復(fù)雜地質(zhì)條件下深厚覆蓋層豎井施工工法

蔡榮生 劉永勝 張 坤

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司 丹東 118002)

1 前言

復(fù)雜地質(zhì)條件下深厚覆蓋層豎井由于覆蓋層深，一般地質(zhì)條件極及其復(fù)雜，土體透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，往往土體內(nèi)含大量孤石與土石膠結(jié)體，施工難度極大。豎井施工采用“正井法”施工，在施工過程中如何合理安排開挖、支護(hù)、襯砌之間的關(guān)系，減少井內(nèi)施工干擾，關(guān)系著施工安全以及節(jié)點(diǎn)工期的實(shí)現(xiàn)。

2 工法特點(diǎn)

a.實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)條件下深覆蓋層豎井開挖、支護(hù)快速施工。

b.解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下深覆蓋層豎井井壁含管涌通道及井壁滲水施工難題。

c.全圓“倒懸法”襯砌混凝土緊跟開挖進(jìn)行澆筑施工。

d.豎井開挖、支護(hù)、襯砌、灌漿等各工序可上下立體作業(yè)。

e.采用配套先進(jìn)合理的施工安全系統(tǒng)。

3 適用范圍

適用于水利水電工程中復(fù)雜地質(zhì)條件下的深厚覆蓋層豎井施工。

4 工藝原理

a.開挖工序有利于保護(hù)井壁，減少施工對(duì)松散井壁的擾動(dòng)，防止井壁垮塌。

b.支護(hù)方法快捷、簡(jiǎn)便，減少開挖后土體暴露在外的時(shí)間。

c.一襯混凝土采用“倒懸法”澆筑，及時(shí)跟進(jìn)開挖施工，確保井壁安全。

d.通過爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，控制單響藥量，減少了孤石爆破時(shí)對(duì)井壁及已澆混凝土的影響。

e.采用井口桁架梁、井內(nèi)作業(yè)大盤、仞腳模板技術(shù)實(shí)現(xiàn)了豎井開挖、支護(hù)、混凝土襯砌、壁后灌漿施工的上下交叉作業(yè)。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

井挖施工人員乘載人電梯至工作面→門機(jī)吊運(yùn)反鏟、吊斗等井挖設(shè)備至工作面→反鏟裝渣到吊斗→吊斗裝滿后掛鉤，起吊→在出線場(chǎng)1號(hào)、2號(hào)豎井中間倒渣區(qū)翻斗卸渣→吊斗掛鉤再吊至工作面→本層可直接挖裝的石渣出完，孤石出露→鉆孔→裝藥、聯(lián)線、防護(hù)→反鏟、錨桿鉆車等機(jī)械設(shè)備吊出井外，不能吊出的井盤等吊至井口并加強(qiáng)防護(hù)，人員全部撤至井外安全地帶→井外鳴警、響炮→通風(fēng)、散煙→施工人員乘載人電梯至工作面檢查爆破效果、排險(xiǎn)→門機(jī)吊運(yùn)反鏟、吊斗至工作面進(jìn)行工作面清理→本層開挖全部渣出完→井挖施工人員乘載人電梯、吊斗通過門機(jī)撤至另一豎井進(jìn)行井挖施工→同時(shí)井身支護(hù)與混凝土襯砌施工人員進(jìn)入工作面。

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 施工布置

在豎井頂部平臺(tái)布置一臺(tái)16t門機(jī)，進(jìn)行機(jī)械、設(shè)備、材料、出渣等的垂直運(yùn)輸。每個(gè)豎井井口布置一桁架，作為大盤、風(fēng)管、水管、混凝土下料管等的支撐平臺(tái)。每個(gè)豎井井口布置一臺(tái)施工電梯，進(jìn)行施工人員上下豎井垂直運(yùn)輸。在出線平臺(tái)，每個(gè)豎井布置一個(gè)穩(wěn)車群，用于大盤、電梯的升降。每個(gè)豎井內(nèi)布置一個(gè)單層桁架梁結(jié)構(gòu)吊盤。

