富水厚覆土層地區豎井施工技術

溫東北

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 310000）

1 工程概況

地處南方海濱城市的某國家戰略工程設計有5個通風豎井、10 個工藝豎井，井深 95～105m 不等，豎井截面設計為圓形，襯砌后內徑均為 5m。土層段井身設計為鋼支撐、錨噴掛網初期支護，50cm 厚鋼筋混凝土襯砌；巖層段井身為錨噴支護，無襯砌。

工程區內地質條件主要為燕山一期花崗巖、花崗閃長巖以及燕山中晚期煌斑巖脈、花崗偉晶巖脈、細晶狀長英質巖脈，圍巖比較堅硬，上覆 30～40m 厚砂性黏土層，并夾雜孤石，土層與巖層交界面有 3～5m 強風化巖層，巖體破碎。地下水位線在地表下 7～15m，水量豐富，土層內滲水通道發育較多。

2 豎井施工

2.1 豎井施工方法與作業方式的選擇

豎井施工方法有正井法和反井導洞擴挖法，具體選擇受地質條件、工期、施工機械、安全等因素的限制。由于本工程豎井優先于井下建筑物施工，不具備反井法施工的條件，加上覆土層厚度普遍為 35～40m，且夾雜孤石，綜合考慮后采用正井法施工。

豎井施工作業采用分段順序作業的方式，即每開挖一段，支護一段，襯砌一段，根據現場的襯砌模板配置的高度，本工程豎井有襯砌段分段長度為 2.4m。

2.2 主要施工工序及方法

施工工序為：井口土層預注漿加固—井口鎖口段施工—井口段井身施工—井架提升系統安裝—井身土層段施工—井身巖層段開挖與支護。

1）井口土層預注漿加固。土層預注漿加固采用間距 0.8m，φ98mm 鋼花管沿井身內壁向外 1.25m 布置，深度為伸入巖層2m。注漿分序、分段進行，分序按照奇偶順序間隔分為Ⅰ序、Ⅱ序；分段每個豎井按照所在位置地下水位線分段，先對地下水位線以上土體注漿，封堵土體裂隙，再對地下水位線以下注漿，確保富水段土層注漿加固效果。漿液采用水泥漿液，注漿壓力 0.5～2MPa，漿液配比水灰比 1∶1～0.5∶1[1]。

2）井口鎖口段施工。豎井井口鎖口為 T 形環狀鋼筋混凝土結構，頂部高于周圍地表 20cm，可防止地表水流入豎井。井口測量定位后，采用挖機開挖，人工風鎬輔助修邊，開挖至設計輪廓線，綁扎鋼筋，安裝襯砌內模板，澆筑混凝土至設計標高。

3）井口段井身施工。豎井井口段一般為 10～30m，該段施工井架提升系統還未安裝，采取吊車配合物料提升。主要是為井架安裝后井身段有足夠的空間安裝吊盤（穩盤）、井口盤有足夠的空間為井架安裝后吊桶升降物料提供擺桶空間。

本工程豎井井口段由地下水水位決定，將地下水位線以上 10～15m 確定為井口段，以便于安裝井架提升系統的吊盤、封口盤及預留吊桶升降物料有足夠的擺桶空間。因該段無地下水，土體穩定，開挖采用久保田 U15-3 型小型挖掘機開挖，人工風鎬、鐵鍬輔助刷邊，物料提升采用 30t 吊車。采用分層開挖，每層約 50cm，每開挖 2.4m，安裝鋼支撐、網片、錨桿，噴混凝土封閉，后施工襯砌。每個襯砌段 2.4m，按照工序順序逐段向下開挖、支護及施工襯砌。

4）井架提升系統安裝。井口段井身施工完畢后，安裝井架提升系統。本工程井架提升系統包括：礦用標準Ⅱ-2 型井架，150kW 程控變頻提升絞車系統，穩盤（吊盤）、2 臺 50kW 卷揚機、1 臺 30kW 卷揚機、2 個 1.2m3吊桶及天輪、鋼絲繩等，均有相應出廠合格證，鋼絲繩經質檢單位檢測并出具合格報告。井架系統安裝完畢，試車驗收合格后投入使用。

