吳彤 王晨玉 荊理 劉繼鵬

某工程調(diào)壓井型式采用阻抗水室式，豎井深度為120.38 m，豎井直徑為12 m，井口高程為1 225 m。調(diào)壓井邊坡開(kāi)挖支護(hù)結(jié)束后，井口至井深6 m采取正向法開(kāi)挖，即自上而下正向分層開(kāi)挖、支護(hù)，開(kāi)挖的石渣通過(guò)井口運(yùn)出。井深6 m以下的調(diào)壓井采用導(dǎo)井法施工，至上而下的施工，采用溜渣井從井底的施工支洞出渣。具體的施工程序?yàn)椋赫龑?dǎo)孔施工→反井鉆導(dǎo)井施工→導(dǎo)井反擴(kuò)形成徑1.4 m溜渣井→正向開(kāi)挖。在調(diào)壓井開(kāi)挖至高程1 211 m，出現(xiàn)了溜渣井塌方。

1 調(diào)壓井工程地質(zhì)

調(diào)壓井地層為泥盆系汗吉尕組（D2h2）凝灰質(zhì)粉砂巖，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，以薄層狀、中厚層夾薄層狀構(gòu)造為主，局部厚層夾薄層狀。巖石強(qiáng)度較高，飽和抗壓強(qiáng)度大于80 MPa，屬堅(jiān)硬巖。受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)以碎塊結(jié)構(gòu)為主，局部碎裂結(jié)構(gòu)。受附近區(qū)域性構(gòu)造影響，基巖巖層產(chǎn)狀多變，總體走向NW280°～300°傾向SW，傾角65°～75°，淺部巖體風(fēng)化及卸荷裂隙發(fā)育，巖體完整程度為破碎。高程1 225～1 180 m圍巖為V類(lèi)；高程1 180～1 104.62 m圍巖以Ⅳ類(lèi)為主，Ⅴ類(lèi)次之。

2 溜渣井塌方

2.1 塌方情況說(shuō)明

2018年11月25日17點(diǎn)，豎井開(kāi)挖至1 211 m高程，豎井底部（溜渣井出口）出渣時(shí)，發(fā)現(xiàn)井內(nèi)不斷有石渣落下，而此時(shí)豎井工作面的溜渣井井口封閉，并未溜渣。豎井底部繼續(xù)出渣大約80 m3，溜渣井內(nèi)仍有石塊掉下，堵塞井口（溜渣井底部出口）。為保證安全，立即停止出渣。3 h后溜渣井底部出口已被渣料堵塞，初步判定溜渣井出現(xiàn)了塌方。

2.2 塌腔的規(guī)模及分布

為了查明溜渣井塌方出現(xiàn)的具體位置及塌方規(guī)模，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了溜渣井錄像探測(cè)。

11月27日，井內(nèi)錄像顯示溜渣井出現(xiàn)塌方高程在1 191.6～1 168 m，塌方深度23.6 m，塌方約354 m3。在高程1 191.6 m塌方部位長(zhǎng)度3 m、寬度2 m，在1 181 m高程塌方部位長(zhǎng)度6 m、寬度4 m，如圖1所示。溜渣井堵塞位置高程1 140.5 m。溜渣井高程1 140.5 m以下，由于渣料堵塞，塌方情況不明。如圖1所示。

圖1 溜渣井塌方示意圖

11月29日，繼續(xù)對(duì)溜渣井進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)27日觀測(cè)到高程1 191.6 m塌方空腔升至高程1 194.2 m。繼續(xù)向井底觀測(cè)至高程1 188 m時(shí)發(fā)現(xiàn)錨筋束，由此推斷該高程處空腔徑向?qū)挾燃s為10 m。

12月1日，再次對(duì)溜渣井塌方情況進(jìn)行觀察，29日觀測(cè)到高程1 194.2 m塌方空腔升至高程1 196.4 m，高程1 188 m發(fā)現(xiàn)錨筋束處無(wú)明顯繼續(xù)垮塌跡象。