5.2.2 覆蓋層開挖施工

豎井開挖、支護(hù)及混凝土澆筑施工循環(huán)進(jìn)行，循環(huán)進(jìn)尺控制在3.0m以內(nèi)，開挖一層支護(hù)一層。覆蓋層段開挖采用人工配合0.3m3液壓反鏟進(jìn)行。先采用液壓反鏟擴(kuò)挖豎井中間部分，靠井壁預(yù)留30cm保護(hù)層采用人工開挖。

大塊孤石在每循環(huán)土體開挖完畢之后，集中采用鉆孔爆破法解體后隨土方挖出，井壁處孤石在井中開挖完畢之后采用人工持手風(fēng)鉆鉆水平孔進(jìn)行爆破，爆破后再由人工持風(fēng)鎬修整。孤石解爆時(shí)，先在豎井底部挖一大坑，井內(nèi)孤石采用反鏟將孤石移至大坑中，然后進(jìn)行鉆孔;井壁內(nèi)嵌孤石直接在原位鉆水平孔。裝藥完畢之后采用鋼筋網(wǎng)、沙袋對(duì)孤石進(jìn)行覆蓋后起爆。爆破后孤石隨土方由反鏟進(jìn)行裝渣。

由于豎井開挖掌子面距離井壁新澆混凝土距離很近，距離僅1.5m，因此采用質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，確定一次最大起爆藥量，井內(nèi)爆破必須嚴(yán)格控制一次起爆藥量，防止爆破對(duì)新澆混凝土造成損傷。

爆破完畢之后立即進(jìn)行檢查，確定無安全隱患之后，采用門機(jī)將0.3m3液壓反鏟吊運(yùn)至井底，開挖棄渣直接采用液壓反鏟裝自制6.0m3吊斗，用門機(jī)提升到井口臨時(shí)堆渣場(chǎng)卸渣，然后適時(shí)采用3.0m3裝載機(jī)裝20t自卸汽車，運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

當(dāng)開挖遇到管涌通道時(shí)，對(duì)管涌通道洞口做適當(dāng)擴(kuò)挖，以保證施工安全為原則。擴(kuò)挖后清除管涌通道內(nèi)跨塌堆積的松散物，然后對(duì)管涌通道采用C20混凝土進(jìn)行分層回填。首先對(duì)管涌通道空隙較小的部位進(jìn)行回填，并充分振搗，然后回填空隙較大的部位，確?；靥蠲軐?shí)?；靥顣r(shí)在管涌通道頂部預(yù)埋回填灌漿花管，回填完成后首先進(jìn)行回填灌漿，灌漿壓力為0.1～0.15MPa，然后再對(duì)周邊自進(jìn)式錨桿進(jìn)行固結(jié)灌漿。

5.2.3 覆蓋層支護(hù)施工

自進(jìn)式錨桿間排距為1.2m×1.0m，L=6.0m，入巖5.5m，錨桿底部1.5m范圍內(nèi)設(shè)置花孔，花孔間距10cm。開挖結(jié)束后采用門機(jī)將液壓反鏟吊運(yùn)至井口安全區(qū)域，隨即進(jìn)行井壁系統(tǒng)支護(hù)。因此系統(tǒng)支護(hù)采用CLM—15履帶式錨桿鉆車進(jìn)行施工(CLM—15履帶式錨桿鉆車采用門機(jī)進(jìn)行豎井內(nèi)的垂直運(yùn)輸)。為減小由于斷桿造成的錨桿損失，每根自進(jìn)式錨桿由兩節(jié)3.0m長(zhǎng)錨桿組成，先進(jìn)行第一節(jié)(第一節(jié)錨桿含花孔)錨桿施工，然后由第二節(jié)錨桿進(jìn)行加長(zhǎng)，繼續(xù)施工。

