深豎井施工技術(shù)

張萬軍

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

深豎井施工技術(shù)

張萬軍

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

淺豎井在水利工程應(yīng)用比較廣泛，深豎井的工程實(shí)例較為稀缺，文章從工程實(shí)際出發(fā)，結(jié)合深豎井的工程特點(diǎn)，確定具體施工方案的及設(shè)備配置，該工程井架及附屬工程施工期為0.5個月，設(shè)備安裝及調(diào)試工期為1個月，鑿井工期為4.5個月，平均月進(jìn)尺106m，高峰月進(jìn)尺120m。該工程在合同工期內(nèi)較好的完成了施工任務(wù)，說明該施工方案及設(shè)備配置在豎井施工的正確性和適應(yīng)性，其施工經(jīng)驗(yàn)及施工方法值得其他類似工程借鑒。

深豎井；施工方法；鉆孔爆破；出渣；噴錨支護(hù)；襯砌

1 工程概況

本工程豎井，井深480m，凈直徑6.82m，井頸段采用鋼筋混凝土襯砌；井身段Ⅳ、Ⅴ類圍巖及馬頭門附近采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類圍巖段采用噴錨支護(hù)及型鋼拱架支護(hù)，Ⅱ類圍巖段除采用隨機(jī)型鋼拱架支護(hù)外，其他同Ⅲ類圍巖段支護(hù)形式。

2 地質(zhì)條件

0-2.5m為第四系全新統(tǒng)洪積或殘積碎石土層。以碎塊石為主，棱角狀，磨圓度差，粒徑3-4cm，含量約占30%-40%。圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅴ類圍巖。

2.5-28.5m為泥盆凝灰質(zhì)砂巖，青灰色，為強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化層，其中2.5-8.5m為強(qiáng)風(fēng)化層，巖體破碎，呈碎塊狀；8.5-28.5m弱風(fēng)化層，巖體較破碎，鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。強(qiáng)、弱風(fēng)化層為Ⅳ-Ⅴ類圍巖。

28.5-490m為凝灰質(zhì)砂巖，青灰色或灰黑色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖體整體較完整。節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面多為閉合、起伏，充填白色石英脈，局部發(fā)育斷層破碎帶，破碎帶寬度約0.3-2.0m；破碎帶以破碎巖為主，斷層泥及糜棱巖少見。該段豎井以Ⅲ類圍巖為主，節(jié)理密集帶及斷層帶為Ⅳ-Ⅴ類圍巖。地下水埋深28.5m，為基巖裂隙水，水量小，該豎井總涌水量5.6m3/h。

3 工程特點(diǎn)

該工程特點(diǎn)如下：

1)該工程屬于深豎井，對施工機(jī)械化配套能力要求高，豎井施工存在難度。

2)井身內(nèi)施工工作面狹小，設(shè)備布置緊湊，大型施工設(shè)備操作困難。

3)工期緊，強(qiáng)度高，冬季氣溫寒冷。

4 施工方法

采用立井機(jī)械化快速施工方法施工。施工程序：開挖設(shè)備的選型 →設(shè)備安裝調(diào)試→井頸段施工→井筒段施工→井底馬頭門施工。

4.1 設(shè)備選型與安裝

4.1.1 井架選型

根據(jù)井筒直徑大小及所選用的提升機(jī)、穩(wěn)車、鑿巖設(shè)備的規(guī)格型號對井架強(qiáng)度、高度的要求，豎井選用V型標(biāo)準(zhǔn)鑿井井架，V型標(biāo)準(zhǔn)鑿井井架適用于6.5-8.0m井徑，1000m以內(nèi)井深的鑿井，適用于傘形鉆架鉆眼。(井架選型參考簡明建井工程手冊P382頁)，V型井架的主要參數(shù)見表1。

表1 V型鑿井井架參數(shù)表

4.1.2 井架基礎(chǔ)處理

井架基礎(chǔ)落在凝灰質(zhì)砂巖上，承載力滿足要求，采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面積5.5m×4m。混凝土基礎(chǔ)澆灌后直至井架安裝好20d連續(xù)沉降監(jiān)測，實(shí)測最大沉降數(shù)值應(yīng)<6mm。

4.1.3 井架安裝

由專業(yè)加工廠制作好的井架鋼構(gòu)件運(yùn)到井口場地后，在現(xiàn)場分片組裝，通過2臺70t汽車吊車將預(yù)先組裝好的分片井架拼裝成一個整體；最后安裝天輪平臺、天輪和廢石溜槽等。

4.1.4 提升系統(tǒng)選擇

采用兩套提升系統(tǒng)，提升機(jī)的規(guī)格型號為2JKZ-3.6/12.96和JKZ-3.2×3.6×19+FC-φ40-1870提升鋼絲繩，配5m3吊桶，提升混凝土?xí)r配3m3底卸式吊桶。提升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 提升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表

