立井井筒表土段加固开挖施工技术研究

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随着我国煤矿开采范围的增大，部分立井井筒因受人为因素或自然地形因素影响，需在深厚、复杂的不稳定回填土层上进行施工。那么立井井筒表土段开挖支护及防井壁下沉施工技术的选择，将决定能否安全、优质、快速的通过不稳定表土层（回填土层）［1－3］。立井井筒表土段施工方法根据表土的性质及其所采用的施工措施分为普通施工法和特殊施工法两大类。普通施工法包括井圈背板施工法、吊挂井壁施工法、板桩施工法等；特殊施工法包括冻结法、帷幕法、沉井法、注浆法及钻井法等［4－8］。采用冻结法、帷幕法、沉井法等特殊施工法能够有效安全地通过不稳定回填土层，但因其施工周期长、建设投资大、施工工艺复杂等缺点，难以满足市场竞争带来的工期和成本等压力。而采用吊挂井壁法、板桩法等普通施工法通过不稳定回填土层，不仅可解决立井井筒施工的诸多不利因素，而且还具有较好的经济效益和社会效益［9，10］。本文针对兴无矿下组煤进风立井井筒表土段地质情况，结合目前常用的表土段施工法，研究采用“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩加固”综合施工法，短段掘砌单行作业，以保证表土段安全、快速施工。

1工程概况

兴无矿下组煤进风立井井筒设计深度为293􀆰7m，井筒永久锁口标高＋912􀆰7m，井底水窝底板标高＋619m。其中，井颈段58􀆰65m，井身段224􀆰2m，1号壁座1􀆰85m，2号壁座1m，井底连接处8m。井筒净直径6m，单层井壁，0～60􀆰5m表土及基岩风化带采用钢筋混凝土单层井壁，井壁厚度为800mm，混凝土强度为C40；基岩段采用素混凝土井壁结构，井壁厚度400mm，混凝土强度为C30。进风立井井筒担负矿井下组煤进风任务，兼做安全出口。根据野外钻探揭露的地层和堆积物沉积韵律特征，结合室内土工试验结果及区域地质资料综合分析，立井场地地基土自上而下岩性依次为：素填土、粉质黏土、全风化泥岩、强风化砂岩、中风化砂岩、中风化泥岩。立井场地地基土参数见表1。综上分析，立井场地表土层为复杂不稳定的回填土层，其表土层具有复杂性、不均匀性、结合度低、受力分布不均等特性。

2“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩”综合施工法

吊挂井壁施工法是适用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法，为保持土的稳定性，减少土层的裸露时间，段高一般取0􀆰5～1􀆰5m，按土层条件，段高内还可分别采用台阶式或分段分块，并配以超前小井降低水位的挖掘方法。此种施工方法可适用于渗透系数大于5m／d、流动性小、水压不大于0􀆰2MPa的砂层和透水性强的卵石层，以及岩石风化带。井圈背板普通施工法是指采用人工或抓岩机（土硬时可放震动炮）出土，下掘一小段后，即用井圈、背板进行临时支护，掘进一长段后，再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁，该施工法适用于较稳定的土层。板桩施工法是对于厚度不大的不稳定表土层，在开挖之前，可先用人工或打桩机在工作面或地面沿井筒荒径打入一圈木板桩或金属板桩，形成一个四周密封的圆筒，用以支承井壁，并在其保护下进行掘进。木板桩适用于厚度为3～6m的不稳定土层，金属板桩适用于厚度为8～10m的不稳定土层。根据已勘察的井筒表土段地质情况，井筒表土段主要为深厚、不稳定回填土层及风化基岩，综合了吊挂井壁法、井圈背板法、板桩法等常用的表土段施工法，拟采用“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩加固”综合施工法，短段掘砌单行作业，以保证表土段安全、快速施工。