錨桿注漿時(shí)為保證灌漿壓力滿足設(shè)計(jì)要求，將大盤移動(dòng)到需要注漿的部位，通過門機(jī)將注漿機(jī)吊運(yùn)至大盤上，井底錨桿注漿時(shí)，將注漿機(jī)直接吊運(yùn)至井底進(jìn)行注漿，保證注漿機(jī)與被注漿錨桿之間的垂直高差小于1.5m，減少附加注漿壓力。注漿站布置在井口適當(dāng)位置，漿液制成后通過高壓橡膠管自流至儲(chǔ)漿桶中，然后通過注漿泵進(jìn)行注漿。單根錨桿當(dāng)吃漿量大于500L時(shí)，停止注漿，依次進(jìn)行同一截面上的其他錨桿注漿，待一圈注漿完成后，對(duì)沒有達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的錨桿進(jìn)行補(bǔ)灌，直至每根錨桿注漿都達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

5.2.4 覆蓋層混凝土施工

井壁混凝土采用“倒懸法”進(jìn)行施工。混凝土襯砌滯后開挖1～2個(gè)循環(huán)。混凝土施工采用井內(nèi)布置的大盤作為施工平臺(tái)，井壁一襯混凝土厚度1.0～1.2m。

5.2.4.1 模板施工

為滿足鋼筋錯(cuò)頭的要求，底模支撐采用仞腳模板，為了避免進(jìn)行底部混凝土鑿毛，在仞腳模板上采用免拆模板。鋼筋穿過免拆模板后伸入仞腳模板中。仞腳下行鋼模板高1.35m，仞腳下部高0.9m，斜面坡度30°，使鋼筋接頭能錯(cuò)開0.6m，單個(gè)仞腳模板長(zhǎng)1.5m，模板加工拼裝安放在下部刃腳模板上。模板和刃腳之間采用鋼筋插銷活連接。側(cè)模采用P1015、P3015標(biāo)準(zhǔn)鋼模板拼裝。側(cè)模施工平臺(tái)采用井內(nèi)布置的大盤。大盤運(yùn)行到作業(yè)面時(shí)，采用大盤四周布置的絲杠，將大盤與井壁頂死，避免在大盤上作業(yè)時(shí)晃動(dòng)。

5.2.4.2 混凝土下料系統(tǒng)

為滿足出線豎井混凝土襯砌井內(nèi)垂直輸送，在每個(gè)豎井上部井口設(shè)置3個(gè)下料口，配備3套φ159溜管。溜管由無縫鋼管制作，每節(jié)長(zhǎng)度6m，采用法蘭連接，溜管采用兩根鋼絲繩懸吊，溜管用卡扣固定在鋼絲繩上，沿井壁向下敷設(shè)，為防止混凝土在長(zhǎng)距離溜管下落過程中產(chǎn)生骨料分離，每一節(jié)溜管設(shè)置1個(gè)與主管成135°夾角的岔管，溜管從井口連接到距離倉(cāng)面8m高度改用溜筒或軟管連接到澆筑倉(cāng)面。

混凝土下料程序?yàn)?混凝土→井口下料口料斗→溜管→溜筒或軟管→倉(cāng)號(hào)→平鋪、振搗?；炷磷畲蟠怪陛斔途嚯x126m，豎井井壁混凝土施工一年來，混凝土井內(nèi)垂直運(yùn)輸時(shí)沒有出現(xiàn)骨料分離現(xiàn)象，混凝土完全符合設(shè)計(jì)要求。

