復雜地質條件下深厚覆蓋層豎井施工工法

蔡榮生 劉永勝 張 坤

(中國水利水電第六工程局有限公司 丹東 118002)

1 前言

復雜地質條件下深厚覆蓋層豎井由于覆蓋層深，一般地質條件極及其復雜，土體透水性強，穩(wěn)定性差，往往土體內含大量孤石與土石膠結體，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、襯砌之間的關系，減少井內施工干擾，關系著施工安全以及節(jié)點工期的實現(xiàn)。

2 工法特點

a.實現(xiàn)了復雜地質條件下深覆蓋層豎井開挖、支護快速施工。

b.解決了復雜地質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行澆筑施工。

d.豎井開挖、支護、襯砌、灌漿等各工序可上下立體作業(yè)。

e.采用配套先進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雜地質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井壁，減少施工對松散井壁的擾動，防止井壁垮塌。

b.支護方法快捷、簡便，減少開挖后土體暴露在外的時間。

c.一襯混凝土采用“倒懸法”澆筑，及時跟進開挖施工，確保井壁安全。

d.通過爆破質點震動監(jiān)測試驗，控制單響藥量，減少了孤石爆破時對井壁及已澆混凝土的影響。

e.采用井口桁架梁、井內作業(yè)大盤、仞腳模板技術實現(xiàn)了豎井開挖、支護、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

5.1 施工工藝流程

井挖施工人員乘載人電梯至工作面→門機吊運反鏟、吊斗等井挖設備至工作面→反鏟裝渣到吊斗→吊斗裝滿后掛鉤，起吊→在出線場1號、2號豎井中間倒渣區(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→反鏟、錨桿鉆車等機械設備吊出井外，不能吊出的井盤等吊至井口并加強防護，人員全部撤至井外安全地帶→井外鳴警、響炮→通風、散煙→施工人員乘載人電梯至工作面檢查爆破效果、排險→門機吊運反鏟、吊斗至工作面進行工作面清理→本層開挖全部渣出完→井挖施工人員乘載人電梯、吊斗通過門機撤至另一豎井進行井挖施工→同時井身支護與混凝土襯砌施工人員進入工作面。

5.2 操作要點

5.2.1 施工布置

在豎井頂部平臺布置一臺16t門機，進行機械、設備、材料、出渣等的垂直運輸。每個豎井井口布置一桁架，作為大盤、風管、水管、混凝土下料管等的支撐平臺。每個豎井井口布置一臺施工電梯，進行施工人員上下豎井垂直運輸。在出線平臺，每個豎井布置一個穩(wěn)車群，用于大盤、電梯的升降。每個豎井內布置一個單層桁架梁結構吊盤。

5.2.2 覆蓋層開挖施工

豎井開挖、支護及混凝土澆筑施工循環(huán)進行，循環(huán)進尺控制在3.0m以內，開挖一層支護一層。覆蓋層段開挖采用人工配合0.3m3液壓反鏟進行。先采用液壓反鏟擴挖豎井中間部分，靠井壁預留30cm保護層采用人工開挖。

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鉆鉆水平孔進行爆破，爆破后再由人工持風鎬修整。孤石解爆時，先在豎井底部挖一大坑，井內孤石采用反鏟將孤石移至大坑中，然后進行鉆孔;井壁內嵌孤石直接在原位鉆水平孔。裝藥完畢之后采用鋼筋網(wǎng)、沙袋對孤石進行覆蓋后起爆。爆破后孤石隨土方由反鏟進行裝渣。

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，因此采用質點震動監(jiān)測試驗，確定一次最大起爆藥量，井內爆破必須嚴格控制一次起爆藥量，防止爆破對新澆混凝土造成損傷。

爆破完畢之后立即進行檢查，確定無安全隱患之后，采用門機將0.3m3液壓反鏟吊運至井底，開挖棄渣直接采用液壓反鏟裝自制6.0m3吊斗，用門機提升到井口臨時堆渣場卸渣，然后適時采用3.0m3裝載機裝20t自卸汽車，運至指定渣場。

當開挖遇到管涌通道時，對管涌通道洞口做適當擴挖，以保證施工安全為原則。擴挖后清除管涌通道內跨塌堆積的松散物，然后對管涌通道采用C20混凝土進行分層回填。首先對管涌通道空隙較小的部位進行回填，并充分振搗，然后回填空隙較大的部位，確保回填密實。回填時在管涌通道頂部預埋回填灌漿花管，回填完成后首先進行回填灌漿，灌漿壓力為0.1～0.15MPa，然后再對周邊自進式錨桿進行固結灌漿。

5.2.3 覆蓋層支護施工

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

錨桿注漿時為保證灌漿壓力滿足設計要求，將大盤移動到需要注漿的部位，通過門機將注漿機吊運至大盤上，井底錨桿注漿時，將注漿機直接吊運至井底進行注漿，保證注漿機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位置，漿液制成后通過高壓橡膠管自流至儲漿桶中，然后通過注漿泵進行注漿。單根錨桿當吃漿量大于500L時，停止注漿，依次進行同一截面上的其他錨桿注漿，待一圈注漿完成后，對沒有達到結束標準的錨桿進行補灌，直至每根錨桿注漿都達到結束標準。

