立井風積砂段施工的探討與應用

楊中玉

(中煤五建第四十九工程處,河北邯鄲 056003)

立井風積砂段施工的探討與應用

楊中玉

(中煤五建第四十九工程處,河北邯鄲 056003)

通過對立井風積砂段分析,運用綜合施工技術,有效防止流砂等不良現象發生,順利穿過風積砂段,對今后施工類似工程有一定參考價值。

風積砂 流砂 沉井 綜合施工技術

1 工程概況

陜西華電榆橫煤電有限公司小紀汗煤礦位于陜西省榆林城北西，隸屬榆林市榆陽區小紀汗鄉、岔河鄉、馬合鎮管轄。煤礦設計生產能力為1000萬噸/年，由中煤西安設計工程有限責任公司設計，采用斜-立井綜合開拓方式、普通法施工。中央進風立井凈徑6.5m，垂深324m，支護形式為混凝土、鋼筋混凝土砌碹，支護厚度為500mm，支護強度C40。

2 水文地質狀況

中央進風立井井區處于毛烏素沙漠的東延部分，井口位于第四系風積砂內，根據地質水文資料，風積砂段厚度13.07m，最大涌水量為28.51m3/h，風積砂呈灰黃、桔黃色及雜色，粒度以細砂、粉砂為主，含少量中粒砂，結構松散，風積砂段下部巖性以土黃色、棕黃色粉質粘土為主，含大小不一、形狀各異的鈣質結核，多以零散狀分布，局部成層狀，偶見淺棕紅色古土壤層，較致密。

3 施工方案

根據地質水文資料，風積砂段含水層主要分布在9.28m以上，由于含水層為粉砂，在有涌水的情況下具有流動性，流砂將給井筒施工造成很大的困難，而且還會對已成井壁和井架基礎造成威脅。為此為了確保井筒風積砂段的安全順利施工，確定使用井外疏干降水法。即：在井筒周圍按設計施工一圈排水小井，小井深度根據井筒內含水層位置確定，將周圍涌水進行攔截，形成降水漏斗，給井筒開挖創造良好條件，輔以井筒內超前小井掘進，井幫臨時支護，短段掘砌等措施通過含水層。但降水小井施工完成后進行實際抽水試驗，風積砂段正常涌水量達到130m3/h，在水位不能完全降下時，風積砂段下部會形成流砂層，采用井外疏干降水法施工將很難穿過該段地層。此時若采用凍結法施工，工期及成本都將大大增加，經過施工方案比較，決定采用井外疏干降水法+沉井法的綜合施工技術。

4 施工方法

(1)降水施工：在井筒開挖范圍外周邊用小型工程鉆機及其配套設備按半徑15m施工一圈降水小井，來水方向小井間距3m，去水方向小井間距4m，深度15m，直徑600mm，數量25個，再按半徑19m在來水方向打10個降水小井，降水井間距為3m，與首圈水井成三花布置，深度15m，直徑600mm，并按先后順序1～35對降水井進行編號。降水小井井壁管采用采用水泥管，壁厚50mm，外直徑為385mm，外包兩層30目和40目的尼龍網，底部用尼龍網封死。水泥管2m以下部位采用顆粒磨圓度較好的4#砂(瓜子片)圍填，圍填部位從下至上進行(各井的圍填高度根據含水層的頂部深度而定)，在填砂部分以上圍填粘性土止水，在地表以下2m以上采用優質黏土封孔。成井施工結束后，在降水井內及時下入潛水泵(功率：1.1KW、揚程30m、流量為10m3/h)，安設排水管道及電纜，進行抽水試驗，根據各種觀測結果確定降水效果，最終決定下一步沉井施工。如果水位沒有下降或下降不明顯，就進行補打將水井，以增加降水效果。(2)外壁施工：經過一段時間降水達到開挖條件后，進行井筒外壁施工。首先按荒徑4.5m向下掘夠1m，段高內適當做放坡處理。將底板平整后，在其外壁范圍內鋪設一圈50mm×150mm×800mm的墊木，然后按設計要求在墊木上立外壁外模，鋼筋綁扎完成后，在墊木上鋪設50mm×150mm×400mm墊架，墊架與墊木成60°夾角，沿刃腳圓弧對準圓心鋪設。墊架形式見圖1。

圖1 沉井刃腳支設示意圖

墊架鋪設后，在墊架上按設計立外壁內模，為了防止澆筑混凝土時發生脹?；虮Ｇ闆r，井壁內外模板必須采用16對拉螺栓緊固，并采用上、中、下三道拋撐進行加固，以保證模板的剛度與整體穩定性?；炷翝仓捎镁诩袛嚢?，直接溜槽對稱入模，澆筑時必須連續分層進行，一次完成，不得留置施工縫。第一模澆筑高度控制在600mm左右，混凝土澆筑完畢后12小時內采取養護措施，其混凝土強度必須達到設計強度等級的100%后方可進行刃腳墊架拆除和下沉的準備工作。井內挖砂采用人工鐵鍬裝罐、絞車提升的方式，挖砂時根據沉井中心劃分工作面，挖砂分層、均勻、對稱地進行。挖砂要點是：先從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層挖砂厚度為0.2～0.3m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m的砂堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄砂層，每次削5～10cm，當砂層經不住刃腳的擠壓而破裂時，井壁便在自重的作用下下沉。待第一模井壁下沉1m后，開始進入第二模井壁的鋼筋綁扎、支模與下沉工作。第二模澆筑完成后，后續沉井施工按照1m段高逐步下沉至設計要求的底板標高。

沉井下沉的作業順序：下沉準備工作→形成提升系統→挖砂下沉→井內外排水、降水→邊下沉邊觀測→糾偏措施→沉至設計標高→核對標高、觀測沉降穩定情況→鋪設井內封底墊層→井口回填土。

(1)壁后注漿：12m井筒外壁施工完成后，進行壁后注漿，采用單液水泥液和雙液水泥-水玻璃漿交叉注入，以加固井壁，并封堵涌水，防止或減少滲透和不均勻的沉降。(2)內壁施工：井筒外壁壁后注漿施工完成后，進行內壁施工。為防止井壁下沉，井壁底部設一壁座，與內壁一體澆筑。內壁鋼筋綁扎與1m高組合模板支設完成后，自下而上逐模進行混凝土澆筑，混凝土在井口攪拌，采用溜槽下灰，采用吊盤作為工作臺。

5 結語

通過采取上述施工措施，加之合理的管理機制，取得了良好的施工效果，施工實踐證明：立井風積砂段采取井外疏干降水法及沉井法的綜合施工技術，可有效防止風積砂段施工中可能發生的流砂等不良現象發生，進而確保井筒施工順利進行。此項經驗，對類似工程具有重要借鑒意義。