5.2.4.3 混凝土入倉(cāng)、振搗

模板施工時(shí)，模板頂部設(shè)開放振搗口，即模板上部30cm外傾30°角，使模板上口與上倉(cāng)混凝土面保留30cm空隙作為倉(cāng)號(hào)上部進(jìn)料空間與振搗棒振搗口，保證混凝土進(jìn)料與振搗在整圈范圍皆可進(jìn)行，并在側(cè)模中部適當(dāng)位置設(shè)進(jìn)人孔，倉(cāng)號(hào)底部1.5m范圍澆筑時(shí)施工人員從進(jìn)人孔進(jìn)入倉(cāng)號(hào)內(nèi)進(jìn)行布料和振搗，待一倉(cāng)混凝土澆筑3/4時(shí)，所用施工人員撤出倉(cāng)號(hào)，對(duì)進(jìn)人孔鋼筋、模板進(jìn)行恢復(fù)，然后以模板上部預(yù)留的30cm空隙作為倉(cāng)號(hào)上部進(jìn)料空間與振搗棒振搗口進(jìn)行混凝土澆筑。

混凝土鋪料采用平鋪法，平鋪層的厚度控制在40～50cm之間?；炷疗絺}(cāng)采用人工平倉(cāng)，橡膠止水處采用人工送料填滿，并用鋼筋?yuàn)A將止水固定支撐。為了防止模板在混凝土下料過程中產(chǎn)生位移，混凝土采取對(duì)稱入倉(cāng)方式。下料管下料達(dá)到一定量后要移位一次，避免下料集中。混凝土采用直徑50mm和70mm的軟軸插入式振搗器振搗，模板周圍和埋件附近采用φ50振搗器或人工搗固密實(shí)，特別是止水周圍，要細(xì)心振搗，以防模板走樣和埋件位移。

5.2.4.4 兩循環(huán)間混凝土接縫混凝土處理

每倉(cāng)混凝土均采用免拆模板作為底模，因此每倉(cāng)混凝土底面不再進(jìn)行鑿毛處理。避免每倉(cāng)混凝土底部進(jìn)行人工鑿毛，減少了施工強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度。

5.2.4.5 豎向鋼筋接頭處理

鋼筋采用滾軋直螺紋絲套進(jìn)行連接。鋼筋錯(cuò)頭采用仞腳模板作為平臺(tái)，鋼筋穿過免拆模板后，伸入仞腳模板內(nèi)進(jìn)行錯(cuò)頭，相鄰鋼筋之間錯(cuò)頭達(dá)到60cm以上。

5.2.4.6 混凝土拆模與養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑36h后進(jìn)行側(cè)面模板拆除，側(cè)模拆除以及混凝土灑水養(yǎng)護(hù)均以大盤作為施工平臺(tái)，拆除的模板集中放置在井底，然后由門機(jī)集中吊出豎井。混凝土拆模后，及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，灑水采用膠管從沿井壁布置的供水管接水。底模拆除在下一循環(huán)土方開挖時(shí)進(jìn)行，先開挖井中部分，待上一層混凝土澆筑48h后，再對(duì)底模下部進(jìn)行開挖，隨著土方開挖的進(jìn)行，底模下部將被掏空，底模自然脫離與混凝土的接觸。由于豎井開挖需要進(jìn)行孤石解爆，底模拆除后由門機(jī)吊運(yùn)出井，放置在出現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)?shù)胤?。模板出井后及時(shí)清理干凈、修補(bǔ)整齊，混凝土澆筑前涂刷脫模劑。

5.2.5 覆蓋層一襯井壁壁后灌漿施工

在井壁混凝土施工時(shí)，在井壁混凝土中預(yù)埋外徑不小于57mm、壁厚為3.5mm的壁后灌漿鋼管，防止在混凝土澆筑過程中管道變形甚至破壞。在進(jìn)行壁后灌漿施工時(shí)，進(jìn)行預(yù)埋灌漿管掃孔，進(jìn)行壁后灌漿。灌漿以大盤作為施工平臺(tái)。為減小由于高差引起的灌漿附加壓力，灌漿設(shè)備放置在大盤上(大盤與灌漿孔之間的垂直高差小于1.5m)，在井口布置一個(gè)集中制漿站，通過高壓橡膠管自流至大盤上的儲(chǔ)漿桶里，然后進(jìn)行灌漿。

