立井大斷面垮塌區修復混凝土澆筑技術研究

程文博 顏雪文

（豐城曲江煤炭開發有限公司，江西 豐城 331136）

1 施工方案

曲江公司中央風井井筒原設計井深900m，井口標高+40.0m，凈直徑Φ7.0m，采用C30砼支護。因地壓與采動影響，-613.665m～ -680m段出現了嚴重損壞、垮塌，最大垮塌直徑22m，平均直徑10.9m。整個井筒已造成井底堵塞，無法繼續使用。

-613.665m～ -680m段井筒垮落段修復施工，首先進行錨網+錨索噴漿臨時支護，然后施工一層外層井壁。由于垮落段圍巖不規整，外層井壁厚度不一，最小約0.5m，最大約1.48m，配雙層鋼筋，外層井壁另采用Φ17.8預應力鋼絞線（L=9.3m）加固。內層井壁采用同標號混凝土一次性澆筑，大體積混凝土水泥優先選用粉煤灰或礦渣硅酸鹽水泥，在澆筑過程中應充分做好降溫散熱措施。-680m以上內層井壁20m采用雙層鋼筋混凝土支護，其余地段采用單層鋼筋混凝土；-680m以下10m老井壁加固采用Φ32螺紋鋼樹脂錨桿+Φ17.8注漿錨索支護加固，同時在垮塌區下部堅硬巖層施工圓環小壁座一個（-680m標高附近）。在修復結束位置的老井壁向下10m布置10圈井圈（36#槽鋼）加強支護，并在垮落修復段與老井壁接茬處永久井壁澆筑完成后，進行壁后注漿加固圍巖。施工順序如下：

（1）下掘排渣、臨時支護及澆筑雙層鋼筋砼外層井壁至見老井壁處，繼續下掘10m并觀察老井壁狀況，如有松動、開裂等情況需先破除老井壁并重新澆筑一層外層井壁，直至揭露完好的老井壁；

（2）安裝MJYФ7.05×1.85液壓伸縮整體移動模板，地面校核、加固及調試后井下拼裝；

（3）對完好老井壁進行Ф32×4.5m托梁（間排距1.5m×1.5m梅花形布置）、架設井圈（36#槽鋼、上下間距1m）配Ф17.8×9.3m注漿錨索加固下部老井壁10m；

（4）井下拼裝組合式臨時工作盤（Φ6.3m）施工平臺；

（5）工作面豎直均勻埋設6寸漏水管8根，長度2m，外露工作面1m，在最上部0.5m割花孔利于積水自然排除；

（6）按照設計施工壁座及由下至上澆筑永久井壁。

2 永久井壁澆筑施工工藝

2.1 測量

利用地面井筒十字中心線及井口標高點，在封口盤井筒中心槽孔，下放一根測量專用Φ3mm鋼絲繩錘線作為井筒中心線使用。

2.2 鋼筋布置

單層鋼筋砼支護結構，縱橫受力筋Ф20mm，間排距250mm，豎向、圈筋采用綁扎連接，鋼筋保護層厚度80mm。

2.3 支模

采用MJYФ7.05×1.85液壓整體伸縮帶窗口移動式鋼模板，利用地面4臺JZ-16/1000穩車懸吊，由下向上分段連續澆筑永久支護井壁，每段高1.0m，鋼模板中間采用5寸鋼管打橫向支撐，鋼模板總高度為1.85m。支模時，下部0.85m高與下方已澆筑井壁重合，模板上口經測量對中調平后，利用液壓頂固定模板。雙層施工吊盤下方加掛一層鋼絲繩，連接臨時工作盤作為澆灌工作平臺，通過葫蘆及鋼絲繩調節行程高度。

2.4 澆筑砼

（1）下料平臺位于下層吊盤，工作面人員上下交接班通過中轉鋼絲繩吊掛加工制作的吊籃，緩慢提升至施工吊盤上。地面攪拌站設三臺JS750攪拌機（兩用一備）拌制砼，砼的拌制須嚴格按建設工程質量檢測機構測定的標準配合比施工。

（2）使用HTD-3.0底卸式下料吊桶下料。澆砼時，在下層吊盤提升嗽叭口固定分灰器，設2根對稱分灰管。砼應經分灰器均勻對稱入模，分層澆筑，及時振搗，應保證接茬嚴密，寬度超寬時需人工二次倒運砼。

（3）每澆筑分層高度按200～300mm，每段澆筑段高不得超過1m。

（4）利用2臺JC30-20型風動振搗器進行振搗，操作要“快插慢拔”。在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以便上下振動均勻。每一插點（間距一般為400mm左右）要掌握好振搗時間，過短不易搗實，過長可能引起混凝土產生離析現象。每點振搗時間一般為15～30s，并且在20～30min后進行二次復振。

