富水厚覆土層地區(qū)豎井施工技術(shù)

溫東北

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(guó)家戰(zhàn)略工程設(shè)計(jì)有5個(gè)通風(fēng)豎井、10 個(gè)工藝豎井，井深 95～105m 不等，豎井截面設(shè)計(jì)為圓形，襯砌后內(nèi)徑均為 5m。土層段井身設(shè)計(jì)為鋼支撐、錨噴掛網(wǎng)初期支護(hù)，50cm 厚鋼筋混凝土襯砌；巖層段井身為錨噴支護(hù)，無(wú)襯砌。

工程區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件主要為燕山一期花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖以及燕山中晚期煌斑巖脈、花崗偉晶巖脈、細(xì)晶狀長(zhǎng)英質(zhì)巖脈，圍巖比較堅(jiān)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(qiáng)風(fēng)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(nèi)滲水通道發(fā)育較多。

2 豎井施工

2.1 豎井施工方法與作業(yè)方式的選擇

豎井施工方法有正井法和反井導(dǎo)洞擴(kuò)挖法，具體選擇受地質(zhì)條件、工期、施工機(jī)械、安全等因素的限制。由于本工程豎井優(yōu)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(yè)采用分段順序作業(yè)的方式，即每開挖一段，支護(hù)一段，襯砌一段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的襯砌模板配置的高度，本工程豎井有襯砌段分段長(zhǎng)度為 2.4m。

2.2 主要施工工序及方法

施工工序?yàn)椋壕谕翆宇A(yù)注漿加固—井口鎖口段施工—井口段井身施工—井架提升系統(tǒng)安裝—井身土層段施工—井身巖層段開挖與支護(hù)。

1）井口土層預(yù)注漿加固。土層預(yù)注漿加固采用間距 0.8m，φ98mm 鋼花管沿井身內(nèi)壁向外 1.25m 布置，深度為伸入巖層2m。注漿分序、分段進(jìn)行，分序按照奇偶順序間隔分為Ⅰ序、Ⅱ序；分段每個(gè)豎井按照所在位置地下水位線分段，先對(duì)地下水位線以上土體注漿，封堵土體裂隙，再對(duì)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(huán)狀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂部高于周圍地表 20cm，可防止地表水流入豎井。井口測(cè)量定位后，采用挖機(jī)開挖，人工風(fēng)鎬輔助修邊，開挖至設(shè)計(jì)輪廓線，綁扎鋼筋，安裝襯砌內(nèi)模板，澆筑混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)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(tǒng)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(wěn)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(tǒng)的吊盤、封口盤及預(yù)留吊桶升降物料有足夠的擺桶空間。因該段無(wú)地下水，土體穩(wěn)定，開挖采用久保田 U15-3 型小型挖掘機(jī)開挖，人工風(fēng)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(wǎng)片、錨桿，噴混凝土封閉，后施工襯砌。每個(gè)襯砌段 2.4m，按照工序順序逐段向下開挖、支護(hù)及施工襯砌。

4）井架提升系統(tǒng)安裝。井口段井身施工完畢后，安裝井架提升系統(tǒng)。本工程井架提升系統(tǒng)包括：礦用標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ-2 型井架，150kW 程控變頻提升絞車系統(tǒng)，穩(wěn)盤（吊盤）、2 臺(tái) 50kW 卷?yè)P(yáng)機(jī)、1 臺(tái) 30kW 卷?yè)P(yáng)機(jī)、2 個(gè) 1.2m3吊桶及天輪、鋼絲繩等，均有相應(yīng)出廠合格證，鋼絲繩經(jīng)質(zhì)檢單位檢測(cè)并出具合格報(bào)告。井架系統(tǒng)安裝完畢，試車驗(yàn)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(zhì)為砂性黏土層，土體內(nèi)滲水通道發(fā)育較多，且存有大量孤石需要爆破。根據(jù)此地質(zhì)特點(diǎn)，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(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、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(wěn)性變差，開挖時(shí)井壁極易坍塌，造成已支護(hù)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(wǎng)、噴混凝土封閉，再進(jìn)行下一循環(huán)開挖支護(hù)。每支護(hù)2.4m，襯砌一組。對(duì)于呈流塑狀垮塌的井壁段落，每2榀拱架打入一環(huán)間距 30cm，長(zhǎng) 2m 的超前小導(dǎo)管后開挖；對(duì)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(dǎo)管封閉支護(hù)后開挖；必要時(shí)該段井壁分片開挖，每開挖出一片拱架長(zhǎng)度的井壁即安裝拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土支護(hù)，開挖順序按照土體穩(wěn)定性先弱后強(qiáng)進(jìn)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(gè)循環(huán)開挖 2m。井內(nèi)出渣采用小型挖掘機(jī)裝渣，配置2個(gè)配合擺桶。出渣完畢后及時(shí)施工錨桿噴射混凝土。

