【斜井過特厚表土砂礫層技術】砂礫土

發布時間:2019-08-28 01:29:15 來源: 判裁文書 點擊:

  摘要:本文根據工程實例,對斜井過特厚表土砂礫層技術進行詳細探討.   關鍵詞:表土砂礫層;U型鋼;管棚   中圖分類號:TD55 文獻標識碼:A
  引言:斜井井筒通過涌水較大的深厚表土砂礫層,目前國內主要采用地面凍結法、地面帷幕注漿法、降水小井疏干法等。以上方法工程造價均較高,且在施工后也須一定的補救措施。吳家峁主斜井通過增加工作面短段帷幕注漿,小管棚超前支護和U型鋼+網噴臨時支護,順利通過了長達168m的表土砂礫層。
  1.工程概況
  吳家峁礦井隸屬于汾西集團中泰煤業有限責任公司,位于山西省呂梁市中陽縣武家莊一帶,礦井地處呂梁山西側,黃河中游東岸,為典型的黃土高原地貌。礦井主斜井設計傾角-23°,礦井設計生產能力6.0Mt/a,主斜井全長1303.632m,傾角-23°,掘進斷面32.63m²,寬度6900mm、高度5450mm。表土砂礫層施工全長168.77m,其中明槽段施工40m,暗槽段施工128.77m。
  2.施工方案
  根據主斜井地質條件及表土砂礫段施工段層厚,確定主斜井表土砂礫段采取工作面短段帷幕注漿進行堵水、加固;小型挖掘機分三步掘進開挖;小管棚超前支護配合U29型鋼+網噴進行臨時支護,雙層鋼筋混凝土永久支護;多臺激光指向儀指向的快速就位、對注漿孔、管棚、U型鋼準確定位以及對巷道的超、欠挖進行控制施工。
  3.注漿堵水、加固工藝
  注漿采用短段帷幕、雙液注漿法,范圍為斜井成巷輪廓線外擴5米,以每12米為一個堵水、加固循環段,待加固完成后,開挖9米再進行下一個循環段注漿,孔位距斜井成巷輪廓線以內500mm位置布孔,布孔19個,其中四周16個孔分別以四排孔放射注漿加固,以拱頂為例:第一排放射角度58°,鉆孔深度6.51m;第二排孔放射角度38°,鉆孔深度8.98m;第三排孔放射角度25°,鉆孔深度13.2m;第四排孔放射角度14°,鉆孔深度12.35m;中間三個孔垂直鉆孔注漿,鉆孔深度12米。詳見圖1
  由于工作面含水層為靜水壓,注漿前在工作面噴射一層厚500mm止漿墻,防止發生向前坍塌現象,注漿鉆孔直徑為Φ42mm,注漿壓力控制在0.5Mpa~2.5Mpa;注漿可使砂礫層粘結強度及密實度增加,起到砂礫層均勻密實和穩固的作用;砂礫層間隙中充滿了不流動而且固結的漿液后,透水性封閉,注漿后檢測單孔涌水量≤0.5m³/h。
  
  
  圖1注漿鉆孔布置斷面、剖面(局部)示意圖
  1-注漿孔1#-19#2-工作面止漿墻500mm
  4.掘、砌施工工藝
  表土砂礫層暗槽掘砌施工工序如下:幫部開挖(1m)→初噴→架棚腿→拱部開挖→初噴→打超前管棚→架頂梁→挖中間核心土(10m)→由工作面向后清底退挖機→打基礎→穩模→扎鋼筋→上模板澆筑(直至通過表土砂礫層)
  施工過程中的交叉掩護作業
  (1)在上一循環架設的U型鋼支架掩護下進行本循環掘進開挖,有效控制了頂板坍塌的發生,保障挖掘時的安全作業;
  (2)在上一循環管棚的超前支護下進行本循環的超前管棚支護,以及U型鋼頂梁的架設;
  (3)掘進10m后在U型鋼和噴射混凝土的臨時支護掩護下進行鋼筋混凝土永久支護;給施工創造良好的作業環境,不僅保障作業人員安全,也有利于質量的控制。
  4.1掘進
  井筒表土段分兩部份施工,第一部份采取明槽掘砌,第二部份采取暗槽掘砌。該表土呈天然稠度狀態,質地堅硬,結構疏散,大孔隙,遇水成泥漿,局部夾雜卵石和厚層狀含水砂礫層。表土暗槽掘進過程中極易發生冒頂和片幫,經調研后決定采用三步掘進法,開挖順序為先開挖兩幫,在延巷道拱部環形開挖,最后挖取中間核心土,在遇有堅硬砂礫、卵石層時采用破碎錘破碎后進行掘進。詳見圖2。
  (1)首先進行Ⅰ部位棚腿開挖,開挖寬度1.5m、高度3.5m、幫部預留200mm修邊土層,每循環開挖段長1m,開挖切面呈直角三角形,以減少開挖土層暴露面積;挖掘機挖掘結束后采用人工風鎬進行刷幫、修正預留土層至設計尺寸;
  (2)完成幫部臨時支護后沿巷道拱部環形開挖Ⅱ部位,預留核心土,可減小土層的超前坍塌距離,對工作面形成強有力的支撐,便于腳手架平臺的搭設。環形土開挖高度易控制在2m,腳手架平臺與核心土高度一致,有利于作業人員施工;
  (3)在完成本循環的臨時支護后進行核心土的開挖,同時轉入下一循環掘進。
  
