韓亮，潘廣宜

中煤五建第四十九工程處，河北邯鄲 056002

0 引言

立井凍結段施工在我國已有50 年的歷史，對于400m 以上的深厚沖積層一般采用雙層鋼筋混凝土復合井壁施工方式。隨著井筒深度的增加，沖積層土壓、水壓的增大，井筒內、外壁井壁厚度，砼強度、鋼筋規(guī)格尺寸等材料相應加大。因此，為有效增加內層井壁厚度，確保滿足沖積層水壓、土壓等相關載荷，在立井井筒深厚表土層凍結段外壁施工過程中，應根據(jù)合理的地質層位采用變徑掘砌施工。通過楊村煤礦副井井筒在絕對標高-169.6m、-269.6m和-379.6m三次變徑掘砌施工過程中，對地質條件、凍結情況等技術參數(shù)統(tǒng)計分析，為立井井筒深厚表土層凍結段外壁大斷面變徑掘砌施工技術積累了經驗。

1 工程概況

國投新集能源股份有限公司楊村煤礦，位于安徽省淮南市鳳臺縣楊村鄉(xiāng)。設計年生產能力5.0Mt/a，覆蓋于煤系地層之上的新生界松散層較厚。

副井井筒設計凈直徑Ф7.5m，井深1000.7m。表土層厚度536.65m，凍結深度725 m，掘砌井深715m。其中鎖口（+26.7 ～+21.7m 段）；凍結段內/外井壁支護：鋼筋混凝土井壁；內/外壁厚：(+21.7 ～-169.6m 段)600mm/600mm、(-169.6m ～-269.6m 段)750mm/750mm、(-269.6 ～-379.6m段)950mm/950mm、(-379.6 ～-541.1m 段)1150mm/1150mm、(-541.1 ～-551.1m 段)整體澆筑2300mm；內/外壁砼強度：從上向下依次為C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75；外層井壁與凍結壁之間鋪設25 ～75mm 聚苯乙烯泡沫板；內外壁間設計敷設兩層δ=1.5mm×2HDPE 塑料板；(-670 ～-680m 段)1000mm/300mm、(-680 ～-715m 段)700mm/300mm，砼強度為C50。

主井井筒設計凈直徑Ф7.5m，井深986.7m。表土層厚度538.25m，凍結深度725 m，掘砌井深715m。凍結段內/外井壁支護：鋼筋混凝土井壁；其中凍結段外壁三次大斷面變徑施工施工位置及井壁厚度與副井相同。

2 變徑施工基礎資料分析

2.1 地質條件影響

沖積層地質條件和水文狀況與井壁結構設計、凍結施工和井筒施工息息相關，合理統(tǒng)計分析地層情況是決定變徑施工方法的重要因素之一，變徑斷面控制設計范圍之內，根據(jù)地質預想柱狀圖詳細分析粘土層與砂層地質特性，將此段變徑地層含水量、膨脹性做好分析。

2.2 凍結情況

在井筒外壁掘砌過程中，應對掘砌工作面凍結狀況進行監(jiān)測，主要監(jiān)測的參數(shù)有凍結壁徑向位移、井幫溫度、底鼓、已施工外壁的變形、受力等。嚴格將徑向位移量控制在50mm 以內，保證鋪設泡沫板、綁扎鋼筋及澆筑砼期間的井壁厚度，嚴格觀測底鼓現(xiàn)象，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，合理采用更換小模板，控制變徑期間井幫暴露時間。掘進期間保持觀測井幫溫度，凍土進入荒徑距離，確定變徑過程井筒掘進期間片幫情況。

3 變徑施工方案確定

3.1 大模板一次變徑

為保證變斷面施工進展迅速，縮短井幫外露時間保證變斷面在一個施工段高內完成。采用液壓伸縮整體移動式金屬模板（模板高3.8m ～4.2m）進行變徑。掘進過程中，先按原荒半徑控制，掘進至最后一模刃角下一定位置時，下落模板拆除提至井口，模板全部拆除后開幫至設計荒徑，綁扎外層搭接鋼筋，然后繼續(xù)掘進至設計段高并刷幫到位，最后下落刃角組裝、鋪設泡沫板、綁扎雙層鋼筋、組裝新模板、澆筑混凝土。