5）井身富水土層段施工。本工程豎井地下水位線以下井身地質為砂性黏土層，土體內滲水通道發育較多，且存有大量孤石需要爆破。根據此地質特點，井身富水段土層豎井采用隧道新奧法施工原則，采取“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉”的施工方法。由于該段土體富水飽和，井身開挖后，在地下水及孤石爆破的作用下土體變成流塑狀，自穩性變差，開挖時井壁極易坍塌，造成已支護段上方土體大面積掉落。因此，該段采取每次開挖 0.6～0.8m（一榀拱架間距），然后安裝拱架、鋼筋網、噴混凝土封閉，再進行下一循環開挖支護。每支護2.4m，襯砌一組。對于呈流塑狀垮塌的井壁段落，每2榀拱架打入一環間距 30cm，長 2m 的超前小導管后開挖；對于地下水呈股狀流出的，造成井壁呈稀泥狀垮塌的地段，打入密布超前小導管封閉支護后開挖；必要時該段井壁分片開挖，每開挖出一片拱架長度的井壁即安裝拱架、鋼筋網、噴混凝土支護，開挖順序按照土體穩定性先弱后強進行。

6）井身巖層段施工。巖石段井身開挖，采用全斷面人工鉆爆開挖，每個循環開挖 2m。井內出渣采用小型挖掘機裝渣，配置2個配合擺桶。出渣完畢后及時施工錨桿噴射混凝土。

3 富水覆土層段豎井施工過程中出現的問題及解決方法

豎井富水覆土層井身開挖過程中，大量土體從已支護段的初支、襯砌背后被涌水沖出，造成已襯砌段井壁背后土體大量流失，形成空洞。特別是在 4#通風豎井，甚至造成井口地表硬化混凝土開裂。針對此問題，采取地表補注漿，襯砌背后回填灌漿的方法，對襯砌背后空洞進行填充，確保井身襯砌段安全。

已施工襯砌的段落，地下水豐富的段落在襯砌接頭處多有地下水滲出，嚴重處有泥沙沖出，長此以往，使襯砌背后土體大量流失，為確保井壁安全，對這些段落采用注漿堵水的方法予以封堵。

豎井富水覆土層段施工組織上，各工序要連續銜接，不要中斷。必要的技術中斷或者其他原因造成施工中斷時，要安排專人對井內積水進行抽排，不得讓積水大面積浸泡井內土體。否則會造成井內土體液化，井壁溜坍，井底土體泥化，增加施工困難。

4 豎井施工安全措施

在豎井施工過程中，采取了以下安全措施：（1）提升設備的選擇，選取有資質廠家生產的礦用標準井架及配套的絞車提升系統、封口盤、吊盤，所有關鍵部件，如吊鉤、鋼絲繩等均檢測合格，井架安裝完畢經安全部門驗收合格后方投入使用。（2）盡量提高豎井的機械化作業水平，減少井內施工人員。如土層開挖、出渣等工序采用小型挖掘機，既減少了井內作業人員，又大幅度提高了工作效率。襯砌采用定型鋼模，既提高了安裝速度也減小了施工人員勞動強度。（3）建立完善的豎井施工安全管理制度并嚴格執行，如豎井爆破、提升系統檢查、防墜落、信號聯絡制度、有害氣體檢測制度、豎井上下人員登記制度等。通過完善的制度、日常的檢查對施工中存在的安全隱患及時排除，杜絕安全事故的發生。

5 結語

湛江國儲原油水封洞庫項目15口豎井，通過合理選用豎井提升設備，建立完善的管理制度，整個施工過程未發生因垂直運輸造成的傷亡事故。本工區施工的4口豎井，選用小型挖機進行土層開挖、巖層出渣，極大地減少了開挖、出渣環節的施工人員數量及人員勞動強度，縮短了出渣時間，極大地加快了施工進度。實際施工進度：土層無地下水段達到每周2模4.8m 的進尺，富水土層段達到每 5d1模 2.4m 的進尺，巖層段達到每周 10～12m 的進尺。通過合理的選用機械設備，提高豎井的機械化施工水平，既減少了井內施工人員、降低了人員勞動強度，也大幅減少了豎井施工的安全隱患并加快了施工進度，取得了較好的施工效果。