周彬彬

（煤炭工業(yè)焦作礦區(qū)建設工程質量監(jiān)督站，河南 焦作 454002）

針對井筒凍結外壁施工，國內學者進行了各種方法的嘗試運用。賈文安[1]在余吾煤業(yè)南風井立井施工運用防凍技術；張曄年[2]在顧橋礦副井加強機械化配套作業(yè)，發(fā)揮大型設備的能力，提高施工效率；梁袁等[3]在劉莊煤礦主井施工中實現了凍結表土段挖“糖稀”，達到了快速施工的目的；張登龍[4]對井筒凍結和掘砌施工方案提出了大膽設想并進行創(chuàng)新。對于井筒凍結段外壁施工均采取了不同的創(chuàng)新，主要使用分層施工技術方法對趙固一礦西風井井筒凍結段進行了各種方法的綜合應用，并取得較好的效果。

1 工程概況

趙固一礦西風井位于焦作煤業(yè)集團趙固（新鄉(xiāng)）能源有限責任公司趙固一礦西風井工業(yè)廣場南部，井口設計永久坐標X=3 918 754.000，Y=38 462 840.000，井口自然地坪標高+85.30 m。井口永久鎖口絕對標高為+86.80 m。井筒設計深度為636.80 m，凈直徑6 m，凍結深度589 m，凍結段外壁凈直徑7.1～7.7 m，其中永久鎖口10 m，表土凍結段外壁548 m。

1.1 井筒結構參數

凍結段外層井壁結構為：0～ -10 m設計為永久鎖口（0～ -5.1 m段臨時鎖口施工，-5.1～ -10 m為臨時外壁），單層鋼筋砼井壁支護，-10 m～200 m為單層鋼筋砼井壁，-200 m～558 m為雙層鋼筋砼井壁。

1.2 井筒凍結段地質條件

趙固一礦西風井自上而下穿過第四系（Q）沖積層44.95 m，新近系（第三系）（N）沖積層457.56 m，二疊系上石盒子組（P1x） 71.33 m，二疊系山西組（P1s）83.93 m。

1.3 井筒凍結段水文條件

根據趙固一礦精查地質報告成果顯示，凍結段自上而下劃分為3個主要含水層組和1個隔水層組：第四系含水層，新近系中、底部砂、礫石含水層，基巖風化帶含水層；新近系泥、泥質土層隔水層。

2 分層施工技術

凍結表土層擬采用立井挖掘機配合中心回轉抓巖機抓土裝土，人工風鎬平底、刷幫。凍結基巖層掘進擬采用傘鉆打眼，光面爆破，中心回轉抓巖機機械裝巖、人工清底；提升擬采用一主一副提絞車提升，配三個吊桶裝土裝矸，中心回轉抓巖機裝土裝矸；外壁采用2.5～4 m段高的下行液壓裝配式金屬模板進行混凝土砌壁，混凝土攪拌采用兩套混凝土攪拌機拌料、底卸式吊桶下灰。

2.1 臨時鎖口施工技術

一次將井筒挖掘至-5.1 m處，按外壁設計綁扎豎向鋼筋和環(huán)向鋼筋，豎向鋼筋一頭與臨時外壁的豎向鋼筋連接；在工作面組裝2.5 m段高整體下行金屬模板，施工混凝土臨時壁座。壁座以上為磚砌體結構，采用機磚及砂漿灰砌筑，人工砌筑磚墻至設計位置，磚墻采用素土充填密實。

2.2 井筒試挖掘砌施工技術

凍結交圈后施工達到試挖條件后，開始試挖，采用吊桶提升。

2.2.1 凍結表土段試挖技術

當同時具備基本條件（水文觀測孔水位有規(guī)律地上升并冒水，測溫孔的溫度達到設計要求；凍結壁已發(fā)展到設計厚度，實際形成與觀測結果一致；去、回路鹽水溫差在2 ℃左右）后由-5.1 m向下試挖20 m。

試挖段采用短段掘砌混合作業(yè)，試挖用2.5 m段高模板，挖掘機掘進，人工輔助刷幫。在第一個段高掘進時，分區(qū)刷幫，每區(qū)先擴寬至荒徑，立上臨時支柱，逆時針方向逐段擴完（防井壁下沉）。

第一道模掘進夠段高后，將底板找平綁扎鋼筋。豎向鋼筋使用直螺紋連接套與臨時鎖口預留的豎向鋼筋連接；施工至-10 m時采用變徑（Φ20 mm變Φ22 mm）連接套與永久外壁豎筋連接。