  圖2三步掘進法開挖示意圖
  Ⅰ-棚腿開挖; Ⅱ-拱部環形開挖;Ⅲ-預留核心土;1-預留修邊土層
  4.2超前、臨時支護
  臨時支護分為小管棚超前支護和U29型鋼+網噴支護,臨時支護采用當班掘進當班支護;臨時支護作為永久支護的一部分,不進行拆除、回收。
  超前支護采用Φ40mm無縫鋼管,長1.5m,管棚間距300mm,管棚支護范圍為自中線左右各60°;U29型鋼分4段組成,棚腿2根,拱部2根;搭接長度400mm,每段使用2個卡纜,棚與棚間距800mm,使用8根拉桿連接;金屬網采用Φ6.5mm、網幅1m×2m、網格100×100mm;噴射混凝土厚度200mm,噴射砼強度等級C20。
  每部位開挖完成后,須及時進行初噴封閉土層,在完成拱部初噴后采用風煤鉆配合Φ42mm麻花鉆桿進行打眼,打眼深度為1.4m,角度與巷道掘進坡度呈2°,管棚安設采用打一裝一,在管棚施工完成后及時鋪設金屬網,扶U型鋼棚,U型鋼棚與頂板接觸不實的地方采用背板背實,嚴禁留有空隙;扶棚結束后進行二次復噴至設計值。
  施工標準
  (1)嚴格控制U型鋼架設角度,根據井筒角度,迎山角選擇在4°~5°;
  (2)U型鋼及其附件的材質和加工必須符合設計要求和相關標準規定;
  (3)U型鋼要架設整齊采用標準拉鉤進行連接與井筒方向成直線,U型鋼架設邁步和角度要一致,不得出現前傾后仰及棚腿懸空現象,拉鉤不得焊接或不使用;
  (4)架拱頂棚時,須搭設安全、牢固的腳手架平臺,平臺上作業人員須系安全帶;
  (5)管棚方向與巷道方向一致,縱向兩組管棚的搭接長度應符合設計要求;
  (6)鉆孔必須準確,孔眼直,深度足,砂土清干凈,必要時用吹管將孔內砂石吹出。
  4.3永久支護
  在臨時支護達10m(架設12~13架U型鋼)后進行永久支護。永久支護采用雙層鋼筋混凝土,厚度500mm,強度C25;鋼筋層間距400mm,保護層厚度50mm,縱筋采用Φ18mm螺紋鋼,環筋采用Φ20mm螺紋鋼;連接筋采用Φ8mm鋼筋,環筋間距300mm,內縱筋間距300mm,外縱筋間距346mm;鋼筋采用10#鐵絲雙股綁扎,鋼筋搭接長度為42d。詳見圖3
  碹胎由20#槽鋼加工而成,碹腿采用3根Φ108mm鋼管做橫撐,碹骨焊接活動斜撐,(在澆筑結束后不進行拆模,先拆除斜撐,不影響前方施工作業);碹胎間距1.5m,由10#槽鋼連接成整體,墻部采用1500mm×300mm土建模板,拱部采用1500mm的10#槽鋼加工而成,有利于運輸和安裝。
  混凝土澆筑由前向后,由下向上澆筑,混凝土配料系統、攪拌系統、輸送泵集中布置在地面井口附近,通過管路直接運輸至使用地點,保證了連續澆筑施工和澆筑質量。
  
  圖3吳家峁礦井主斜井井筒表土砂礫層支護圖
  1-預留核心土;2-Φ40mm無縫鋼管,[email protected];3-外環筋,Φ[email protected]
  4-內環筋,Φ[email protected];5-外縱筋,Φ[email protected];6-內縱筋,Φ[email protected]
  7-連接筋,Φ[email protected];8-C25混凝土;9-C20噴射混凝土;10-U29型鋼1-片石砂漿
  5.量保證措施
  為達到快速精確定位,施工中采用3臺激光指向儀;其中在巷道中線位置,正頂向下500mm安設一臺,控制巷道方向、坡度以及頂板掘進尺寸;在巷道左右起拱線位置各安設一臺,用來控制底板掘進尺寸和幫部超、欠挖;這樣、無論在掘進、打管棚、架棚還是穩模過程中都可以快速定位,加快速度,提供相關數據,同時在地質數據的收集,日常檢查、驗收都提供了相關參數;減小了技術人員的勞動強度,提高了工作效率。
  6.結語
  實踐證明:在有效降低施工成本;采用三步掘進開挖和加強臨時支護我們找到了斜井過特厚表土砂礫層的好對策,并采取有效措施,順利通過了表土砂礫層;提高工程質量和施工的安全性,取得了較好的技術成效,當然這也離不開相關領導和管理人員的高度重視。
  
  

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