2.3 塌方的主要原因

溜渣井井壁巖體破碎是溜渣井發(fā)生塌方的主要原因。溜渣井井壁圍巖為泥盆系的凝灰質(zhì)粉砂巖，受區(qū)域構(gòu)造因素影響，巖體內(nèi)裂隙密集，大部分巖石被切割成塊度小于5 cm的小巖塊，巖體破碎。巖體的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致溜渣井井壁的穩(wěn)定性較差，可能在溜渣井造井過(guò)程中，就已經(jīng)出現(xiàn)了一定范圍的塌方，只是塌方的量較小，未能及時(shí)發(fā)覺(jué)。

溜渣撞擊井壁是溜渣井發(fā)生塌方的誘因。溜渣井成井后，即開(kāi)始的正向開(kāi)挖施工，施工過(guò)程中從溜渣井溜渣。溜渣下落過(guò)程中不斷地撞擊井壁，導(dǎo)致井壁破碎巖體出現(xiàn)松動(dòng)破壞。初始井壁塌落量較小，隨著不斷溜渣，不斷的撞擊，塌方范圍逐漸增大，即出現(xiàn)了大范圍的塌方。

3 溜渣井塌方處理措施

3.1 處理方案的比選

通常對(duì)調(diào)壓井內(nèi)溜渣井塌方處理方案主要有3種：方案1：封死出現(xiàn)塌方的溜渣井，在靠近山體側(cè)，重造溜渣井；方案2：封死塌方的溜渣井，采用正向開(kāi)挖法從井口吊運(yùn)出渣；方案3：套管護(hù)壁修復(fù)溜渣井。

方案1為重造溜渣井。調(diào)壓井內(nèi)的圍巖破碎，導(dǎo)致現(xiàn)在的溜渣孔井壁不穩(wěn)定，也不能保證重新布置施工的新溜渣井不會(huì)發(fā)生新的塌方。另外為了保障目前塌方不繼續(xù)發(fā)展，需保持溜渣井下部引水發(fā)電洞內(nèi)渣體不動(dòng)，將影響其他位置工程施工。

方案2為采用正向開(kāi)挖法施工。該方案處理時(shí)間較短，但是在調(diào)壓井及上室的施工過(guò)程中將產(chǎn)生大量的渣體，都將從井口出渣，存在的主要問(wèn)題是渣體運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)，降低施工效率。地面操作不方便，運(yùn)輸渣體過(guò)程中可能發(fā)生安全事故。

方案3為套管護(hù)壁修復(fù)溜渣井，現(xiàn)在溜渣井的直徑約1.4 m，在溜渣井內(nèi)依次下入一定長(zhǎng)度的直徑1.2 m鋼管，一直下到豎井底部，下完套管后再回填塌方及套管與溜渣井壁之間的縫隙。

考慮至處理用時(shí)、施工效果、處理費(fèi)用等因素，綜合判定采用方案3更為適宜。

3.2 主要設(shè)備和材料的選擇

3.2.1 套管管材的選擇

根據(jù)溜渣井的深度，溜渣時(shí)對(duì)管材的沖擊力，套管安裝的設(shè)施的選擇等，選定的套管為DN1 200 mm鋼管材質(zhì)為Q235，管壁厚度為10 mm，單根鋼管長(zhǎng)度12 m。目前尚未施工的調(diào)壓井井深為108 m，需下套管9根。

3.2.2 鋼管運(yùn)輸和卸車(chē)方式

采用15 m平板拖車(chē)進(jìn)行鋼管的運(yùn)輸；采用25 t汽車(chē)吊進(jìn)行單根12 m鋼管卸車(chē)。

3.2.3 鋼管整體吊裝安裝汽車(chē)吊選擇

溜渣孔內(nèi)鋼管安裝最大參數(shù)為：最大起吊重量為31.7 t；最大起升高度為20 m；最大站車(chē)幅度為12 m；最大伸桿長(zhǎng)度為23 m。

根據(jù)起重量、作業(yè)半徑等參數(shù)，選擇采用130 t汽車(chē)吊配合Φ32 mm鋼絲繩進(jìn)行溜渣洞內(nèi)鋼管安裝作業(yè)。

