立井大断面垮塌区修复混凝土浇筑技术研究

2020-09-02程文博颜雪文

山东煤炭科技 2020年8期

程文博颜雪文

（丰城曲江煤炭开发有限公司，江西丰城 331136）

1 施工方案

曲江公司中央风井井筒原设计井深900m，井口标高+40.0m，净直径Φ7.0m，采用C30砼支护。因地压与采动影响，-613.665m～ -680m段出现了严重损坏、垮塌，最大垮塌直径22m，平均直径10.9m。整个井筒已造成井底堵塞，无法继续使用。

-613.665m～ -680m段井筒垮落段修复施工，首先进行锚网+锚索喷浆临时支护，然后施工一层外层井壁。由于垮落段围岩不规整，外层井壁厚度不一，最小约0.5m，最大约1.48m，配双层钢筋，外层井壁另采用Φ17.8预应力钢绞线（L=9.3m）加固。内层井壁采用同标号混凝土一次性浇筑，大体积混凝土水泥优先选用粉煤灰或矿渣硅酸盐水泥，在浇筑过程中应充分做好降温散热措施。-680m以上内层井壁20m采用双层钢筋混凝土支护，其余地段采用单层钢筋混凝土；-680m以下10m老井壁加固采用Φ32螺纹钢树脂锚杆+Φ17.8注浆锚索支护加固，同时在垮塌区下部坚硬岩层施工圆环小壁座一个（-680m标高附近）。在修复结束位置的老井壁向下10m布置10圈井圈（36#槽钢）加强支护，并在垮落修复段与老井壁接茬处永久井壁浇筑完成后，进行壁后注浆加固围岩。施工顺序如下：

（1）下掘排渣、临时支护及浇筑双层钢筋砼外层井壁至见老井壁处，继续下掘10m并观察老井壁状况，如有松动、开裂等情况需先破除老井壁并重新浇筑一层外层井壁，直至揭露完好的老井壁；

（2）安装MJYФ7.05×1.85液压伸缩整体移动模板，地面校核、加固及调试后井下拼装；

（3）对完好老井壁进行Ф32×4.5m托梁（间排距1.5m×1.5m梅花形布置）、架设井圈（36#槽钢、上下间距1m）配Ф17.8×9.3m注浆锚索加固下部老井壁10m；

（4）井下拼装组合式临时工作盘（Φ6.3m）施工平台；

（5）工作面竖直均匀埋设6寸漏水管8根，长度2m，外露工作面1m，在最上部0.5m割花孔利于积水自然排除；

（6）按照设计施工壁座及由下至上浇筑永久井壁。

2 永久井壁浇筑施工工艺

2.1 测量

利用地面井筒十字中心线及井口标高点，在封口盘井筒中心槽孔，下放一根测量专用Φ3mm钢丝绳锤线作为井筒中心线使用。

2.2 钢筋布置

单层钢筋砼支护结构，纵横受力筋Ф20mm，间排距250mm，竖向、圈筋采用绑扎连接，钢筋保护层厚度80mm。

2.3 支模

采用MJYФ7.05×1.85液压整体伸缩带窗口移动式钢模板，利用地面4台JZ-16/1000稳车悬吊，由下向上分段连续浇筑永久支护井壁，每段高1.0m，钢模板中间采用5寸钢管打横向支撑，钢模板总高度为1.85m。支模时，下部0.85m高与下方已浇筑井壁重合，模板上口经测量对中调平后，利用液压顶固定模板。双层施工吊盘下方加挂一层钢丝绳，连接临时工作盘作为浇灌工作平台，通过葫芦及钢丝绳调节行程高度。

2.4 浇筑砼

（1）下料平台位于下层吊盘，工作面人员上下交接班通过中转钢丝绳吊挂加工制作的吊篮，缓慢提升至施工吊盘上。地面搅拌站设三台JS750搅拌机（两用一备）拌制砼，砼的拌制须严格按建设工程质量检测机构测定的标准配合比施工。

