立井過特厚粘土層快速施工實(shí)踐應(yīng)用

孫佳琦+徐紹武

摘 要：以袁店一井煤礦安全改建工程東風(fēng)井過特厚粘土層施工為背景，通過對現(xiàn)場施工工藝、凍結(jié)方案等進(jìn)行多次分析優(yōu)化，通過強(qiáng)化過程控制，確保井壁質(zhì)量；通過采取加強(qiáng)凍結(jié)、挖卸壓槽、加強(qiáng)支護(hù)、快速施工等有效措施，為粘土膨脹提供合理緩沖時(shí)間及空間，避免井壁壓壞和凍結(jié)管斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全快速施工，可作為其他類似工程的借鑒。

關(guān)鍵詞：特厚粘土層；立井；凍結(jié)；卸壓槽；外壁施工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.091

1 工程及地質(zhì)概況

袁店一井煤礦位于安徽省濉溪縣五溝鎮(zhèn)境內(nèi)，距淮北市約60km，交通較為便利。東風(fēng)井井筒，位于礦工業(yè)廣場東側(cè)2km處， 東風(fēng)井工業(yè)廣場地勢平坦，自然地面標(biāo)高+28m。

東風(fēng)井表土段采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度315m，凍結(jié)孔按照主排孔、輔助孔、防片幫孔相結(jié)合的凍結(jié)方式，凍結(jié)方案以滿足掘砌臨時(shí)支護(hù)、封水要求為原則，根據(jù)施工工期和凍結(jié)工藝合理組織施工，保證凍結(jié)壁厚度及強(qiáng)度。

特厚粘土層位于標(biāo)高-143.7～-260.8m之間，主要由棕黃色、褐黃色、棕紅色、青灰色粘土、砂質(zhì)粘土及淺灰色含鈣粘土組成，中間夾有薄層粉砂、細(xì)砂、粘土質(zhì)砂。

2 施工方案及過程管控

根據(jù)前期施工中，對凍土凍脹率、井幫溫度、凍結(jié)壁形成情況及掘砌施工工藝綜合對比分析，決定通過采取“強(qiáng)化凍結(jié)、挖卸壓槽、鋪設(shè)泡沫板、加強(qiáng)支護(hù)、快速施工”的方案，實(shí)現(xiàn)特厚粘土層安全快速施工。

2.1 施工方案

（1）結(jié)合現(xiàn)場，強(qiáng)化凍結(jié)。現(xiàn)場施工過程中，掘砌單位與凍結(jié)單位要加強(qiáng)溝通交流，通過對實(shí)測井幫溫度、凍結(jié)壁厚度與強(qiáng)度、實(shí)測井幫位移、掘砌難易程度等綜合分析，將井幫溫度控制在-3℃以下，為掘砌施工提前創(chuàng)造有利的凍結(jié)條件。（2）施工卸壓槽，鋪設(shè)泡沫板。井幫均勻分布8個(gè)豎向卸壓槽，高度和段高相同，寬度為300mm，深度為200mm，內(nèi)部用同樣規(guī)格泡沫板進(jìn)行充填，充填要密實(shí)、牢固。卸壓槽為膨脹性粘土的壓力釋放提供了合理空間，高強(qiáng)度泡沫板同時(shí)也卸去一部分壓力，兩者結(jié)合為外壁混凝土提供了達(dá)到早期強(qiáng)度的時(shí)間，也避免了外壁提前承受壓力損壞。（3）加強(qiáng)支護(hù)，提高強(qiáng)度。通過減小鋼筋間排距、加大鋼筋直徑，提高混凝土強(qiáng)度等措施，提高外壁整體強(qiáng)度。通過適當(dāng)提高混凝土中硅粉含量、添加外加劑的方法，提高混凝土早期強(qiáng)度。嚴(yán)格控制混凝土配合比，保證混凝土強(qiáng)度。（4）提高機(jī)械化程度，快速施工。每一循環(huán)掘砌時(shí)間始終遵循脫模時(shí)間18小時(shí)，保證井壁強(qiáng)度。通過凍結(jié)單位與掘砌單位溝通協(xié)調(diào)，提前調(diào)整凍結(jié)溫度，在滿足凍結(jié)條件下，盡可能不挖或少挖凍土，提高掘進(jìn)速度。掘砌過程中，利用挖掘機(jī)及抓巖機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，用4m3和5m3吊桶排矸，合理組織工序，保證工序安全快速，減少空幫時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)安全快速施工。