3.2.4 吊裝鋼絲繩的選擇

吊裝方式采用2根單根6 m長(zhǎng)的鋼絲繩繞成4根3 m鋼絲繩進(jìn)行吊裝作業(yè)。鋼絲繩直徑選型主要考慮的因素有：（1）吊裝總重量為31.7 t；（2）每根鋼絲繩每根承擔(dān)質(zhì)量為：31.7/4=7.925 t；（3）采用計(jì)算公式為：T=D2×52（T為質(zhì)量，單位kg，D為鋼絲繩直徑，單位mm，52為倍數(shù)）；（4）安全系數(shù)取6倍；（5）計(jì)算公式：7925×6=D2×52，D=30.23mm。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果鋼絲繩選用直徑為32 mm，6×7+1WS，進(jìn)行吊裝。

3.3 套管護(hù)壁修復(fù)溜渣井

3.3.1 鋼管焊接施工平臺(tái)搭建

3.3.1.1 支撐平臺(tái)搭設(shè)

鋼管往溜渣井內(nèi)下放過(guò)程中，需對(duì)管節(jié)進(jìn)行焊接，并對(duì)已下放的管節(jié)進(jìn)行臨時(shí)支撐。在調(diào)壓井已開(kāi)挖工作面上鋪設(shè)型鋼平臺(tái)，作為臨時(shí)管節(jié)支撐平臺(tái)使用，如圖2所示。

圖2 調(diào)壓井內(nèi)平臺(tái)搭設(shè)示意圖

3.3.1.2 平臺(tái)鋪設(shè)說(shuō)明

（1）平臺(tái)主支撐材料選用200 mm H型鋼，型鋼鋪設(shè)時(shí)保證水平度的偏差不大于10 mm。

（2）單根H型鋼長(zhǎng)度為12 m，兩兩拼裝組成箱型梁，增加抗折彎強(qiáng)度。

（3）H型鋼底部采用支撐材料墊實(shí)，增加其抗折彎強(qiáng)度。

（4）H型鋼布置位置按圖示進(jìn)行，與開(kāi)挖好的溜渣井邊緣預(yù)留300 mm空間，以便DN1200 mm鋼管能夠擔(dān)在H型鋼梁上。

（5）周?chē)贾娩摪遄鳛椴僮髌脚_(tái)。

3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)鋼管安裝方案

3.3.2.1 鋼管安裝方式

使用130 t汽車(chē)吊順著溜渣洞將12 m/根鋼管下放，垂直下放至調(diào)壓井支撐平臺(tái)時(shí)，利用支撐平臺(tái)鎖住鋼管口，再進(jìn)行下一根12 m/根的鋼管下放作業(yè)，與先前放置在支撐平臺(tái)上的鋼管進(jìn)行對(duì)接、焊接作業(yè)，將其連接成24 m長(zhǎng)度鋼管，利用汽車(chē)吊吊起鋼管，取掉鎖定梁，繼續(xù)垂直下放，照此循環(huán)施工，直至108 m鋼管安裝完畢。

3.3.2.2 鋼管安裝吊點(diǎn)設(shè)置方式

DN1200mm鋼管材質(zhì)為Q235，管壁厚度為10mm，每米質(zhì)量為293.46 kg，總吊裝質(zhì)量為31.7 t，若采用焊接吊耳形式，因管節(jié)質(zhì)量過(guò)大，必然會(huì)導(dǎo)致吊點(diǎn)變形和撕裂，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因而采用在鋼管上預(yù)制起吊孔穿鎖定梁的方式進(jìn)行管節(jié)的吊裝。

鋼管上吊孔制作說(shuō)明：

（1）預(yù)制尺寸為240 mm（寬）×220 mm（高），并對(duì)其最后放置的第7、8、9節(jié)吊孔貼板加固，防止最后組成大節(jié)時(shí)吊裝過(guò)程吊孔變形。