6 材料與設(shè)備

6.1 材料

火工材料采用乳化炸藥、非電毫秒管及導(dǎo)爆索。采用仞腳模板成解決鋼筋接頭錯(cuò)頭問題。

6.2 設(shè)備

在豎井開挖過程中采用0.3m3小松挖掘機(jī)，掘進(jìn)速度快，裝渣時(shí)回轉(zhuǎn)半徑小，加快開挖進(jìn)度;采用CLM—15履帶式錨桿鉆車可一次將錨桿鉆入土體內(nèi)，鉆進(jìn)速度快、效率高。

7 質(zhì)量控制

a.建立出線豎井施工質(zhì)量保證體系，確立管理人員名單，負(fù)責(zé)各工序的組織管理工作。

b.施工機(jī)械設(shè)備組織到位。

c.施工前，對(duì)各個(gè)工序有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)及工法交底。

d.全過程質(zhì)量檢查控制與技術(shù)指導(dǎo)、監(jiān)督，填寫質(zhì)量檢查控制表。

e.對(duì)每一循環(huán)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查、總結(jié)，制定下一循環(huán)改進(jìn)措施，予以實(shí)施。

8 安全措施

a.在各作業(yè)面、道路、生活區(qū)等設(shè)置足夠的照明系統(tǒng)，線路按規(guī)定架設(shè)，滿足安全用電要求。

b.進(jìn)行爆破時(shí)，人員撤至安全距離之外。

c.每道工序施工完成，經(jīng)過安全檢查合格后，才能進(jìn)入下一道工序的施工。

d.定期進(jìn)行井壁圍巖變形觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告有關(guān)人員，并立即組織施工人員和機(jī)具撤離。

e.成立安全管理小組，針對(duì)本工程安全重點(diǎn)由技術(shù)部編制安全技術(shù)措施指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作，科學(xué)組織施工，確保施工安全。

9 環(huán)保措施

a.爆破粉塵及煙氣得到了及時(shí)有效的排放。

b.施工廢水都按要求進(jìn)行了處理，排入場(chǎng)內(nèi)系統(tǒng)排水溝內(nèi)。

10 效益分析

底模采用仞腳模板，免去了底模支撐以及底模安裝;孤石解爆時(shí)，采用井內(nèi)挖坑以及控制一次最大起爆藥量進(jìn)行孤石解爆，不需要對(duì)井壁混凝土進(jìn)行防護(hù);豎井內(nèi)均以大盤作為操作平臺(tái)，節(jié)省了腳手架。采用本工法，不但節(jié)約成本，而且縮短了工期，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

11 應(yīng)用實(shí)例

溪洛渡水電站左岸地下廠房1號(hào)出線豎井開挖直徑14.6m，豎井總深度488.5m，覆蓋層最深達(dá)114m;2號(hào)出線豎井開挖直徑14m，豎井總深度488.5m，覆蓋層最深達(dá)124.8m;3號(hào)出線豎井開挖直徑14.6m，豎井上段深度252.03m，覆蓋層最深達(dá)64.7m;4號(hào)出線豎井開挖直徑達(dá)14.6m，豎井上段深度252.03m，覆蓋層最深達(dá)61.7m。地質(zhì)條件極其復(fù)雜，土體透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，井身覆蓋層先后穿過洪積堆積體、冰川、冰水堆積體、古滑坡堆積體等地層，且土體內(nèi)含大量孤石與土石膠結(jié)體，施工難度極大。采用井口桁架粱、仞腳模板、大盤以及井壁混凝土斜接茬技術(shù)有效解決了“正井法”開挖、混凝土“倒懸法”澆筑的各種施工難題。項(xiàng)目部嚴(yán)格管理、合理組織、精細(xì)化施工，有效地保證了混凝土施工的質(zhì)量和進(jìn)度。