富水厚覆土层地区竖井施工技术

温东北

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310000）

1 工程概况

地处南方海滨城市的某国家战略工程设计有5个通风竖井、10 个工艺竖井，井深 95～105m 不等，竖井截面设计为圆形，衬砌后内径均为 5m。土层段井身设计为钢支撑、锚喷挂网初期支护，50cm 厚钢筋混凝土衬砌；岩层段井身为锚喷支护，无衬砌。

工程区内地质条件主要为燕山一期花岗岩、花岗闪长岩以及燕山中晚期煌斑岩脉、花岗伟晶岩脉、细晶状长英质岩脉，围岩比较坚硬，上覆 30～40m 厚砂性黏土层，并夹杂孤石，土层与岩层交界面有 3～5m 强风化岩层，岩体破碎。地下水位线在地表下 7～15m，水量丰富，土层内渗水通道发育较多。

2 竖井施工

2.1 竖井施工方法与作业方式的选择

竖井施工方法有正井法和反井导洞扩挖法，具体选择受地质条件、工期、施工机械、安全等因素的限制。由于本工程竖井优先于井下建筑物施工，不具备反井法施工的条件，加上覆土层厚度普遍为 35～40m，且夹杂孤石，综合考虑后采用正井法施工。

竖井施工作业采用分段顺序作业的方式，即每开挖一段，支护一段，衬砌一段，根据现场的衬砌模板配置的高度，本工程竖井有衬砌段分段长度为 2.4m。

2.2 主要施工工序及方法

施工工序为：井口土层预注浆加固—井口锁口段施工—井口段井身施工—井架提升系统安装—井身土层段施工—井身岩层段开挖与支护。

1）井口土层预注浆加固。土层预注浆加固采用间距 0.8m，φ98mm 钢花管沿井身内壁向外 1.25m 布置，深度为伸入岩层2m。注浆分序、分段进行，分序按照奇偶顺序间隔分为Ⅰ序、Ⅱ序；分段每个竖井按照所在位置地下水位线分段，先对地下水位线以上土体注浆，封堵土体裂隙，再对地下水位线以下注浆，确保富水段土层注浆加固效果。浆液采用水泥浆液，注浆压力 0.5～2MPa，浆液配比水灰比 1∶1～0.5∶1[1]。

2）井口锁口段施工。竖井井口锁口为 T 形环状钢筋混凝土结构，顶部高于周围地表 20cm，可防止地表水流入竖井。井口测量定位后，采用挖机开挖，人工风镐辅助修边，开挖至设计轮廓线，绑扎钢筋，安装衬砌内模板，浇筑混凝土至设计标高。

3）井口段井身施工。竖井井口段一般为 10～30m，该段施工井架提升系统还未安装，采取吊车配合物料提升。主要是为井架安装后井身段有足够的空间安装吊盘（稳盘）、井口盘有足够的空间为井架安装后吊桶升降物料提供摆桶空间。

本工程竖井井口段由地下水水位决定，将地下水位线以上 10～15m 确定为井口段，以便于安装井架提升系统的吊盘、封口盘及预留吊桶升降物料有足够的摆桶空间。因该段无地下水，土体稳定，开挖采用久保田 U15-3 型小型挖掘机开挖，人工风镐、铁锹辅助刷边，物料提升采用 30t 吊车。采用分层开挖，每层约 50cm，每开挖 2.4m，安装钢支撑、网片、锚杆，喷混凝土封闭，后施工衬砌。每个衬砌段 2.4m，按照工序顺序逐段向下开挖、支护及施工衬砌。

4）井架提升系统安装。井口段井身施工完毕后，安装井架提升系统。本工程井架提升系统包括：矿用标准Ⅱ-2 型井架，150kW 程控变频提升绞车系统，稳盘（吊盘）、2 台 50kW 卷扬机、1 台 30kW 卷扬机、2 个 1.2m3吊桶及天轮、钢丝绳等，均有相应出厂合格证，钢丝绳经质检单位检测并出具合格报告。井架系统安装完毕，试车验收合格后投入使用。

