鋼圍護(hù)倒掛井式開挖在某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

汪新開

浙江鼎川建設(shè)有限公司，浙江蘭溪321100

鋼圍護(hù)倒掛井式開挖在某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

汪新開

浙江鼎川建設(shè)有限公司，浙江蘭溪321100

混凝土井圈倒掛井是進(jìn)行深井內(nèi)作業(yè)的常用方法，但其進(jìn)度慢，施工環(huán)境差，施工單位對(duì)此類施工常有畏難心理。在此例施工中，采用鋼圍護(hù)方式進(jìn)行開挖施工進(jìn)度快，相對(duì)安全保障高，對(duì)較大寬度的井下施工有較好的適應(yīng)性。

鋼圍護(hù)；倒掛井

1 采用鋼圍護(hù)倒掛井式開挖的原因

某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中有兩處涵管，分別為電站引水涵管與灌溉涵管。其中電站引水涵管因埋設(shè)位置較高，按全部挖除重新填筑壩體的方法進(jìn)行處理，灌溉涵管由于埋深較深，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了將整段涵管用混凝土進(jìn)行封堵，同時(shí)加以回填灌漿的處理方法，對(duì)于涵管頂部的老黏土心墻，則采用黏土套井方法進(jìn)行施工。

在隨后的施工過(guò)程中，有專家建議應(yīng)該對(duì)心墻部位的老涵管進(jìn)行徹底的處理，針對(duì)專家提出的建議，參建各方進(jìn)行了認(rèn)真的討論，結(jié)合工程工期的要求與安全性的考慮，采用鋼結(jié)構(gòu)倒掛井的形式（鋼圍護(hù)開挖）對(duì)穿越心墻部位的老涵管進(jìn)行了徹底的處理。

采用鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)開挖有以下優(yōu)點(diǎn)：

①開挖速度快

根據(jù)此類情況的常規(guī)開挖方法，一般是采用倒掛井方式開挖。由于老涵管寬度有2.5m米，按倒掛井常用尺寸φ800～1000毫米，需采用四井并聯(lián)倒掛井的方式，由于倒掛井開挖需要等待混凝土強(qiáng)度上升到一定時(shí)間才能繼續(xù)施工，按常規(guī)方法施工最快需要45天時(shí)間。

②施工安全

混凝土結(jié)構(gòu)由于其破壞時(shí)先兆與鋼結(jié)構(gòu)相比不明顯，無(wú)法更有效地防止安全事故的發(fā)生，采用鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)形式，變形容易監(jiān)測(cè)，對(duì)施工安全有極好的保證，能有效的防止重大事故的發(fā)生?；炷两Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度在初期難以保證，特別是當(dāng)連續(xù)井圈較多時(shí)，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響因素更多，容易發(fā)生安全事故。在這種情況下，鋼圍護(hù)優(yōu)點(diǎn)較為突出。

2 主要設(shè)計(jì)方案

2.1 鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)

2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)尺寸的確定

由于老涵管寬度（外側(cè)）為2.5m，心墻厚度（套井有效厚度）為1.56m，為保證質(zhì)量，確定為鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)外框尺寸為2m（上下游方向）×4m（左右側(cè)方向）。

2.1.2 主要鋼梁與圍護(hù)板尺寸

圍護(hù)結(jié)構(gòu)在平面上制作成“日”字形，垂直方向邊梁與中間梁均按1m間距布置，鋼圍護(hù)主梁在上部10m范圍內(nèi)選用I16#工字鋼，下部采用I18#工字鋼，圍護(hù)鋼板為厚12毫米鋼板。在各主梁間均布置斜撐，其鋼材型號(hào)為∠75#角鋼

2.2 回填土質(zhì)量要求

回填土的滲透系數(shù)與壓實(shí)度要求與心墻相同，為≤1×10-5cm/h，壓實(shí)度≥96%。

2.3 基礎(chǔ)要求

要求將心墻范圍內(nèi)的原涵管徹底拆除，并清除其底部的其他附著物，開挖至基巖?；靥顣r(shí)基巖以上1m范圍內(nèi)采用1:5水泥土。

2.4 周邊套井

為保證鋼圍護(hù)開挖部位回填后與相鄰心墻部位的防滲連續(xù)性，同時(shí)為檢查回填部位的回填質(zhì)量，在老涵管部位回填后與心墻接觸部位再進(jìn)行套井施工。