4.2 鎖口段施工

0-2.5m第四系全新統(tǒng)洪積或殘積碎石土層，結(jié)構(gòu)松散，首先對豎井井口覆蓋層進(jìn)行鎖口施工，采用液壓反鏟挖至基巖高程，平整底板，綁扎鋼筋，組合鋼模板立模，混凝土連續(xù)澆筑完成，井口高于原地面高程1.0m，以防止雨水流入井內(nèi)，鎖口段與井架基礎(chǔ)同步施工。

4.3 井身段施工

井筒基巖段施工實(shí)行一掘一砌正規(guī)循環(huán)作業(yè)方式，將施工循環(huán)分為鉆眼爆破、出渣、錨噴支護(hù)或襯砌支護(hù)、清底找平四大工序，相應(yīng)成立四個專業(yè)班組，實(shí)行“滾班”制作業(yè)。豎井井筒掘砌施工程序如下：

鉆孔爆破→出渣→錨噴支護(hù)或襯砌支護(hù)→清底找平→下一循環(huán)。

4.3.1 鉆孔爆破

1)鉆孔：

采用YSJZ4.8液壓傘鉆鑿眼，5m長釬桿配直徑55mm柱齒合金鉆頭。炮孔深4.0m。液壓傘鉆平時吊掛在地面，鑿眼前由主提升機(jī)下放到工作面后，利用其支撐臂站立在鑿眼工作面，即完成傘鉆安裝過程。打眼施工時，操作活動臂、調(diào)整工作臂將液壓鉆機(jī)釬桿釬頭對準(zhǔn)炮眼設(shè)計孔位和方向后，人工操作相應(yīng)控制閥進(jìn)行鑿眼作業(yè)。鑿眼完畢后，收攏活動臂、工作臂，利用抓巖機(jī)穩(wěn)車吊掛鉤頭吊掛傘鉆，同時收攏支撐臂，最后用主提升機(jī)將傘鉆提升到井口，再利用電動葫蘆移出到檢修位置，進(jìn)行檢修維護(hù)待用，完成井上、下傘鉆奪鉤過程。

2)爆破：

炮眼布置：采用同心圓布置，二階直眼掏槽。掏槽眼深度分別為4.4m，其它炮眼深4.0m。崩落眼間距800mm，周邊眼距550mm。豎井炮眼布置見圖1。

圖1 豎井炮眼布置圖

爆破器材采用巖石型乳化炸藥，周邊眼采用直徑φ45mm藥卷，起爆雷管采用毫秒延期非電雷管，電容式專用起爆器。

施工過程中根據(jù)巖石硬度、裂隙發(fā)育程度和爆破效果調(diào)整炮眼布置參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，達(dá)到炸藥用量少，炮眼利用率高，爆破效果好，對圍巖的破壞影響小的目的。

4.3.2 出渣

出渣采用HZ-6B型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配0.6m3抓斗裝5m3吊桶，MWY6/0.3小型挖掘機(jī)輔助裝渣和清底。主、副提升機(jī)將吊桶提升到井架翻渣臺，經(jīng)座鉤自動翻渣后通過溜槽落地，再由ZL-50B型裝載機(jī)裝入自卸汽車運(yùn)至棄渣場或利用料場。

抓巖機(jī)固定在下層吊盤，并通過16t穩(wěn)車進(jìn)行懸吊保護(hù)。爆破通風(fēng)、安全檢查完成之后，將吊盤下放到合適高度，然后采用中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)抓渣。

裝巖前首先用將爆堆簡單平整、抓出罐窩以方便人員掛鉤、甩吊桶及排水。然后將吊桶下放至罐窩內(nèi)進(jìn)行裝巖工作。

裝巖時為了提高裝巖、排渣效率，應(yīng)遵循以下原則：吊盤到井底工作面必須有足夠的照明；在滿足掛鉤、甩罐、信號的前提下工作面盡量少安排其他無關(guān)人員；井深較淺時裝巖能力小于提升能力，工作面座底罐個數(shù)應(yīng)盡量滿足抓巖機(jī)裝巖要求；井深較深時裝巖能力大于提升能力，工作面座底罐數(shù)量盡量滿足兩臺提升機(jī)連續(xù)提升要求。

4.3.3 錨噴支護(hù)及型鋼支護(hù)

1)錨桿施工：

錨桿采用手風(fēng)鉆造孔，鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)巖屑，然后用MZ-30注漿機(jī)將配制合格的砂漿注入孔內(nèi)，利用作業(yè)平臺將加工好的桿體插入錨孔，井壁錨桿采用先注漿后插桿的程序施工。錨桿施工必須及時跟進(jìn)開挖，以確保施工安全。

