沖孔鉆機(jī)在小斷面豎井開挖中的應(yīng)用

汪昱君,張 弦

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

1 工程概況

福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補(bǔ)水工程?hào)|線工程位于福州市晉安區(qū),主要由排洪主隧洞、截洪樞紐和控制閘等組成,截洪樞紐通過排洪支洞和排洪主隧洞連接,排洪支洞設(shè)有排氣豎井進(jìn)行消能。其中,東山排氣豎井?dāng)嗝嫘?直徑1.6 m,深61.34 m,基本位于弱風(fēng)化凝灰熔巖中,緊靠晉安區(qū)東山中學(xué)和苗圃辦公樓,工程施工中須要考慮對(duì)居民區(qū)的影響。

東山排氣豎井原計(jì)劃采用鉆爆法進(jìn)行開挖,因緊靠的東山中學(xué)和苗圃辦公樓產(chǎn)權(quán)單位不同意采用爆破工藝。從安全、進(jìn)度、費(fèi)用等多方面比選反井鉆機(jī)、水磨鉆[1]等非爆破開挖方式后,結(jié)合東山排氣豎井直徑、沖孔鉆機(jī)巖石地層施工經(jīng)驗(yàn),決定在豎井開挖中應(yīng)用沖孔鉆機(jī)直接沖孔成井施工工藝。

2 沖孔鉆機(jī)開挖施工技術(shù)

2.1 工藝流程

沖孔鉆機(jī)在東山小斷面[2]豎井開挖中針對(duì)豎井地層情況,分為豎井土層段人工開挖支護(hù)、豎井巖石層段沖孔鉆機(jī)沖孔開挖。

⑴豎井土層段:采用正井法[3]自上而下進(jìn)行開挖;

⑵豎井巖石層段:采用CK2000沖孔鉆機(jī)按照井口樁基平臺(tái)場(chǎng)地→泥漿制備→安裝機(jī)械并定位→沖孔成井流程進(jìn)行開挖,渣料通過泥漿循環(huán)帶出孔外。

結(jié)合土層和巖石層開挖情況,沖孔鉆機(jī)小斷面豎井沖擊成井施工工藝流程見圖1所示。

圖1 小斷面豎井沖孔鉆機(jī)開挖施工工藝流程

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 井口場(chǎng)地平整

采用挖機(jī)將排氣豎井井口場(chǎng)地平整,并預(yù)備好沖孔鉆機(jī)泥漿池,施工所需手風(fēng)鉆、焊機(jī)、錨桿等施工機(jī)械和材料等。

2.2.2 正井法土層開挖及鎖定

(1)采用人工挖掘表土,碎塊石采用電鉆打眼破碎,人工轉(zhuǎn)運(yùn)至井外,豎井全斷面一次開挖成形,并開挖一層支護(hù)一層。豎井2.0 m鎖口段開挖完成后,按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鎖口段井身及井口平臺(tái)底板鋼筋制安及C30混凝土澆筑,鎖定豎井井口。

(2)土層段按照開挖一層支護(hù)一層襯砌一層的原則進(jìn)行開挖。開挖一層后采用YT-28手風(fēng)鉆進(jìn)行錨桿鉆孔施工,完成豎井井身段拱架架立及鎖定,隨即進(jìn)行初期支護(hù);初期支護(hù)完成后進(jìn)行井身段混凝土澆筑。

(3)每層井身段混凝土澆筑完成后,采用灑水養(yǎng)護(hù);灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間安排在單層土層開挖完成后。

(4)待開挖至巖石層后,停止開挖并準(zhǔn)備沖孔鉆機(jī)設(shè)備;因土層段已通過襯砌混凝土鎖定,不用在下鋼護(hù)筒護(hù)壁,在井身段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)開始巖層段沖孔施工。

2.2.3 井口樁基平臺(tái)平整

采用挖機(jī)按照井口鎖定后的高程進(jìn)行樁基平臺(tái)平整,非混凝土部位的樁基平臺(tái)采用隧洞渣料夯填平整,平整后的裝機(jī)平臺(tái)周邊設(shè)置截排水溝,以保證下雨天氣可繼續(xù)進(jìn)行豎井成孔施工。

2.2.4 安裝機(jī)械并定位

(1)鉆機(jī)就位。在平整好的樁基平臺(tái)上放置橫向枕木,將鉆機(jī)平整、穩(wěn)固地安放在枕木上,確保豎井沖孔鉆機(jī)施工中不移位、不傾斜,將鉆架調(diào)整和安設(shè)好,將鉆頭吊起放置在豎井井口中心點(diǎn)上方。

(2)鉆機(jī)定位。鉆機(jī)安置就位后,按照豎井中心和沖孔鉆機(jī)鉆頭中心垂直度偏差不允許大于1%進(jìn)行鉆頭中心控制,以保證沖孔鉆機(jī)鉆頭沿著豎井中心垂線方向進(jìn)行鉆孔成井作業(yè)。

2.2.5 泥漿制備

(1)就近布置泥漿池,泥漿池壁鋪設(shè)土工膜以防止水分流失,采用粘土造漿。制漿前,先把粘土盡量打碎,使其在攪拌中容易成漿。

(2)泥漿按照新制泥漿→泥漿池→豎井井內(nèi)注泥漿→豎井沖孔→泥漿槽→泥漿沉淀池→泥漿池→豎井井內(nèi)注泥漿→豎井沖孔流程循環(huán)。

(3)從樁內(nèi)循環(huán)出來的泥漿采用篩分網(wǎng)篩除碎石渣料后,通過添加粘土量再循環(huán)利用。篩除的碎石渣料和鉆孔棄渣晾曬后用于場(chǎng)內(nèi)回填。