混凝土澆筑采用設置在封口盤上的灰箱經活節(jié)管入模，入模砼采用振動棒振搗密實。

在凍結壁發(fā)展到荒徑以前，如砂土層中含水，挖掘由井中向周邊擴展，利用在井中挖超前小井，控水集水，臺階式挖掘以防井幫塌落。

試挖結束后，進行吊盤的吊掛安裝工作：在模板上口搭操作架，將兩層吊盤下放至操作架上進行吊盤安裝。待凍結達到正式開挖條件進行凍結表土段外壁的掘進施工。

2.2.2 凍結表土段外壁掘砌施工技術

（1）表土段掘進施工

表土段采用立井凍結表土機械化快速施工法施工。

表土段全斷面一次掘進，立井挖掘機和中心回轉式抓巖機挖土裝罐，采用吊桶裝土、提升。先挖井筒凈徑以內部分2.5 m深，然后進行刷幫，刷幫采取先間隔刷幫、后全部刷幫方法。最后全斷面挖掘到4 m并找平。按施工安排試挖段采用2.5 m段高模板，模板不組裝刃角，每模鋼筋綁扎后采用人工做假刃角；-10～ -200 mm設計為單層鋼筋，待試挖結束將段高增加至4 m后組裝刃角，每模綁扎鋼筋后找平底板，將模板與刃角同時下放至底板；-200～-558 m段設計為雙層鋼筋，全斷面掘夠4 m后將底板找平，退模時先將刃角下至底板找平找正，鋪設塑料泡沫板，綁扎外層及內層鋼筋，鋼筋綁扎后將模板退至刃角上，使用4根5 t倒鏈將刃角均勻固定在模板上。

施工前做好相關準備工作，一旦發(fā)生片幫，立即架井圈支背板、擋住土層片幫，然后挖至設計段高后立即澆注混凝土。井幫片幫嚴重不穩(wěn)定時，應縮小施工段高至2.5 m。

根據凍結鉆孔布置及地質情況，結合凍結施工經驗，考慮最不利因素影響，預計施工至-400 m以下表土段凍土進入荒壁較多，掘進采用鉆爆法施工。鉆爆機具為：錨桿鉆機打眼，麻花鉆桿，采用抗凍水膠炸藥，炮孔深度不大于2.2 m。施工中應根據凍結管傾斜情況，及時調整周邊眼位置，保證周邊炮孔距凍結管不小于1.2 m?？刂瓶傃b藥量，周邊眼的裝藥長度不超過100 mm。

風動工具的防凍：在井口安設壓風脫水器，凈化壓風；使壓風經過凍結溝槽，讓壓風預冷之后放掉冷凝的水分；配齊配足風動工具，出現上凍后及時更換；加強風動工具的維修保養(yǎng)，隨時檢修，確保正常運行；加防凍機油和工業(yè)酒精。

（2）凍結表土段爆破作業(yè)

使用鑿巖機打眼，配套麻花鉆桿、Ф51 mm注齒型錨桿鉆頭。掏槽眼深度3 m，其他炮眼2.8 m，炮孔直徑Φ51 mm。選用抗凍水膠炸藥，采用煤礦許用毫秒延期電雷管，380 V交流電井上放炮。打眼、裝藥并聯聯線，毫秒延期電雷管分段起爆。

（3）變徑掘進施工技術

按設計要求，外壁在-200 m處其凈直徑（Φ7100 mm→Φ7300 mm）， 壁 厚（500 mm→600 mm）；-380 m處其外壁凈直徑（Φ7300 mm→Φ7700 mm）， 壁 厚（600 mm→750 mm）。

-200 m處變徑施工方法：

施工至-200 m前一個段高（-196 m處），在以Φ7100 mm凈直徑施工情況下，外側毛斷面尺寸提前逐漸過渡至擴大后的毛斷面尺寸。當以Φ7100 mm凈直徑施工到-200 m時，下一個段高全部按擴大后的斷面挖掘，當達到4.0 m段高后，拆除原刃角，然后人工挖刃角，并在刃角內鋪一層砂→鋪泡沫板→綁扎鋼筋→將底板鋪平，將雜物升井，將6寸的鋼管下放井底→將原模板下至底板的鋼管上解體，加變徑塊，組裝成Φ7300 mm新模板→然后上提模板至上一段高井壁的斜面下找正→澆注混凝土→向下沿凈斷面下挖約2 m左右，待上一段高混凝土凝固后再刷幫至荒徑→下放組裝新刃角，并用倒鏈提至新模板下→繼續(xù)沿擴大后的荒斷面下掘至一個段高的位置→下放新刃角，找正，堵刃角→鋪泡沫板→綁鋼筋→下放模板找正→澆注混凝土。用兩個段高完成變徑施工，隨后轉入擴大后斷面的正常施工，變徑施工前另行補充施工安全技術措施。

