立井井筒表土段加固開挖施工技術研究

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隨著我國煤礦開采范圍的增大，部分立井井筒因受人為因素或自然地形因素影響，需在深厚、復雜的不穩定回填土層上進行施工。那么立井井筒表土段開挖支護及防井壁下沉施工技術的選擇，將決定能否安全、優質、快速的通過不穩定表土層（回填土層）［1－3］。立井井筒表土段施工方法根據表土的性質及其所采用的施工措施分為普通施工法和特殊施工法兩大類。普通施工法包括井圈背板施工法、吊掛井壁施工法、板樁施工法等；特殊施工法包括凍結法、帷幕法、沉井法、注漿法及鉆井法等［4－8］。采用凍結法、帷幕法、沉井法等特殊施工法能夠有效安全地通過不穩定回填土層，但因其施工周期長、建設投資大、施工工藝復雜等缺點，難以滿足市場競爭帶來的工期和成本等壓力。而采用吊掛井壁法、板樁法等普通施工法通過不穩定回填土層，不僅可解決立井井筒施工的諸多不利因素，而且還具有較好的經濟效益和社會效益［9，10］。本文針對興無礦下組煤進風立井井筒表土段地質情況，結合目前常用的表土段施工法，研究采用“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁加固”綜合施工法，短段掘砌單行作業，以保證表土段安全、快速施工。

1工程概況

興無礦下組煤進風立井井筒設計深度為293􀆰7m，井筒永久鎖口標高＋912􀆰7m，井底水窩底板標高＋619m。其中，井頸段58􀆰65m，井身段224􀆰2m，1號壁座1􀆰85m，2號壁座1m，井底連接處8m。井筒凈直徑6m，單層井壁，0～60􀆰5m表土及基巖風化帶采用鋼筋混凝土單層井壁，井壁厚度為800mm，混凝土強度為C40；基巖段采用素混凝土井壁結構，井壁厚度400mm，混凝土強度為C30。進風立井井筒擔負礦井下組煤進風任務，兼做安全出口。根據野外鉆探揭露的地層和堆積物沉積韻律特征，結合室內土工試驗結果及區域地質資料綜合分析，立井場地地基土自上而下巖性依次為：素填土、粉質黏土、全風化泥巖、強風化砂巖、中風化砂巖、中風化泥巖。立井場地地基土參數見表1。綜上分析，立井場地表土層為復雜不穩定的回填土層，其表土層具有復雜性、不均勻性、結合度低、受力分布不均等特性。

2“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁”綜合施工法

吊掛井壁施工法是適用于穩定性較差的土層中的一種短段掘砌施工方法，為保持土的穩定性，減少土層的裸露時間，段高一般取0􀆰5～1􀆰5m，按土層條件，段高內還可分別采用臺階式或分段分塊，并配以超前小井降低水位的挖掘方法。此種施工方法可適用于滲透系數大于5m／d、流動性小、水壓不大于0􀆰2MPa的砂層和透水性強的卵石層，以及巖石風化帶。井圈背板普通施工法是指采用人工或抓巖機（土硬時可放震動炮）出土，下掘一小段后，即用井圈、背板進行臨時支護，掘進一長段后，再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁，該施工法適用于較穩定的土層。板樁施工法是對于厚度不大的不穩定表土層，在開挖之前，可先用人工或打樁機在工作面或地面沿井筒荒徑打入一圈木板樁或金屬板樁，形成一個四周密封的圓筒，用以支承井壁，并在其保護下進行掘進。木板樁適用于厚度為3～6m的不穩定土層，金屬板樁適用于厚度為8～10m的不穩定土層。根據已勘察的井筒表土段地質情況，井筒表土段主要為深厚、不穩定回填土層及風化基巖，綜合了吊掛井壁法、井圈背板法、板樁法等常用的表土段施工法，擬采用“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁加固”綜合施工法，短段掘砌單行作業，以保證表土段安全、快速施工。