施工順序：掘進一定段高（一般控制在1.6m ～2m）刷幫至變徑前斷面荒半徑→下落模板拆除升井→將段高開幫至設計變徑后斷面荒半徑→綁扎外層搭接筋→繼續(xù)掘進至設計段高→固定聚苯乙烯泡沫板→井口下落刃角組裝→校正刃角→綁扎雙層鋼筋→下落高液壓伸縮整體移動式金屬模板組裝→校正模板澆筑砼，變斷面結束。

3.2 小模板二次變徑

1）第一段高成井將雙層鋼筋先變?yōu)樽儚胶笠蟪叽纾紫认蛳戮蜻M，掘進過程中將井筒外壁掘進荒半徑逐漸刷大變徑后設計荒半徑，刷至小模板段高（一般2m ～2.2m）。開始鋪設泡沫板→將刃腳拆除升井→下放座底圈進行操平找正→綁扎鋼筋→下落模板校核→下放分灰器開始澆筑混凝土；

2）鋼筋變徑澆筑完混凝土后，從井筒中心向外以輻射方式進行掘進、開幫，向下掘進至設計尺寸、段高。當荒半徑、段高符合設計要求后→下放新刃腳進行操平找正→更換模板夾塊→開始鋪設泡沫板→綁扎鋼筋→澆筑混凝土。

4 實例施工應用分析

4.1 楊村礦井副井-269.6m 變徑施工

1）技術參數(shù)對照

施工至-269.6m 位置時砼標號不變仍為C60，聚苯乙烯泡沫仍為75mm，雙層鋼筋間、排距均為250mm 不變，內層豎筋由Φ20mm 變?yōu)棣?2mm 且外擴200mm（距中線4768mm），外層豎筋由Φ20mm 變?yōu)棣?2mm 且外擴400mm（距中線5538mm），環(huán)筋由Φ22＠250 mm 變?yōu)棣?5＠250 mm。掘進至最后一模刃角下1.8 段高后將荒徑擴至R=5728mm 進行外層鋼筋絲扣預留與下模鋼筋絲扣連接。

表1 技術參數(shù)對照表

2）地質情況

根據(jù)地質資料和檢查孔資料顯示：-261.9m 至-269.1m（相對標高-288.8m 至-296m）厚度7.2m 為粉砂，-269.1m至-272.6m（相對標高-296m 至-299.5m）厚度3.5m 為砂質粘土，-272.6m 至-277.5m（相對標高-299.5m 至-304.4m）厚度4.9m 為粉砂。

3）凍結情況

通過現(xiàn)場每段高循環(huán)實測，井幫溫度達-8℃，凍土進入荒徑1.5m，井幫徑向位移和底鼓均為0m/h。

4）施工方案

由于-269.6m 此段地層處于砂質粘土段，土層地質結構穩(wěn)定，不易片幫，且凍結狀況穩(wěn)定未發(fā)生井幫徑向位移和底鼓現(xiàn)象，決定采用大模板一次變徑施工方案。合理組織施工人員，定期檢修運轉設備，確保滿足施工安全生產需要。（附-269.6m變斷面切面圖）

圖1 -269.6m 變斷面切面圖

5）循環(huán)時間統(tǒng)計

在施工人員充足，設備運轉正常的情況下，變徑施工自掘進開始至澆筑砼結束，共用時49 小時30 分鐘。

4.2 楊村礦井主井-379.6m 變徑施工

1）技術參數(shù)對照

施工至-379.6m 位置時砼標號不變仍為C75，聚苯乙烯泡沫仍為75mm，雙層鋼筋間、排距均由250mm 變?yōu)?00mm，內/外層豎筋直徑均為Φ22mm 不變，環(huán)筋由Φ25＠250 mm 變?yōu)棣?5＠200 mm。

表2 技術參數(shù)對照表

2）地質情況

根據(jù)地質資料和檢查孔資料顯示：-377.91m 至-382.46m（相對標高-404.61m 至-409.16m）厚度4.55m 為粉砂，-382.46m 至-420.51m（相對標高-409.16m 至-447.21m）厚度38.05m 為砂質粘土。