3“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩”施工方案

3􀆰.1总体施工方案。“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩”总体施工方案如下：井筒从回填地坪＋910􀆰1m开挖4􀆰7m→由下向上绑扎钢筋5􀆰8m及绑扎环形梁→支模→由下向上浇筑混凝土至临时锁口标高＋911􀆰2m→临时锁口→开挖0􀆰8m→打设井圏钢板桩→开挖0􀆰8m→打设井圏钢板桩→编筋、支模、浇筑混凝土（1􀆰6m）→开挖0􀆰8m→打设井圏钢板桩→开挖0􀆰8m→打设井圏钢板桩→编筋、支模、浇筑混凝土（1􀆰6m），依次循环向下施工，直至稳定岩土层。“吊挂井壁＋井圈＋钢板柱”综合施工示意图如图1所示。3􀆰.2吊挂井壁法施工方案。3􀆰.2􀆰.1基坑开挖1）施工前测量人员依据设计将井筒中心线放出，用白灰撒出需开挖基坑轮廓线。2）基坑开挖采用挖掘机配合人工进行，按照换填基础坑所在位置、尺寸开挖，开挖基础坑时先中心后外圈依次进行，开挖面积为132􀆰66m2，开挖深度约为2m。3）基础坑开挖后，技术人员对基础坑进行尺寸校正，对基础坑凹凸部分进行处理，确保基坑尺寸符合设计要求。3􀆰2􀆰2钢筋绑扎1号和2号环形梁尺寸1000mm×1500mm，四周对称布置4道3号连接梁，尺寸为1500mm×800mm×1200mm，其余部分用筏板连接，筏板尺寸为1500mm×600mm。钢筋绑扎按照图纸设计进行，如图2所示。3.􀆰2􀆰.3环形倒挂式基础与井颈段混凝土浇筑为保证井筒井颈段开挖施工顺利进行，井筒井颈段端部开口设环形混凝土倒挂式基础，最大直径为13m；梁及筏板均采用钢筋混凝土浇筑，混凝土强度为C30。钢筋编制完成后，待检验合格后，井筒倒挂式基础与井筒井颈段第一段打灰同步进行。井筒倒基础环形梁浇筑混凝土强度为C30。井筒环形倒挂式基础与井颈段施工示意图如图3所示。3􀆰.3“井圈＋钢板桩”。法施工方案为保证井筒表土段开挖施工安全有序进行，表土段采用“井圏＋钢板桩”法超前支护，保证土体稳定性且满足设计规格，表土采用人工铁锹配合挖掘机作业，待临时锁口后逐段向下掘进。1）开挖按0􀆰8m一段，先挖中间部分，段高符合要求后再刷扩到设计规格，采用“井圏＋钢板桩”法进行超前临时支护。2）首段开挖后，上层井圏利用临时锁口预留钢筋及锚杆固定在设计井筒断面上，下层与上层井圏利用挂钩连接，挂钩采用Φ20mm的HRB400螺纹钢加工而成，每层挂钩8个。3）“井圏＋钢板桩”法：先用螺栓连接井圏，并用挂钩与上段井圏相连，再按要求连续打设10＃槽钢钢板桩加固土体进行超前支护，并用方木充填空隙。钢板桩长1500mm，采用10＃槽钢加工，外露100mm，打入土体1400mm，与井帮夹角30°。每段待井圏板桩施工完毕后，方可进行下段0􀆰8m土体开挖。井圈外径7700mm，18＃槽钢加工，共6节，锚栓连接。井圈加工示意图如图4所示。4）掘进过程中遇大块岩石不能用风镐掘进时，可用Φ15􀆰5mm绳扣锁捆后直接用钩头提至地面处理，尽量避免井下放炮崩大块，防止放炮震动诱发片帮现象发生。5）施工过程中，应先挖出罐窝，利于出渣；井中挖出超前集水坑，及时用风泵排出。6）若土体松散或与井壁接触面有空洞，必须进行壁后注浆充填密实。

4结语

综合了吊挂井壁法、井圈背板法、板桩法等常用的表土段施工法，采用“吊挂井壁＋井圈＋钢板桩”相结合的综合施工方案，克服了厚层不稳定回填土层对立井施工的影响，针对施工中存在的问题，及时分析总结，并采取了一系列针对性措施，提高了井筒施工效率，减少了施工工期，保证了施工安全，创造了良好的经济效益。对今后类似立井井筒工程施工有一定借鉴意义。

作者:王国华 单位:河南省工业和信息化高级技工学校