5）井身富水土层段施工。本工程竖井地下水位线以下井身地质为砂性黏土层，土体内渗水通道发育较多，且存有大量孤石需要爆破。根据此地质特点，井身富水段土层竖井采用隧道新奥法施工原则，采取“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”的施工方法。由于该段土体富水饱和，井身开挖后，在地下水及孤石爆破的作用下土体变成流塑状，自稳性变差，开挖时井壁极易坍塌，造成已支护段上方土体大面积掉落。因此，该段采取每次开挖 0.6～0.8m（一榀拱架间距），然后安装拱架、钢筋网、喷混凝土封闭，再进行下一循环开挖支护。每支护2.4m，衬砌一组。对于呈流塑状垮塌的井壁段落，每2榀拱架打入一环间距 30cm，长 2m 的超前小导管后开挖；对于地下水呈股状流出的，造成井壁呈稀泥状垮塌的地段，打入密布超前小导管封闭支护后开挖；必要时该段井壁分片开挖，每开挖出一片拱架长度的井壁即安装拱架、钢筋网、喷混凝土支护，开挖顺序按照土体稳定性先弱后强进行。

6）井身岩层段施工。岩石段井身开挖，采用全断面人工钻爆开挖，每个循环开挖 2m。井内出渣采用小型挖掘机装渣，配置2个配合摆桶。出渣完毕后及时施工锚杆喷射混凝土。

3 富水覆土层段竖井施工过程中出现的问题及解决方法

竖井富水覆土层井身开挖过程中，大量土体从已支护段的初支、衬砌背后被涌水冲出，造成已衬砌段井壁背后土体大量流失，形成空洞。特别是在 4#通风竖井，甚至造成井口地表硬化混凝土开裂。针对此问题，采取地表补注浆，衬砌背后回填灌浆的方法，对衬砌背后空洞进行填充，确保井身衬砌段安全。

已施工衬砌的段落，地下水丰富的段落在衬砌接头处多有地下水渗出，严重处有泥沙冲出，长此以往，使衬砌背后土体大量流失，为确保井壁安全，对这些段落采用注浆堵水的方法予以封堵。

竖井富水覆土层段施工组织上，各工序要连续衔接，不要中断。必要的技术中断或者其他原因造成施工中断时，要安排专人对井内积水进行抽排，不得让积水大面积浸泡井内土体。否则会造成井内土体液化，井壁溜坍，井底土体泥化，增加施工困难。

4 竖井施工安全措施

在竖井施工过程中，采取了以下安全措施：（1）提升设备的选择，选取有资质厂家生产的矿用标准井架及配套的绞车提升系统、封口盘、吊盘，所有关键部件，如吊钩、钢丝绳等均检测合格，井架安装完毕经安全部门验收合格后方投入使用。（2）尽量提高竖井的机械化作业水平，减少井内施工人员。如土层开挖、出渣等工序采用小型挖掘机，既减少了井内作业人员，又大幅度提高了工作效率。衬砌采用定型钢模，既提高了安装速度也减小了施工人员劳动强度。（3）建立完善的竖井施工安全管理制度并严格执行，如竖井爆破、提升系统检查、防坠落、信号联络制度、有害气体检测制度、竖井上下人员登记制度等。通过完善的制度、日常的检查对施工中存在的安全隐患及时排除，杜绝安全事故的发生。

5 结语

湛江国储原油水封洞库项目15口竖井，通过合理选用竖井提升设备，建立完善的管理制度，整个施工过程未发生因垂直运输造成的伤亡事故。本工区施工的4口竖井，选用小型挖机进行土层开挖、岩层出渣，极大地减少了开挖、出渣环节的施工人员数量及人员劳动强度，缩短了出渣时间，极大地加快了施工进度。实际施工进度：土层无地下水段达到每周2模4.8m 的进尺，富水土层段达到每 5d1模 2.4m 的进尺，岩层段达到每周 10～12m 的进尺。通过合理的选用机械设备，提高竖井的机械化施工水平，既减少了井内施工人员、降低了人员劳动强度，也大幅减少了竖井施工的安全隐患并加快了施工进度，取得了较好的施工效果。