3 富水覆土層段豎井施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

豎井富水覆土層井身開挖過(guò)程中，大量土體從已支護(hù)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(fēng)豎井，甚至造成井口地表硬化混凝土開裂。針對(duì)此問(wèn)題，采取地表補(bǔ)注漿，襯砌背后回填灌漿的方法，對(duì)襯砌背后空洞進(jìn)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(yán)重處有泥沙沖出，長(zhǎng)此以往，使襯砌背后土體大量流失，為確保井壁安全，對(duì)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(xù)銜接，不要中斷。必要的技術(shù)中斷或者其他原因造成施工中斷時(shí)，要安排專人對(duì)井內(nèi)積水進(jìn)行抽排，不得讓積水大面積浸泡井內(nèi)土體。否則會(huì)造成井內(nèi)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(guò)程中，采取了以下安全措施：（1）提升設(shè)備的選擇，選取有資質(zhì)廠家生產(chǎn)的礦用標(biāo)準(zhǔn)井架及配套的絞車提升系統(tǒng)、封口盤、吊盤，所有關(guān)鍵部件，如吊鉤、鋼絲繩等均檢測(cè)合格，井架安裝完畢經(jīng)安全部門驗(yàn)收合格后方投入使用。（2）盡量提高豎井的機(jī)械化作業(yè)水平，減少井內(nèi)施工人員。如土層開挖、出渣等工序采用小型挖掘機(jī)，既減少了井內(nèi)作業(yè)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(dòng)強(qiáng)度。（3）建立完善的豎井施工安全管理制度并嚴(yán)格執(zhí)行，如豎井爆破、提升系統(tǒng)檢查、防墜落、信號(hào)聯(lián)絡(luò)制度、有害氣體檢測(cè)制度、豎井上下人員登記制度等。通過(guò)完善的制度、日常的檢查對(duì)施工中存在的安全隱患及時(shí)排除，杜絕安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

湛江國(guó)儲(chǔ)原油水封洞庫(kù)項(xiàng)目15口豎井，通過(guò)合理選用豎井提升設(shè)備，建立完善的管理制度，整個(gè)施工過(guò)程未發(fā)生因垂直運(yùn)輸造成的傷亡事故。本工區(qū)施工的4口豎井，選用小型挖機(jī)進(jìn)行土層開挖、巖層出渣，極大地減少了開挖、出渣環(huán)節(jié)的施工人員數(shù)量及人員勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了出渣時(shí)間，極大地加快了施工進(jìn)度。實(shí)際施工進(jìn)度：土層無(wú)地下水段達(dá)到每周2模4.8m 的進(jìn)尺，富水土層段達(dá)到每 5d1模 2.4m 的進(jìn)尺，巖層段達(dá)到每周 10～12m 的進(jìn)尺。通過(guò)合理的選用機(jī)械設(shè)備，提高豎井的機(jī)械化施工水平，既減少了井內(nèi)施工人員、降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，也大幅減少了豎井施工的安全隱患并加快了施工進(jìn)度，取得了較好的施工效果。