2)噴混凝土支護(hù)：

噴混凝土采用PZC-7混凝土噴射機(jī)，安裝在下層吊盤，噴漿料在地表拌制后，由底卸式吊桶下放通過分灰器分流至噴射機(jī)進(jìn)料倉。噴混凝土支護(hù)隨開挖跟進(jìn)，噴虎前先將開挖后的巖面浮渣、松動塊體清理干凈。噴混凝土作業(yè)采用自下而上的施工順序分層進(jìn)行，井壁每層噴混凝土厚度控制為3-5cm，人工進(jìn)行噴水或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)，保持混凝土面濕潤，直至養(yǎng)護(hù)期結(jié)束[1]。

3)型鋼支護(hù)：

鋼支撐在洞外分節(jié)加工制作成型，洞內(nèi)焊接，鋼支撐采用鎖腳錨桿固定，鋼支撐之間采用聯(lián)系鋼筋連接。鋼支撐不得侵占襯砌斷面，鋼支撐安裝后，應(yīng)對破碎軟弱地段的圍巖穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)測，遇到危險情況，應(yīng)及時增強(qiáng)鋼支撐或襯砌。

4.3.4 混凝土澆筑

本工程混凝土主要包括井頸混凝土、壁座混凝土、井筒混凝土襯砌。 基巖段襯砌采用MJY型液壓整體移動金屬模板(段高4.2m、刃角0.2m)?；炷潦┕すに嚵鞒桃妶D2。

采用1.25m段高組合金屬模板砌壁，根據(jù)施工循環(huán)砌筑高度，每5m一個循環(huán)，每個循環(huán)需四層組合金屬模板。模板由下向上層層拼裝、澆筑。襯砌混凝土由設(shè)置在井口的混凝土拌合系統(tǒng)拌制，采用DX-3m3底卸式吊桶下放混凝土，雙分料管可360°轉(zhuǎn)動的QFH型混凝土分料器，實(shí)現(xiàn)對稱澆筑，ZNQ-50型插入式高頻混凝土振搗器，振搗混凝土。澆筑工作連續(xù)進(jìn)行，間歇時間不得超過混凝土初凝時間，超過時要先用鎬鑿成毛面，用水沖凈，鋪上一層水泥漿，然后再行澆筑。

圖2 凝土施工工藝流程圖

4.3.5 清底找平

清底找平工作主要由小型挖掘機(jī)完成，為了給下道工序(鉆孔爆破)創(chuàng)造條件，挖掘機(jī)升井前必須對未支護(hù)的井幫撬毛，清除浮石。小型挖掘機(jī)采用提升機(jī)下放到工作面，在通過吊盤、井蓋門時控制提升速度。

4.4 馬頭門施工

4.4.1 掘進(jìn)

井筒的永久井壁施工到馬頭門凈頂板以上1.5m時即進(jìn)入馬頭門段井筒、馬頭門施工階段。馬頭門段井筒與馬頭門同時由上向下臺階式掘進(jìn)，為了方便馬頭門排渣，馬頭門退后井筒一個臺階；馬頭門形成掘進(jìn)工作面后利用YT-28氣腿式風(fēng)鉆鉆孔爆破。

4.4.2 排渣

井筒排渣方法與井筒正常掘砌相同，馬頭門、井筒開口處排渣利用小型挖掘機(jī)將工作面廢渣倒運(yùn)到井筒再由中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝吊桶。

4.4.3 混凝土澆筑

馬頭門段井筒與馬頭門采用噴錨臨時支護(hù)方式，馬頭門和馬頭門段井筒同時立模進(jìn)行混凝土澆筑。模板采用組合鋼模板，組裝馬頭門模板時，馬頭門與井筒相貫線平滑、順暢。

4.5 壁座施工

為了減少爆破對壁座圍巖的破壞影響，壁座與井筒分開掘進(jìn)。先將井筒掘進(jìn)到壁座的底部標(biāo)高，按照設(shè)計的壁座傾斜角度，打淺孔，密集布置炮眼，少裝藥，光面爆破。待壁座尺寸達(dá)到設(shè)計尺寸后，找平工作面，綁扎壁座鋼筋，并與井筒壁鋼筋相連，壁座混凝土與相關(guān)段井身一次性澆筑完成。