2.2.3 過粘土層掘進施工

（1）位移監(jiān)測及段高改變

進入深厚粘土層以后，每段高都必須進行位移監(jiān)測。為了保證位移數值的準確性，每個段高下掘至0.8 m時就將位移監(jiān)測的孔用風鎬開出，并且位移監(jiān)測孔盡量開至凍結壁。當監(jiān)測段高的井幫位移量超過50 mm/h，根據位移量、施工各工序的速度、總的循環(huán)時間，確定施工的段高。根據實際施工情況，將4 m段高縮短為2.5 m或1.5 m。縮短段高的井幫位移量仍超過50 mm/h，應及時將模板下的金屬刃腳拆除，風鎬開挖人造刃角，以進一步縮短井幫暴露高度。當采用最小1.5 m模板（有效段高1.4 m）無刃腳施工時，每個段高的井幫位移量仍超過50 mm/h，應及時將模板改為不超過1.2 m高的繩捆模板施工。

（2）卸壓槽施工

進入特大深厚鋁質粘土層后，每個段高必須在開幫時間，在荒徑上均勻對稱挖8道豎向卸壓槽，卸壓槽用泡沫板填實。

（3） 井圈加固

在地壓較明顯、位移量較大的特殊地層以及砂層、黏土層交叉地層中，混凝土脫模后及時架20#槽鋼井圈加固。

2.2.4 凍結基巖段掘進施工

井筒凍結基巖段外壁采用立井機械化快速施工工法進行施工。

2.2.5 裝巖排矸

中心回轉抓巖機，抓巖機抓巖順序：抓出罐窩→抓取邊緣矸石（凍土）→抓井筒中間矸石（凍土）。

集中階段要充分發(fā)揮抓巖機抓巖能力和提升能力，盡快把堆集在井底的大量爆落矸石裝運到地面，同時指定專人檢查井壁安全，處理危巖、瞎炮，為下階段創(chuàng)造條件。

清底階段為加快清底速度，并保證清底質量，為下一循環(huán)創(chuàng)造條件，采用人工多臺風鎬清底。

排矸采用一主一副提升絞車，配吊桶提升、出矸，掛鉤式翻矸、汽車排矸。

2.2.6 混凝土砌壁施工

挖至設計段高找平后，割水文管，當井壁溫度為0 ℃時安裝泡沫板，在表土段-10～ -200 m鋪設50 mm厚泡沫板，-200～ -503 m鋪設75 mm厚泡沫板，采用1寸鋼釘或Φ6 mm鋼筋固定，泡沫板采用對接方式。

綁扎鋼筋：鋼筋均采用Ⅱ級螺紋鋼，外壁環(huán)筋采用直徑25 mm螺紋鋼，豎筋采用直徑22 mm螺紋鋼。鋼筋在使用時環(huán)筋按照設計曲率半徑彎成弧形，豎向鋼筋采用螺紋連接。環(huán)筋排距230 mm，豎筋間距250 mm，要求豎筋鉛垂，環(huán)筋水平，用16#扎絲雙股鐵絲綁扎，每個搭接部位平均綁扎3道，外層鋼筋保護層不得小于70 mm。

澆筑混凝土：（1）砌筑采用單縫液壓式整體金屬下行模板、液壓油缸脫模。模板由直模和刃角組成，根據施工安排試挖結束組裝刃角，-200 m以上刃角使用螺栓固定在直模上（配保險繩），每模綁扎鋼筋后將模板與刃角整體退至底板，-200～ -558 m段刃角與模板分為兩部分，刃角使用倒鏈固定在模板上，底板找平后將刃角退至底板綁扎外層及內層鋼筋，鋼筋綁扎完成將模板退至刃角上，找正模板澆筑混凝土。（2）砼攪拌機拌灰，砼配料機配料和稱重配料儀稱重，底卸式吊桶下灰，通過分灰器、溜灰管入模。（3）入模砼采用插入式風動振搗器通過窗口進行分層（每300～400 mm厚為一層）振搗。（4）振搗質量應合格。

脫模：從井上將風動液壓泵站下到井下，接上風管，并給油缸對上高壓油管，接頭要絕對干凈，開動風動液壓站，啟開高壓閥門，使油缸工作帶動活塞內收，使模板脫開砌壁。

3 結語

（1）井筒凍結段施工順序。凍結表土段（按-200 m以上不實施退刃角找正工序）：挖土至設計段高找平→釘泡塑板→（退刃角找正）→綁扎鋼筋→下放模板找正→澆筑混凝土→拆模；凍結基巖段：畫輪廓線→打眼→裝藥放炮→通風驗炮→出矸→退刃角找正→綁扎鋼筋→下放模板找正→澆筑混凝土→拆模。

（2）分層施工針對不同層位的地質條件采取不同的施工技術，可達到設計要求。