2.2.6 沖孔成井

(1)沖孔前在豎井內(nèi)單獨(dú)加部分粘土,增加豎井土層段泥漿含量,減少?zèng)_錘對(duì)土層段井壁的影響。

(2)巖石段沖孔前再次對(duì)好中線及垂直度,保證豎井沖孔的垂直度;鉆孔時(shí)采用小沖程,在豎井巖石段成孔3 m以后,逐漸加大沖程;鉆孔過程中,在孔底巖石碎渣沉積較厚時(shí)采用掏渣筒掏渣。

(3)沖錘離豎井和平洞交接點(diǎn)3 m時(shí),豎井底部平洞段停止作業(yè),采用小沖程錘擊,并在底部設(shè)置泥漿接收池,接收豎井沖孔貫通后流入平洞段的泥漿,防止泥漿在洞內(nèi)溢流,泥漿運(yùn)至指定接收點(diǎn)傾泄。

(4)每班豎井沖孔作業(yè)后,對(duì)沖擊鉆鉆頭磨損情況進(jìn)行檢查,當(dāng)鉆頭齒牙磨損嚴(yán)重時(shí),及時(shí)進(jìn)行鉆頭齒牙更換;當(dāng)鉆頭直徑磨損超過1.5cm時(shí),立即進(jìn)行鉆頭修補(bǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好備用鉆頭,以便施工鉆頭修補(bǔ)和齒牙更換時(shí)可以繼續(xù)進(jìn)行沖孔作業(yè)。

2.3 資源配置

沖孔鉆機(jī)豎井直接沖孔成井設(shè)備和人員配置情況見表1、表2。

表1 主要設(shè)備

表2 勞動(dòng)力組織

2.4 技術(shù)特點(diǎn)

沖孔鉆機(jī)在小斷面豎井開挖中直接應(yīng)用,主要特點(diǎn)如下:

(1)針對(duì)豎井土、石地質(zhì)情況,在豎井土層段采用正井法自上而下進(jìn)行開挖,并鎖定井口,支護(hù)土層段,替代了沖孔鉆機(jī)護(hù)筒;豎井巖石層段采用CK2000沖孔鉆機(jī)按照井口樁基平臺(tái)場(chǎng)地→泥漿制備→安裝機(jī)械并定位→沖孔成井,渣料通過泥漿循環(huán)帶出孔外,少數(shù)由掏渣筒掏渣。

(2)豎井巖石段可直接一次沖擊成孔,施工期間不用考慮豎井通風(fēng)排水。

3 控制措施

3.1 質(zhì)量控制措施

(1)每鉆進(jìn)10 m采用測(cè)斜儀測(cè)斜一次,鉆孔傾斜率控制在1.5%/100 m以內(nèi)。若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)傾斜,立即往孔內(nèi)填入堅(jiān)硬片石,采用低錘快擊方式在錘頭底部形成一個(gè)較緊密的平臺(tái)后,再提高錘頭正常沖擊加快速度,待恢復(fù)垂直度后再繼續(xù)進(jìn)行沖孔施工。

(2)每班沖孔作業(yè)后,及時(shí)進(jìn)行孔底沉渣清掏。

(3)經(jīng)常對(duì)沖孔鉆機(jī)進(jìn)行垂直度檢查[4],檢查基座偏移情況,發(fā)現(xiàn)偏斜及時(shí)調(diào)整。

3.2 安全保證措施

(1)在豎井沖孔施工全過程中,嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)機(jī)械的安全操作規(guī)程,加強(qiáng)鋼絲繩、電機(jī)等設(shè)備檢查和維修保養(yǎng)。

(2)鉆機(jī)枕木要填實(shí),保證施工時(shí)機(jī)械不傾斜、不傾倒。

(3)鉆機(jī)沖孔期間,豎井井口設(shè)置護(hù)欄,防止跌入孔中。

(4)豎井下方平洞要進(jìn)行經(jīng)常性監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)滲漏等情況時(shí)要及時(shí)匯報(bào),及時(shí)封堵滲漏通道。

(5)豎井距離下方平洞15 m時(shí),下方平洞停止施工作業(yè),開挖泥漿沉降接收池。

4 結(jié)語

目前,福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補(bǔ)水工程?hào)|線工程?hào)|山排氣豎井已順利貫通,沖孔鉆機(jī)直接沖孔成井經(jīng)總結(jié)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):

(1)采用人工開挖鎖定豎井土層結(jié)構(gòu)替代沖孔鉆機(jī)護(hù)筒,為沖孔鉆機(jī)豎井巖石層施工創(chuàng)造條件。

(2)采用沖孔鉆機(jī)直接在豎井巖石層鉆孔,自上而下一次全斷面成井,相比鉆爆法工藝可避免爆破環(huán)境及材料管控影響,有效降低爆破材料和協(xié)調(diào)等成本;相比反井鉆機(jī)工藝可有效減低設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)攤銷,節(jié)約施工成本;相比水磨鉆施工更加高效和安全。

(3)豎井開挖渣料通過泥漿循環(huán)帶出孔外,少數(shù)由掏渣筒掏渣;豎井渣料通過晾曬后可用于工程墻背回填,降低渣料棄置成本。