5 施工輔助措施

5.1 井筒排水

施工過程中防治水原則：“截、導(dǎo)、堵、注” 。

截：井壁截水：對于井壁淋水采取在淋水段井壁下方2-3m位置沿井筒周圈安裝截水槽，井壁淋水由截水槽集中導(dǎo)入轉(zhuǎn)水站或?qū)氲醣P水箱。

導(dǎo)：井壁砌混凝土前對毛井少量裂隙水、集中淋水安裝導(dǎo)水管將裂隙水、集中淋水到處模板以外，后期集中進(jìn)行壁后注漿。

堵：對于壁后沒有壓力、沒有補(bǔ)給水源的小型巖溶水、破碎帶水、較大裂隙水采用特制的快速膠結(jié)材料堵水，將水源封堵在井壁以外。

注：快速注漿封水。圍巖條件許可時孔口止?jié){塞快速注漿封水，實(shí)現(xiàn)邊注漿邊掘進(jìn)。

根據(jù)地質(zhì)資料，該豎井總涌水量5.6m3/h。故豎井施工期間，原則上不安裝排水設(shè)施，工作面積水用風(fēng)動潛水泵排至吊桶，提到地表?？紤]到吊桶排水的低效率及地下工程的不確定性，在井筒施工平面、天輪平臺、吊盤、穩(wěn)車布置時預(yù)留排水設(shè)施位置。

在施工過程中，涌水量已達(dá)到10m3/h，吊桶排水嚴(yán)重影響出渣效率，直接導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢。水量增大后，在預(yù)留位置安裝排水管穩(wěn)車及排水管，吊盤上層盤安裝水箱，下層盤安裝吊泵。排水泵采用80DGL-75×10型吊泵2臺(一備一用)，其單機(jī)流量為46m3/h，揚(yáng)程為798m,，電機(jī)功率為178kW。

5.2 雨季施工措施

1)豎井周邊生產(chǎn)場地利用防洪堤設(shè)置的排水溝，確保積水順利流到工作面以外低處。井口封口盤面標(biāo)高高于施工場地面標(biāo)高1.0m。

2)在施工場內(nèi)高地設(shè)置材料庫，小型設(shè)備、工具、零散材料的堆放棚架，防止雨水侵蝕。

3)施工材料做到下鋪上蓋，鋼材使用前必須除銹。

4)雨季來臨前徹底檢查地面供電線路，確保無破皮、露線，保證無露電現(xiàn)象。

5.3 冬季施工措施

入冬前，做好冬季施工的人員培訓(xùn)與交底，對管理人員、操作人員進(jìn)行冬季施工技術(shù)交底，使每一個人都清楚冬季施工的技術(shù)要求及做法，避免盲目施工。確定防寒重點(diǎn)工程，并對施工順序、施工方法、工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)冬季施工。冬季施工措施重點(diǎn)對象為混凝土施工。當(dāng)日氣溫穩(wěn)定在5℃以下時，混凝土澆筑按冬季施工方法進(jìn)行。

5.3.1 混凝土拌制

通過熱水拌和骨料、拌合站保暖等手段提高混凝土的拌和溫度，保證混凝土的出機(jī)口溫度達(dá)到8℃-15℃，同時在拌和時摻用抗凍早強(qiáng)劑，以降低混凝土的結(jié)冰溫度，以使混凝土在結(jié)冰前的強(qiáng)度達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。

5.3.2 混凝土運(yùn)輸

在運(yùn)輸過程中對運(yùn)輸工具進(jìn)行保溫并盡量縮短運(yùn)輸?shù)臅r間，混凝土從拌合站的出機(jī)口到澆筑倉面，罐車車身采用保溫布包裹，混凝土運(yùn)輸過程中減少倒運(yùn)次數(shù)，做到不隨意停車、施工現(xiàn)場不押車，以縮短運(yùn)輸時間，

5.3.3 倉面澆筑保溫措施

在低溫季節(jié)開倉時間應(yīng)安排在白班，并在夜間氣溫達(dá)到最低之前收倉，澆筑過程中，在鋼模板外側(cè)框格黏貼5cm厚苯板進(jìn)行保溫，采用蓄熱法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié) 語

施工采用了國內(nèi)最先進(jìn)的液壓傘鉆，在提高鑿孔效率的同時，減少了環(huán)境噪音和粉塵。電動挖掘機(jī)下井，既能輔助裝渣，又能清幫和清底，特別是馬頭門、硐室施工排渣，大大節(jié)省出渣清底的時間。鉆孔、出渣、支護(hù)三大工序的設(shè)備配置合適。本工程井架及附屬工程施工期為0.5個月，設(shè)備安裝及調(diào)試工期為1個月，鑿井工期為4.5個月，平均月進(jìn)尺106m，高峰月進(jìn)尺120m。本工程在合同工期內(nèi)較好的完成了施工任務(wù)，說明該施工方案及設(shè)備配置在豎井施工的正確性和適應(yīng)性，其施工經(jīng)驗(yàn)及施工方法值得其他類似工程借鑒。

[1]中華人民共和國水利部.SL677-2014水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

1007-7596(2017)07-0160-04

2017-06-20

張萬軍(1984-)，男，甘肅武威人，工程師，從事施工組織設(shè)計、水工設(shè)計工作。

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