鋼圍護倒掛井式開挖在某水庫除險加固工程中的應用

汪新開

浙江鼎川建設有限公司，浙江蘭溪321100

鋼圍護倒掛井式開挖在某水庫除險加固工程中的應用

汪新開

浙江鼎川建設有限公司，浙江蘭溪321100

混凝土井圈倒掛井是進行深井內作業的常用方法，但其進度慢，施工環境差，施工單位對此類施工常有畏難心理。在此例施工中，采用鋼圍護方式進行開挖施工進度快，相對安全保障高，對較大寬度的井下施工有較好的適應性。

鋼圍護；倒掛井

1 采用鋼圍護倒掛井式開挖的原因

某水庫除險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位置較高，按全部挖除重新填筑壩體的方法進行處理，灌溉涵管由于埋深較深，在設計時采用了將整段涵管用混凝土進行封堵，同時加以回填灌漿的處理方法，對于涵管頂部的老黏土心墻，則采用黏土套井方法進行施工。

在隨后的施工過程中，有專家建議應該對心墻部位的老涵管進行徹底的處理，針對專家提出的建議，參建各方進行了認真的討論，結合工程工期的要求與安全性的考慮，采用鋼結構倒掛井的形式（鋼圍護開挖）對穿越心墻部位的老涵管進行了徹底的處理。

采用鋼結構圍護開挖有以下優點：

①開挖速度快

根據此類情況的常規開挖方法，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，需采用四井并聯倒掛井的方式，由于倒掛井開挖需要等待混凝土強度上升到一定時間才能繼續施工，按常規方法施工最快需要45天時間。

②施工安全

混凝土結構由于其破壞時先兆與鋼結構相比不明顯，無法更有效地防止安全事故的發生，采用鋼結構圍護形式，變形容易監測，對施工安全有極好的保證，能有效的防止重大事故的發生。混凝土結構的強度在初期難以保證，特別是當連續井圈較多時，結構更為復雜，結構強度的影響因素更多，容易發生安全事故。在這種情況下，鋼圍護優點較為突出。

2 主要設計方案

2.1 鋼結構圍護結構

2.1.1 鋼結構圍護尺寸的確定

由于老涵管寬度（外側）為2.5m，心墻厚度（套井有效厚度）為1.56m，為保證質量，確定為鋼結構圍護外框尺寸為2m（上下游方向）×4m（左右側方向）。

2.1.2 主要鋼梁與圍護板尺寸

圍護結構在平面上制作成“日”字形，垂直方向邊梁與中間梁均按1m間距布置，鋼圍護主梁在上部10m范圍內選用I16#工字鋼，下部采用I18#工字鋼，圍護鋼板為厚12毫米鋼板。在各主梁間均布置斜撐，其鋼材型號為∠75#角鋼

2.2 回填土質量要求

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

2.3 基礎要求

要求將心墻范圍內的原涵管徹底拆除，并清除其底部的其他附著物，開挖至基巖。回填時基巖以上1m范圍內采用1:5水泥土。

2.4 周邊套井

為保證鋼圍護開挖部位回填后與相鄰心墻部位的防滲連續性，同時為檢查回填部位的回填質量，在老涵管部位回填后與心墻接觸部位再進行套井施工。

3 施工方法及過程

3.1 施工準備

先根據隧洞進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示出來，確定開挖位置，同時按設計圖紙加工鋼圍護結構。

在開工前仔細檢查施工設備，以保證施工安全。本項目的主要施工設備為挖掘機（在壩頂以下4米以下部位施工用）、小型振動夯（心墻回填壓實用）、沖抓鉆（邊界套井用）、卷揚機（吊運井內開挖土用回填土用），電焊機（鋼圍護安裝用）。

3.2 施工程序

上部挖掘機開挖→吊入上部拼裝好的鋼圍護結構→下部井下人工分層開挖→鋼圍護結構分層支護→開挖到涵管頂→拆除老涵管結構→涵管底開挖→基礎驗收→心墻土回填壓實→分層拆除鋼圍護結構→邊界套井開挖及回填→質量檢查。