（2）鎖定梁采用2根2.4 m 200工字鋼合并成200 mm×200 mm箱型梁，完全滿(mǎn)足抗折彎力矩要求。

3.3.3 溜渣井鋼管安裝的施工步驟

溜渣孔內(nèi)鋼管安裝主要施工步驟如下：

（1）130 t吊車(chē)站車(chē)位置場(chǎng)地整理（長(zhǎng)度為15 m，寬度為10 m）。

（2）進(jìn)行12 m第1節(jié)鋼管吊裝至溜渣井內(nèi)，使用吊裝梁鎖定在溜渣井口。

（3）進(jìn)行12 m第2節(jié)鋼管吊裝與第1大節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對(duì)焊接。

（4）使用130 t汽車(chē)吊進(jìn)行24 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

（5）進(jìn)行12 m第3節(jié)鋼管與第2節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對(duì)焊接。

（6）使用130 t汽車(chē)吊進(jìn)行36 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

（7）進(jìn)行12 m第4節(jié)鋼管與第3節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對(duì)焊接。

（8）使用130 t汽車(chē)吊進(jìn)行48 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

（9）進(jìn)行12 m第5節(jié)鋼管與第4節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對(duì)焊接。

按照上述鋼管安裝順序依次進(jìn)行，直至所有管節(jié)安裝就位，到第7、8、9節(jié)管節(jié)下放安裝時(shí)，需注意對(duì)接焊縫焊接必須牢固可靠，并加拉板進(jìn)行連接，拉板不少于4組，長(zhǎng)度不短于600 mm。

第9節(jié)鋼管安裝完成后，安裝總長(zhǎng)度為108 m，完成鋼管護(hù)壁。

3.3.4 底部加固及回填

3.3.4.1 底部加固

當(dāng)鋼管放置到調(diào)壓井底部與開(kāi)挖底板面坐實(shí)后，進(jìn)行鋼管的加固，加固方式采用H200型鋼組成200 mm×200 mm箱型梁作為支撐材料進(jìn)行鋼管加固，加固完畢后對(duì)溜渣孔與鋼管外壁進(jìn)行接觸灌漿處理，并對(duì)底部拱頂周?chē)鷰r層進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

3.3.4.2 回填措施

鋼管安裝完畢后，在高程1 191 m處鋼筒切割一個(gè)1.2 m×1 m的方孔，進(jìn)行鋼管與井壁之間空腔回填，回填渣料采用調(diào)壓室上室開(kāi)挖料?；靥钔戤?，在鋼筒開(kāi)口處進(jìn)行灌漿處理。灌漿完成后，溜渣井底部采用裝載機(jī)配合自卸車(chē)出渣。待溜渣井內(nèi)石渣全部處理完成，即可正常施工，詳情如圖3所示。

圖3 鋼管底部加固及拱頂灌漿方式

說(shuō)明：（1）鋼管下放至調(diào)壓井底部開(kāi)挖面渣土堆上可靠接觸后進(jìn)行加固處理。（2）鋼管與溜渣井之間的間隙采用接觸灌漿方式進(jìn)行，可從上至下進(jìn)行，保證接觸灌漿密實(shí)。（3）調(diào)壓井底部拱頂周?chē)柽M(jìn)行固結(jié)灌漿，防止開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生坍塌。（4）采用H型鋼制作成結(jié)構(gòu)架進(jìn)行鋼管的加固，預(yù)留出出渣空間。（5）上述工作完成及灌漿混凝土終凝后才可進(jìn)行調(diào)壓井開(kāi)挖施工作業(yè)。

4 處理效果

隨著護(hù)壁鋼管的安裝到位，井底鋼管加固完成、井壁與管壁間回填處理結(jié)束，即已基本完成了對(duì)調(diào)壓井溜渣井塌方的處理。

通過(guò)套管護(hù)壁對(duì)溜渣井修復(fù)，即防止了溜渣井附近的塌方的持續(xù)擴(kuò)散惡化，也保證了調(diào)壓井導(dǎo)井法施工的繼續(xù)進(jìn)行。