3 施工方法及過(guò)程

3.1 施工準(zhǔn)備

先根據(jù)隧洞進(jìn)出口位置與先前施工的黏土套井位置將老涵管位置在壩頂部位標(biāo)示出來(lái)，確定開挖位置，同時(shí)按設(shè)計(jì)圖紙加工鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

在開工前仔細(xì)檢查施工設(shè)備，以保證施工安全。本項(xiàng)目的主要施工設(shè)備為挖掘機(jī)（在壩頂以下4米以下部位施工用）、小型振動(dòng)夯（心墻回填壓實(shí)用）、沖抓鉆（邊界套井用）、卷?yè)P(yáng)機(jī)（吊運(yùn)井內(nèi)開挖土用回填土用），電焊機(jī)（鋼圍護(hù)安裝用）。

3.2 施工程序

上部挖掘機(jī)開挖→吊入上部拼裝好的鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)→下部井下人工分層開挖→鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)分層支護(hù)→開挖到涵管頂→拆除老涵管結(jié)構(gòu)→涵管底開挖→基礎(chǔ)驗(yàn)收→心墻土回填壓實(shí)→分層拆除鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)→邊界套井開挖及回填→質(zhì)量檢查。

3.3 施工方法

3.3.1 上部開挖

由于上部四米內(nèi)可直接利用挖掘機(jī)開挖，鋼圍護(hù)可事先拼裝。開挖前先按測(cè)量點(diǎn)位在作業(yè)面上灑好灰線，按灰線開挖，灰線按預(yù)留開挖厚度10cm設(shè)置。挖掘機(jī)開挖后，對(duì)剩余的開挖量采用人工開挖，以保證其外廓尺寸。開挖完成經(jīng)尺寸檢驗(yàn)后將事先拼裝好的鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體吊入。

3.3.2 下部人工開挖

在下部開挖前，先安裝出土卷?yè)P(yáng)機(jī)與爬梯，同時(shí)檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)的安全設(shè)施是否達(dá)到安全施工的要求。

限于井內(nèi)尺寸，井內(nèi)土方開挖采用人工挖掘方法，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)開挖土。一般情況下按1m深度一個(gè)循環(huán)分別進(jìn)行開挖及支護(hù)作業(yè)。

鋼板及型材均利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)，在吊運(yùn)前均由專業(yè)人員檢查吊具的安全性與捆綁可靠性。鋼結(jié)構(gòu)焊接采用手工電弧焊。

當(dāng)開挖到地質(zhì)情況較差時(shí)，縮短每層開挖深度，及時(shí)進(jìn)行鋼圍護(hù)支護(hù)。

當(dāng)開挖到老涵管頂部時(shí)（涵管心墻上游側(cè)已先行進(jìn)行了混凝土封堵），采用電鎬與風(fēng)鎬與人工撬挖對(duì)漿砌石體進(jìn)行拆除，直至將砌體全部拆除，拆除老涵管后，對(duì)其下部基礎(chǔ)進(jìn)行開挖，挖到設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)為止。

基礎(chǔ)經(jīng)地質(zhì)及相關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)人員檢查后，按要求進(jìn)行回填。

3.3.3 黏土回填

黏土回填土料采用吊籃吊入井內(nèi)，由于施工空間狹小，采用JMBH30平板振動(dòng)夯壓實(shí)其激振力為300kg。對(duì)于邊角點(diǎn)，采用人工硬木棍夯實(shí)。

在進(jìn)行回填前，先對(duì)土樣進(jìn)行原材料試驗(yàn)，確定其土樣能否達(dá)到滲透系數(shù)的要求，同時(shí)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，取得其最大干密度值。然后分別對(duì)回填土進(jìn)行鋪填厚度分別為10cm、15cm的壓實(shí)試驗(yàn)，取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，按試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行實(shí)際施工。

