立井過特厚粘土層快速施工實踐應用

孫佳琦+徐紹武

摘 要：以袁店一井煤礦安全改建工程東風井過特厚粘土層施工為背景，通過對現場施工工藝、凍結方案等進行多次分析優化，通過強化過程控制，確保井壁質量；通過采取加強凍結、挖卸壓槽、加強支護、快速施工等有效措施，為粘土膨脹提供合理緩沖時間及空間，避免井壁壓壞和凍結管斷裂現象的發生，實現安全快速施工，可作為其他類似工程的借鑒。

關鍵詞：特厚粘土層；立井；凍結；卸壓槽；外壁施工

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

1 工程及地質概況

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

東風井表土段采用凍結法施工，凍結深度315m，凍結孔按照主排孔、輔助孔、防片幫孔相結合的凍結方式，凍結方案以滿足掘砌臨時支護、封水要求為原則，根據施工工期和凍結工藝合理組織施工，保證凍結壁厚度及強度。

特厚粘土層位于標高-143.7～-260.8m之間，主要由棕黃色、褐黃色、棕紅色、青灰色粘土、砂質粘土及淺灰色含鈣粘土組成，中間夾有薄層粉砂、細砂、粘土質砂。

2 施工方案及過程管控

根據前期施工中，對凍土凍脹率、井幫溫度、凍結壁形成情況及掘砌施工工藝綜合對比分析，決定通過采取“強化凍結、挖卸壓槽、鋪設泡沫板、加強支護、快速施工”的方案，實現特厚粘土層安全快速施工。

2.1 施工方案

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

2.2 過程控制與技術管理

（1）加強質量監督。施工材料進場，嚴格執行材料驗收制度。鋼筋、水泥、添加劑需要有效的合格證及實驗報告；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超過規定或設計，并提前做好碎石強度檢驗。從源頭嚴格控制材料質量，是井壁質量的根本前提。（2）控制卸壓槽尺寸，鋪設泡沫板。井幫均勻分布8個豎向卸壓槽，上下段高的卸壓槽錯開方位，高度和段高相同，寬度為300mm，深度為200mm，內部用同樣規格泡沫板進行充填，充填要密實、牢固。（3）加強技術管理。用井筒中心線和邊線控制掘進半徑，凍土擴至井幫前的允許偏差為0～±400 mm，凍土擴至井幫后的允許偏差為0～±200 mm。待混凝土達到設計要求的脫模時間后再刷幫，保證井壁質量與安全。鋼筋尺寸參數嚴格按照設計要求，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。技術管理嚴格按照設計要求及技術標準執行，保證支護效果。（4）澆筑混凝土。嚴格按照配合比執行，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。按規范要求預留混凝土試塊，進行抗壓試驗，確保混凝土強度不低于設計要求。

3 井筒問題分析

井筒掘砌至垂深227m位置，發現垂深208.9～216.3m范圍內，井壁出現裂紋，經過48h觀察12次后，發現裂紋發育速度減緩，膨脹壓力大部分已卸掉，針對出現井壁裂紋情況，應采取有效措施如下：

（1）分析原因。要對混凝土質量、凍結溫度、施工工藝等進行分析，發現凍結溫度局部不夠、施工段高過高等問題。

深部含鈣粘土隨著凍結溫度降低，凍土強度增加速度緩慢，而粘土的彈性模量總體上隨凍結溫度的降低而增大，且相關性較好，特別是相同載荷下，深部凍結粘土的變形量較大。當凍結溫度局部不夠，節理十分發育時，澆筑混凝土時，水分進入粘土，導致粘土急速膨脹，變形量迅速增加，擠壓鋼筋向內位移，導致井壁提前受力，鋼筋滯后受力，從而出現井壁裂紋。

掘砌施工段高3.6m，導致施工循環時間一般為15h，空幫時間較長，易出現片幫現象，同時粘土裸露時間太長，導致徑向位移較大，會擠壓凍結管路、破壞凍結壁。段高縮小為2.2m，減少循環時間及空幫時間，達到快速施工的目的。

（2）處理措施。井壁出現裂紋時，要快速鋪設菱形網片并用木背板背實，然后架設井圈，快速有效控制裂紋擴大。當膨脹壓力持續時間較長，裂紋持續發育變形破壞井壁，若破壞段的膨脹壓力一直較大，將會采取鑿掉破壞段，通過提高設計混凝土強度、減小鋼筋間排距、加大鋼筋直徑、適當提高混凝土中硅粉含量、甚至在鋼筋位置架設鋼圈等加強支護措施，處理破壞段。

4 結語

防片幫孔個別偏斜率較大，主排孔與輔排孔離井幫較遠，導致深部個別位置凍結效果不好，井幫溫度滿足掘砌有一定難度。合理布置凍結孔，形成有效的凍結壁厚度與強度，為快速施工創造良好前提條件。堅持工序質量合格后方可進入下一道工序，保證施工質量。強化過程控制與技術管理，為快速施工提供關鍵條件。通過合理的施工方案、嚴謹的過程管控、有效的施工組織，實現特厚粘土層快速施工。

參考文獻：

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