3.3 施工方法

3.3.1 上部開挖

由于上部四米內可直接利用挖掘機開挖，鋼圍護可事先拼裝。開挖前先按測量點位在作業面上灑好灰線，按灰線開挖，灰線按預留開挖厚度10cm設置。挖掘機開挖后，對剩余的開挖量采用人工開挖，以保證其外廓尺寸。開挖完成經尺寸檢驗后將事先拼裝好的鋼圍護結構整體吊入。

3.3.2 下部人工開挖

在下部開挖前，先安裝出土卷揚機與爬梯，同時檢查卷揚機的安全設施是否達到安全施工的要求。

限于井內尺寸，井內土方開挖采用人工挖掘方法，采用卷揚機吊運開挖土。一般情況下按1m深度一個循環分別進行開挖及支護作業。

鋼板及型材均利用卷揚機進行吊運，在吊運前均由專業人員檢查吊具的安全性與捆綁可靠性。鋼結構焊接采用手工電弧焊。

當開挖到地質情況較差時，縮短每層開挖深度，及時進行鋼圍護支護。

當開挖到老涵管頂部時（涵管心墻上游側已先行進行了混凝土封堵），采用電鎬與風鎬與人工撬挖對漿砌石體進行拆除，直至將砌體全部拆除，拆除老涵管后，對其下部基礎進行開挖，挖到設計要求的基礎為止。

基礎經地質及相關質量檢驗人員檢查后，按要求進行回填。

3.3.3 黏土回填

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

在進行回填前，先對土樣進行原材料試驗，確定其土樣能否達到滲透系數的要求，同時進行擊實試驗，取得其最大干密度值。然后分別對回填土進行鋪填厚度分別為10cm、15cm的壓實試驗，取得實測數據后，按試驗取得的數據成果進行實際施工。

實際施工時按要求進行土樣壓實度的檢測，合格后方進行上一層填筑。對壓實度檢測的同時，每3m取樣進行滲透系數的檢測。

回填完一個圍護高度后，拆除鋼圍護后再繼續下一個循環的施工。

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夯錘進行回填土的夯實作業。同理，對夯實次數與落錘高度進行生產試驗，按所取成果進行實際施工。

4 施工中的主要質量控制方法

質量控制主要控制點為黏土心墻回填、二是邊界套井回填壓實度。

施工中主要抓住回填土質量、回填厚度、壓實過程控制，原材料的含水率嚴格按照最佳含水率控制，及時對原材料進行含水率的監測，在心墻土與邊界套井回填時，分別進行壓實試驗，取得施工控制數據后方能施工。

滲透系數與壓實度均采用環刀取樣，滲透系數根據設計應小于1×10-5cm/s。

滲透系數除用用套井開挖時取樣外，還采用鉆機取芯，再將土芯樣用環刀取下，送檢。

5 施工安全控制

施工安全控制分三個方面，一是從人員上保證，下井工作人員均進行崗前培訓，對于卷揚機手，要求持證上崗；二是從設備上保證，保證設備的安全，做好電氣保護，卷揚機鋼絲繩做到每班檢查，井下照明設備保證絕緣良好，井下配備通風設備，防止深井出現供氧不足引起人員受傷事故；三是從施工方案上保證，制定安全實施方案，安裝與拆除鋼圍護均應按制定的順序進行焊接與切割，在工作面上設置避高空墜落區，配備井上井下通訊設備。

6 工程施工效果

施工質量檢查一是通過邊界套井施工時下井取樣檢查回填土滲透系數與壓實度，在施工時通過，共取85組，其數據值全部合格。

二是通過鉆機取芯做滲透系數試驗。共取2組，全部合格。

三是通過心墻下游側原涵管底觀測滲漏量的方法。

老涵管底部在心墻下游側5米范圍內基本上坐落在基巖上，在施工完成時，可進入老涵管對此處進行滲漏量的檢查，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（當時已蓄水至溢流堰下1m處）。

整個施工過程安全控制有序，安全措施齊全，在整個施工過程中未發生任何意外，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，施工進度達到預期的效果。

7 結語

設計方案要根據當時的技術要求、工期要求、安全要求結合考慮，在方案設計上思路要開闊，善于利用各種施工工藝，以期達到最理想的工程效果。

從實際施工過程中，原壩體及心墻填筑質量較好，土質穩定性較好，鋼圍護結構的構件型號可適當選取較小型號的鋼材，以減少工程投資。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.025