實(shí)際施工時(shí)按要求進(jìn)行土樣壓實(shí)度的檢測(cè)，合格后方進(jìn)行上一層填筑。對(duì)壓實(shí)度檢測(cè)的同時(shí)，每3m取樣進(jìn)行滲透系數(shù)的檢測(cè)。

回填完一個(gè)圍護(hù)高度后，拆除鋼圍護(hù)后再繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)的施工。

3.3.4 邊界套井施工

邊界套井施工方法與一般的套井開挖及回填施工方法相同，本工程采用CZ-8沖抓鉆鉆孔，采用800夯錘進(jìn)行回填土的夯實(shí)作業(yè)。同理，對(duì)夯實(shí)次數(shù)與落錘高度進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，按所取成果進(jìn)行實(shí)際施工。

4 施工中的主要質(zhì)量控制方法

質(zhì)量控制主要控制點(diǎn)為黏土心墻回填、二是邊界套井回填壓實(shí)度。

施工中主要抓住回填土質(zhì)量、回填厚度、壓實(shí)過(guò)程控制，原材料的含水率嚴(yán)格按照最佳含水率控制，及時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行含水率的監(jiān)測(cè)，在心墻土與邊界套井回填時(shí)，分別進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，取得施工控制數(shù)據(jù)后方能施工。

滲透系數(shù)與壓實(shí)度均采用環(huán)刀取樣，滲透系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)應(yīng)小于1×10-5cm/s。

滲透系數(shù)除用用套井開挖時(shí)取樣外，還采用鉆機(jī)取芯，再將土芯樣用環(huán)刀取下，送檢。

5 施工安全控制

施工安全控制分三個(gè)方面，一是從人員上保證，下井工作人員均進(jìn)行崗前培訓(xùn)，對(duì)于卷?yè)P(yáng)機(jī)手，要求持證上崗；二是從設(shè)備上保證，保證設(shè)備的安全，做好電氣保護(hù)，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩做到每班檢查，井下照明設(shè)備保證絕緣良好，井下配備通風(fēng)設(shè)備，防止深井出現(xiàn)供氧不足引起人員受傷事故；三是從施工方案上保證，制定安全實(shí)施方案，安裝與拆除鋼圍護(hù)均應(yīng)按制定的順序進(jìn)行焊接與切割，在工作面上設(shè)置避高空墜落區(qū)，配備井上井下通訊設(shè)備。

6 工程施工效果

施工質(zhì)量檢查一是通過(guò)邊界套井施工時(shí)下井取樣檢查回填土滲透系數(shù)與壓實(shí)度，在施工時(shí)通過(guò)，共取85組，其數(shù)據(jù)值全部合格。

二是通過(guò)鉆機(jī)取芯做滲透系數(shù)試驗(yàn)。共取2組，全部合格。

三是通過(guò)心墻下游側(cè)原涵管底觀測(cè)滲漏量的方法。

老涵管底部在心墻下游側(cè)5米范圍內(nèi)基本上坐落在基巖上，在施工完成時(shí)，可進(jìn)入老涵管對(duì)此處進(jìn)行滲漏量的檢查，檢查未見滲漏，在隨后的量水堰（開挖至基巖）施工中，也未見此部位在滲漏情況出現(xiàn)（當(dāng)時(shí)已蓄水至溢流堰下1m處）。

整個(gè)施工過(guò)程安全控制有序，安全措施齊全，在整個(gè)施工過(guò)程中未發(fā)生任何意外，有效地保證了工程施工安全，安全效益明顯。

工程總開挖深度為18m，從開工至完成回填共25天，施工進(jìn)度達(dá)到預(yù)期的效果。

7 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)方案要根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)要求、工期要求、安全要求結(jié)合考慮，在方案設(shè)計(jì)上思路要開闊，善于利用各種施工工藝，以期達(dá)到最理想的工程效果。

從實(shí)際施工過(guò)程中，原壩體及心墻填筑質(zhì)量較好，土質(zhì)穩(wěn)定性較好，鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件型號(hào)可適當(dāng)選取較小型號(hào)的鋼材，以減少工程投資。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.025