行持續(xù)至少7天的灑水養(yǎng)護。

（8）混凝土澆筑時， 嚴格按照配合比進行配料攪拌， 確保充分振動， 避免漏振或過振現(xiàn)象。

七、 結束語

通過該技術， 2021年7月19日， 井筒成功穿過39m～52.5m大厚度富水流砂層， 且在井深39m～52.5m段實現(xiàn)了安全高效施工目標， 在KZ同行業(yè)中樹立起了良好的企業(yè)形象。

該技術簡單、 易操作， 安全系數(shù)高， 可普遍推廣應用于松散破碎圍巖或表土層及特殊水文地質(zhì)條件下立井井筒施工。

如此大厚度的富水流沙層在豎井鑿井工程中非常少見， 本次成功穿過流砂層為豎井富水流沙層治理積累了寶貴的經(jīng)驗，可供同行參考。

參考文獻：

[1]董建.復壁式雙層澆灌技術在豎井過特殊構造中的應用[J].能源技術與管理，2020，45（5）：134-135.

[2]茹新華.立井井筒過第四系流沙層沉井技術應用[J].北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2015，14（2）：1-3+8.