3）凍結情況

根據(jù)井筒凍結設計，掘砌至此標高井幫溫度應達到-8℃，凍土入荒1.2m ～1.6m。通過現(xiàn)場實測，井幫溫度在-13.2℃～14.8℃之間，凍土進入荒徑3.3m ～3.4m，滿足施工生產需要。井幫徑向位移平均在1.1mm/h，底鼓6.25mm/h。

4）施工方案

由于-379.6m 此段地層處于砂層，雖然地質結構穩(wěn)定，不易片幫，凍結溫度及凍土進入荒徑均已達到設計要求，但通過持續(xù)實測數(shù)據(jù)顯示有小量井幫徑向位移和底鼓現(xiàn)象，為減少井幫暴露時間，快速施工井壁澆筑砌碹工序，決定采用小模板二次變徑施工方案。

圖2 -269.6m 變斷面切面圖

5）循環(huán)時間統(tǒng)計

在施工人員充足，設備運轉正常的情況下，變徑施工第一段高自掘進開始至第二段高澆筑砼結束，共用時65 小時30 分鐘，（其中鋼筋變徑段高循環(huán)用時30 小時，模板變徑段高循環(huán)用時35 小時30 分鐘）。

4.3 施工結論

1）凍結效果的好壞是保證井筒表土段凍結段外壁大斷面變徑施工速度的關鍵。首先凍結要滿足施工安全要求，其次在安全不造成“片幫”前提下，考慮變徑施工方案；

2）施工中要加強立井施工機械換作業(yè)線，合理組織勞動用工配備，滿足工序轉換運轉順暢，減少井幫暴露時間，確保循環(huán)時間；

3）收集井筒地質水文相關資料，通過現(xiàn)場實測與其相互比照，分析變徑施工地層含水量和膨脹性等特點；

4）每段高實測井筒井幫徑向位移、底鼓、井幫溫度及凍土入荒等數(shù)據(jù)統(tǒng)計，嚴格按照建井手冊及施工規(guī)范標準要求，確保在范圍內進行變徑施工。

5 結論

在立井井筒深厚表土層凍結段外壁大斷面變徑掘砌施工過程中，經幾方面技術數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出：

1）在地質土層穩(wěn)定，井幫溫度及凍土入荒均達到設計要求，且揭露土層未發(fā)現(xiàn)井幫徑向位移和底鼓現(xiàn)象情況，可采用液壓金屬大模板一次變徑施工，此方案優(yōu)點為整體循環(huán)時間較短，工序轉換相對簡單，提高凍結段外壁掘砌速度。缺點為掘進段高控制較高，井幫暴露時間較長，易發(fā)生片幫現(xiàn)象，由于片幫可能導致二次清底，再者由于整體模板一次變徑完成，模板刃角未采用拆除跟換座底圈方式而采取更換大刃角形式，從而出現(xiàn)井壁接茬較大，段高控制合理可滿足規(guī)范要求；

2）在地質土層穩(wěn)定，井幫溫度及凍土入荒均達到設計要求，但實際揭露地層出現(xiàn)井幫徑向位移和底鼓現(xiàn)象情況時，建議采用液壓金屬小模板加塊二次變徑施工，此方案優(yōu)點為掘進過程中井幫暴露時間較短，一般不會發(fā)生片幫現(xiàn)象，在合理段高范圍內井幫和井底均開泄壓槽，有效防止井幫位移和底鼓現(xiàn)象對成井井壁質量的影響，由于首次變鋼筋段高將模板刃角拆除更換座底圈的施工方式，有效控制井壁接茬，更好的保證井壁質量。缺點為循環(huán)時間較長，工序轉換繁瑣，經濟、勞動用工投資較大。

本文通過例舉楊村煤礦主、副井深厚表土層凍結段外壁兩次大斷面施工中不同標高、不同地層、不同施工方案統(tǒng)計的技術參數(shù)進行分析，整理兩套切實可行凍結段外壁變徑施工方案，其成功經驗可為其它井筒提供參考，也為今后類似的井筒施工積累了經驗。