3“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁”施工方案

3􀆰.1總體施工方案。“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁”總體施工方案如下：井筒從回填地坪＋910􀆰1m開挖4􀆰7m→由下向上綁扎鋼筋5􀆰8m及綁扎環形梁→支模→由下向上澆筑混凝土至臨時鎖口標高＋911􀆰2m→臨時鎖口→開挖0􀆰8m→打設井圏鋼板樁→開挖0􀆰8m→打設井圏鋼板樁→編筋、支模、澆筑混凝土（1􀆰6m）→開挖0􀆰8m→打設井圏鋼板樁→開挖0􀆰8m→打設井圏鋼板樁→編筋、支模、澆筑混凝土（1􀆰6m），依次循環向下施工，直至穩定巖土層。“吊掛井壁＋井圈＋鋼板柱”綜合施工示意圖如圖1所示。3􀆰.2吊掛井壁法施工方案。3􀆰.2􀆰.1基坑開挖1）施工前測量人員依據設計將井筒中心線放出，用白灰撒出需開挖基坑輪廓線。2）基坑開挖采用挖掘機配合人工進行，按照換填基礎坑所在位置、尺寸開挖，開挖基礎坑時先中心后外圈依次進行，開挖面積為132􀆰66m2，開挖深度約為2m。3）基礎坑開挖后，技術人員對基礎坑進行尺寸校正，對基礎坑凹凸部分進行處理，確保基坑尺寸符合設計要求。3􀆰2􀆰2鋼筋綁扎1號和2號環形梁尺寸1000mm×1500mm，四周對稱布置4道3號連接梁，尺寸為1500mm×800mm×1200mm，其余部分用筏板連接，筏板尺寸為1500mm×600mm。鋼筋綁扎按照圖紙設計進行，如圖2所示。3.􀆰2􀆰.3環形倒掛式基礎與井頸段混凝土澆筑為保證井筒井頸段開挖施工順利進行，井筒井頸段端部開口設環形混凝土倒掛式基礎，最大直徑為13m；梁及筏板均采用鋼筋混凝土澆筑，混凝土強度為C30。鋼筋編制完成后，待檢驗合格后，井筒倒掛式基礎與井筒井頸段第一段打灰同步進行。井筒倒基礎環形梁澆筑混凝土強度為C30。井筒環形倒掛式基礎與井頸段施工示意圖如圖3所示。3􀆰.3“井圈＋鋼板樁”。法施工方案為保證井筒表土段開挖施工安全有序進行，表土段采用“井圏＋鋼板樁”法超前支護，保證土體穩定性且滿足設計規格，表土采用人工鐵鍬配合挖掘機作業，待臨時鎖口后逐段向下掘進。1）開挖按0􀆰8m一段，先挖中間部分，段高符合要求后再刷擴到設計規格，采用“井圏＋鋼板樁”法進行超前臨時支護。2）首段開挖后，上層井圏利用臨時鎖口預留鋼筋及錨桿固定在設計井筒斷面上，下層與上層井圏利用掛鉤連接，掛鉤采用Φ20mm的HRB400螺紋鋼加工而成，每層掛鉤8個。3）“井圏＋鋼板樁”法：先用螺栓連接井圏，并用掛鉤與上段井圏相連，再按要求連續打設10＃槽鋼鋼板樁加固土體進行超前支護，并用方木充填空隙。鋼板樁長1500mm，采用10＃槽鋼加工，外露100mm，打入土體1400mm，與井幫夾角30°。每段待井圏板樁施工完畢后，方可進行下段0􀆰8m土體開挖。井圈外徑7700mm，18＃槽鋼加工，共6節，錨栓連接。井圈加工示意圖如圖4所示。4）掘進過程中遇大塊巖石不能用風鎬掘進時，可用Φ15􀆰5mm繩扣鎖捆后直接用鉤頭提至地面處理，盡量避免井下放炮崩大塊，防止放炮震動誘發片幫現象發生。5）施工過程中，應先挖出罐窩，利于出渣；井中挖出超前集水坑，及時用風泵排出。6）若土體松散或與井壁接觸面有空洞，必須進行壁后注漿充填密實。

4結語

綜合了吊掛井壁法、井圈背板法、板樁法等常用的表土段施工法，采用“吊掛井壁＋井圈＋鋼板樁”相結合的綜合施工方案，克服了厚層不穩定回填土層對立井施工的影響，針對施工中存在的問題，及時分析總結，并采取了一系列針對性措施，提高了井筒施工效率，減少了施工工期，保證了施工安全，創造了良好的經濟效益。對今后類似立井井筒工程施工有一定借鑒意義。

作者:王國華 單位:河南省工業和信息化高級技工學校