5.2.4 覆蓋層混凝土施工

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

5.2.4.1 模板施工

為滿足鋼筋錯頭的要求，底模支撐采用仞腳模板，為了避免進行底部混凝土鑿毛，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°，使鋼筋接頭能錯開0.6m，單個仞腳模板長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。側模采用P1015、P3015標準鋼模板拼裝。側模施工平臺采用井內布置的大盤。大盤運行到作業(yè)面時，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)時晃動。

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垂直輸送，在每個豎井上部井口設置3個下料口，配備3套φ159溜管。溜管由無縫鋼管制作，每節(jié)長度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，為防止混凝土在長距離溜管下落過程中產(chǎn)生骨料分離，每一節(jié)溜管設置1個與主管成135°夾角的岔管，溜管從井口連接到距離倉面8m高度改用溜筒或軟管連接到澆筑倉面。

混凝土下料程序為:混凝土→井口下料口料斗→溜管→溜筒或軟管→倉號→平鋪、振搗。混凝土最大垂直輸送距離126m，豎井井壁混凝土施工一年來，混凝土井內垂直運輸時沒有出現(xiàn)骨料分離現(xiàn)象，混凝土完全符合設計要求。

5.2.4.3 混凝土入倉、振搗

模板施工時，模板頂部設開放振搗口，即模板上部30cm外傾30°角，使模板上口與上倉混凝土面保留30cm空隙作為倉號上部進料空間與振搗棒振搗口，保證混凝土進料與振搗在整圈范圍皆可進行，并在側模中部適當位置設進人孔，倉號底部1.5m范圍澆筑時施工人員從進人孔進入倉號內進行布料和振搗，待一倉混凝土澆筑3/4時，所用施工人員撤出倉號，對進人孔鋼筋、模板進行恢復，然后以模板上部預留的30cm空隙作為倉號上部進料空間與振搗棒振搗口進行混凝土澆筑。

混凝土鋪料采用平鋪法，平鋪層的厚度控制在40～50cm之間。混凝土平倉采用人工平倉，橡膠止水處采用人工送料填滿，并用鋼筋夾將止水固定支撐。為了防止模板在混凝土下料過程中產(chǎn)生位移，混凝土采取對稱入倉方式。下料管下料達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，特別是止水周圍，要細心振搗，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

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

5.2.4.5 豎向鋼筋接頭處理

鋼筋采用滾軋直螺紋絲套進行連接。鋼筋錯頭采用仞腳模板作為平臺，鋼筋穿過免拆模板后，伸入仞腳模板內進行錯頭，相鄰鋼筋之間錯頭達到60cm以上。

5.2.4.6 混凝土拆模與養(yǎng)護

混凝土澆筑36h后進行側面模板拆除，側模拆除以及混凝土灑水養(yǎng)護均以大盤作為施工平臺，拆除的模板集中放置在井底，然后由門機集中吊出豎井。混凝土拆模后，及時對混凝土進行灑水養(yǎng)護，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)土方開挖時進行，先開挖井中部分，待上一層混凝土澆筑48h后，再對底模下部進行開挖，隨著土方開挖的進行，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行孤石解爆，底模拆除后由門機吊運出井，放置在出現(xiàn)場適當?shù)胤健Ｄ０宄鼍蠹皶r清理干凈、修補整齊，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，在井壁混凝土中預埋外徑不小于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。在進行壁后灌漿施工時，進行預埋灌漿管掃孔，進行壁后灌漿。灌漿以大盤作為施工平臺。為減小由于高差引起的灌漿附加壓力，灌漿設備放置在大盤上(大盤與灌漿孔之間的垂直高差小于1.5m)，在井口布置一個集中制漿站，通過高壓橡膠管自流至大盤上的儲漿桶里，然后進行灌漿。

6 材料與設備

6.1 材料

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

6.2 設備

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

7 質量控制

a.建立出線豎井施工質量保證體系，確立管理人員名單，負責各工序的組織管理工作。

b.施工機械設備組織到位。

c.施工前，對各個工序有關人員進行技術及工法交底。

d.全過程質量檢查控制與技術指導、監(jiān)督，填寫質量檢查控制表。

e.對每一循環(huán)施工質量進行檢查、總結，制定下一循環(huán)改進措施，予以實施。

8 安全措施

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

b.進行爆破時，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，才能進入下一道工序的施工。

d.定期進行井壁圍巖變形觀測，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告有關人員，并立即組織施工人員和機具撤離。

e.成立安全管理小組，針對本工程安全重點由技術部編制安全技術措施指導現(xiàn)場生產(chǎn)，加強施工現(xiàn)場安全管理工作，科學組織施工，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有效的排放。

b.施工廢水都按要求進行了處理，排入場內系統(tǒng)排水溝內。

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，采用井內挖坑以及控制一次最大起爆藥量進行孤石解爆，不需要對井壁混凝土進行防護;豎井內均以大盤作為操作平臺，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，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

11 應用實例

溪洛渡水電站左岸地下廠房1號出線豎井開挖直徑14.6m，豎井總深度488.5m，覆蓋層最深達114m;2號出線豎井開挖直徑14m，豎井總深度488.5m，覆蓋層最深達124.8m;3號出線豎井開挖直徑14.6m，豎井上段深度252.03m，覆蓋層最深達64.7m;4號出線豎井開挖直徑達14.6m，豎井上段深度252.03m，覆蓋層最深達61.7m。地質條件極其復雜，土體透水性強，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，且土體內含大量孤石與土石膠結體，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。項目部嚴格管理、合理組織、精細化施工，有效地保證了混凝土施工的質量和進度。