2.2 過程控制與技術(shù)管理

（1）加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督。施工材料進(jìn)場，嚴(yán)格執(zhí)行材料驗(yàn)收制度。鋼筋、水泥、添加劑需要有效的合格證及實(shí)驗(yàn)報(bào)告；石子、黃沙等骨料品種、粒徑、含泥量、最大粒徑及針片狀顆粒含量均不應(yīng)超過規(guī)定或設(shè)計(jì)，并提前做好碎石強(qiáng)度檢驗(yàn)。從源頭嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，是井壁質(zhì)量的根本前提。（2）控制卸壓槽尺寸，鋪設(shè)泡沫板。井幫均勻分布8個(gè)豎向卸壓槽，上下段高的卸壓槽錯(cuò)開方位，高度和段高相同，寬度為300mm，深度為200mm，內(nèi)部用同樣規(guī)格泡沫板進(jìn)行充填，充填要密實(shí)、牢固。（3）加強(qiáng)技術(shù)管理。用井筒中心線和邊線控制掘進(jìn)半徑，凍土擴(kuò)至井幫前的允許偏差為0～±400 mm，凍土擴(kuò)至井幫后的允許偏差為0～±200 mm。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的脫模時(shí)間后再刷幫，保證井壁質(zhì)量與安全。鋼筋尺寸參數(shù)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，鋼筋間距允許偏差±20 mm，排距允許偏差±10 mm，水平搭接處綁扎不少于3處，綁扎要牢固。技術(shù)管理嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保證支護(hù)效果。（4）澆筑混凝土。嚴(yán)格按照配合比執(zhí)行，混凝土入模溫度控制在15～20℃，混凝土必須對稱入模，分層充分振搗。按規(guī)范要求預(yù)留混凝土試塊，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，確保混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求。

3 井筒問題分析

井筒掘砌至垂深227m位置，發(fā)現(xiàn)垂深208.9～216.3m范圍內(nèi)，井壁出現(xiàn)裂紋，經(jīng)過48h觀察12次后，發(fā)現(xiàn)裂紋發(fā)育速度減緩，膨脹壓力大部分已卸掉，針對出現(xiàn)井壁裂紋情況，應(yīng)采取有效措施如下：

（1）分析原因。要對混凝土質(zhì)量、凍結(jié)溫度、施工工藝等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)凍結(jié)溫度局部不夠、施工段高過高等問題。

深部含鈣粘土隨著凍結(jié)溫度降低，凍土強(qiáng)度增加速度緩慢，而粘土的彈性模量總體上隨凍結(jié)溫度的降低而增大，且相關(guān)性較好，特別是相同載荷下，深部凍結(jié)粘土的變形量較大。當(dāng)凍結(jié)溫度局部不夠，節(jié)理十分發(fā)育時(shí)，澆筑混凝土?xí)r，水分進(jìn)入粘土，導(dǎo)致粘土急速膨脹，變形量迅速增加，擠壓鋼筋向內(nèi)位移，導(dǎo)致井壁提前受力，鋼筋滯后受力，從而出現(xiàn)井壁裂紋。

掘砌施工段高3.6m，導(dǎo)致施工循環(huán)時(shí)間一般為15h，空幫時(shí)間較長，易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，同時(shí)粘土裸露時(shí)間太長，導(dǎo)致徑向位移較大，會(huì)擠壓凍結(jié)管路、破壞凍結(jié)壁。段高縮小為2.2m，減少循環(huán)時(shí)間及空幫時(shí)間，達(dá)到快速施工的目的。

（2）處理措施。井壁出現(xiàn)裂紋時(shí)，要快速鋪設(shè)菱形網(wǎng)片并用木背板背實(shí)，然后架設(shè)井圈，快速有效控制裂紋擴(kuò)大。當(dāng)膨脹壓力持續(xù)時(shí)間較長，裂紋持續(xù)發(fā)育變形破壞井壁，若破壞段的膨脹壓力一直較大，將會(huì)采取鑿掉破壞段，通過提高設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度、減小鋼筋間排距、加大鋼筋直徑、適當(dāng)提高混凝土中硅粉含量、甚至在鋼筋位置架設(shè)鋼圈等加強(qiáng)支護(hù)措施，處理破壞段。

4 結(jié)語

防片幫孔個(gè)別偏斜率較大，主排孔與輔排孔離井幫較遠(yuǎn)，導(dǎo)致深部個(gè)別位置凍結(jié)效果不好，井幫溫度滿足掘砌有一定難度。合理布置凍結(jié)孔，形成有效的凍結(jié)壁厚度與強(qiáng)度，為快速施工創(chuàng)造良好前提條件。堅(jiān)持工序質(zhì)量合格后方可進(jìn)入下一道工序，保證施工質(zhì)量。強(qiáng)化過程控制與技術(shù)管理，為快速施工提供關(guān)鍵條件。通過合理的施工方案、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程管控、有效的施工組織，實(shí)現(xiàn)特厚粘土層快速施工。

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作者簡介：孫佳琦（1991-），安徽淮北人，本科，助理工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。