（5）為確保井壁支護砼質量，澆筑砼過程中按照檢測機構出具的配比報告添加外加劑。

（6）混凝土澆筑結束后，應將模板、吊盤、分灰器、溜灰管、底卸式下料吊桶及地面攪拌系統清理干凈。

（7）井壁永久支護設計砼強度等級為C35，施工過程中應預留砼強度檢測標準試件，按澆筑砼體積每200m3預留1組，砼強度試件規格為150×150×150mm，在標準條件下養護28d后送具有相應資質的指定檢測機構進行力學試驗。垮塌段永久井壁施工工藝示意圖如圖1所示。

圖1 垮塌段永久井壁施工工藝

3 大體積混凝土澆筑水化熱處理技術

混凝土結構從開始施工到正常固化承受不同的溫度作用，其中，影響變化最大的因素就是混凝土結構出現溫度裂縫，溫度變化是誘導裂縫的主要原因。混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量等各種條件有關。水泥量越大，混凝土越厚，水化熱就越高，混凝土內部溫度也越高，形成溫度應力，產生裂縫。因此，對于大體積混凝土施工，控制溫度變形是保證混凝土質量的主要環節。

3.1 材料的控制

大體積混凝土的材料控制，主要有以下幾個方面：一是保證材料合格，二是對混凝土溫度控制。大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現早期升溫和后期降溫，產生內部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用低熱礦渣硅酸鹽水泥。改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。

3.2 澆筑要求

進行澆筑的過程中必須嚴格遵守澆筑順序及澆筑層厚，每層澆筑厚度控制在200～300mm，且施工段高不得超過1m，增加混凝土與空氣的接觸面，加快溫度釋放速率，有效控制混凝土內部收縮裂縫。

對已澆筑的混凝土，在初凝后進行二次振動，時間控制在澆筑后2～3h，振搗時要插入下層80～120mm處，可減少混凝土內部空隙，提高混凝土粘結力和抗拉強度。

3.3 溫測與溫控

混凝土的溫測貫穿混凝土施工的整個環節，對混凝土溫度的監測與控制是確保工程質量的必要環節。通常采用水銀溫度計，先進行位置的選定，沿澆筑斷面均勻布置3個測點。在澆筑混凝土時預埋三根2寸鋼管隨澆筑向上延接，并進行記號的編訂，然后再進行溫度的測量。最高溫度控制在45℃以下，自混凝土入模開始測溫，每隔2h左右測溫1次。測溫后要記錄好數據，并分析溫差值。

3.4 埋設竹節散熱筒

每節竹節筒采用Φ500mm螺旋管（δ=1mm，長度1.2m）鋼板卷制而成，豎向埋設間排距1.5m×1.5m（中到中）。由下向上澆筑混凝土前，為保持連接的密封性，將上下模段螺旋管采用法蘭連接，如遇斷面變小、上下模連接位置無法對應時，應根據現場實際情況重新預埋后再依次向上。

3.5 埋設水管通水冷卻

（1）循環冷卻水管選用及布置

① 冷卻水管采用2寸鋼管，每一弧段長度根據現場實際情況計算。

② 冷卻水管布置根據溫控情況布設，其水管與水管間距為1.5m，管材按分段待每一模段澆筑至0.5m高度時布設，即平面弧形管間距均為1.5m，縱向管須高出已澆筑混凝土高度300～600mm。冷卻水管采用三通（或直通公母頭）連接，冷卻水管按照斷面要求地面加工弧形管，在井下工作面安裝連接并確保連接密實不漏水。為防止雜物進入管路系統，冷卻水不得有泥砂雜物進入，且在供水管口裝過濾網。冷卻水管布置如圖2所示。

（2）冷卻水管通水

① 通水冷卻進水可通過施工水管開閘閥后通過軟管直連循環水管進水口，出水口直排井底工作面。

② 冷卻管在混凝土鋪料后即開始通水，通水時間根據降溫情況來確定，一般不超過10d。

③ 冷卻管通水后應進行進水和出水的溫度測量并做好記錄，溫度測量應每隔2h測量一次。

④ 混凝土澆筑時應分層，厚度不宜大于300mm，上層混凝土必須在下層混凝土初凝之前澆筑完畢。

⑤ 如混凝土澆筑過程中氣溫較高，可通過水管灑水噴霧降低環境溫度。

圖2 冷卻水管布置

3.6 養護技術

混凝土養護技術是保證混凝土質量的最后環節，要經常安排專人負責灑水保濕。養護期不小于14d，并做好觀測紀錄。

4 效果

曲江煤礦中央風井大斷面垮塌修復施工中，大體積混凝土澆筑后，持續維持7～21d，溫度控制在42℃左右，取得了良好的澆注效果。經檢測，混凝土強度達到了設計標準。該施工工藝及澆筑過程中的溫控措施，為以后的大體積混凝土澆筑及水化熱冷卻技術提供了參考依據。