（2）使用HTD-3.0底卸式下料吊桶下料。浇砼时，在下层吊盘提升嗽叭口固定分灰器，设2根对称分灰管。砼应经分灰器均匀对称入模，分层浇筑，及时振捣，应保证接茬严密，宽度超宽时需人工二次倒运砼。

（3）每浇筑分层高度按200～300mm，每段浇筑段高不得超过1m。

（4）利用2台JC30-20型风动振捣器进行振捣，操作要“快插慢拔”。在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以便上下振动均匀。每一插点（间距一般为400mm左右）要掌握好振捣时间，过短不易捣实，过长可能引起混凝土产生离析现象。每点振捣时间一般为15～30s，并且在20～30min后进行二次复振。

（5）为确保井壁支护砼质量，浇筑砼过程中按照检测机构出具的配比报告添加外加剂。

（6）混凝土浇筑结束后，应将模板、吊盘、分灰器、溜灰管、底卸式下料吊桶及地面搅拌系统清理干净。

（7）井壁永久支护设计砼强度等级为C35，施工过程中应预留砼强度检测标准试件，按浇筑砼体积每200m3预留1组，砼强度试件规格为150×150×150mm，在标准条件下养护28d后送具有相应资质的指定检测机构进行力学试验。垮塌段永久井壁施工工艺示意图如图1所示。

图1 垮塌段永久井壁施工工艺

3 大体积混凝土浇筑水化热处理技术

混凝土结构从开始施工到正常固化承受不同的温度作用，其中，影响变化最大的因素就是混凝土结构出现温度裂缝，温度变化是诱导裂缝的主要原因。混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量等各种条件有关。水泥量越大，混凝土越厚，水化热就越高，混凝土内部温度也越高，形成温度应力，产生裂缝。因此，对于大体积混凝土施工，控制温度变形是保证混凝土质量的主要环节。

3.1 材料的控制

大体积混凝土的材料控制，主要有以下几个方面：一是保证材料合格，二是对混凝土温度控制。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用低热矿渣硅酸盐水泥。改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热。

3.2 浇筑要求

进行浇筑的过程中必须严格遵守浇筑顺序及浇筑层厚，每层浇筑厚度控制在200～300mm，且施工段高不得超过1m，增加混凝土与空气的接触面，加快温度释放速率，有效控制混凝土内部收缩裂缝。

对已浇筑的混凝土，在初凝后进行二次振动，时间控制在浇筑后2～3h，振捣时要插入下层80～120mm处，可减少混凝土内部空隙，提高混凝土粘结力和抗拉强度。

3.3 温测与温控

混凝土的温测贯穿混凝土施工的整个环节，对混凝土温度的监测与控制是确保工程质量的必要环节。通常采用水银温度计，先进行位置的选定，沿浇筑断面均匀布置3个测点。在浇筑混凝土时预埋三根2寸钢管随浇筑向上延接，并进行记号的编订，然后再进行温度的测量。最高温度控制在45℃以下，自混凝土入模开始测温，每隔2h左右测温1次。测温后要记录好数据，并分析温差值。

3.4 埋设竹节散热筒

每节竹节筒采用Φ500mm螺旋管（δ=1mm，长度1.2m）钢板卷制而成，竖向埋设间排距1.5m×1.5m（中到中）。由下向上浇筑混凝土前，为保持连接的密封性，将上下模段螺旋管采用法兰连接，如遇断面变小、上下模连接位置无法对应时，应根据现场实际情况重新预埋后再依次向上。

3.5 埋设水管通水冷却

（1）循环冷却水管选用及布置

① 冷却水管采用2寸钢管，每一弧段长度根据现场实际情况计算。

② 冷却水管布置根据温控情况布设，其水管与水管间距为1.5m，管材按分段待每一模段浇筑至0.5m高度时布设，即平面弧形管间距均为1.5m，纵向管须高出已浇筑混凝土高度300～600mm。冷却水管采用三通（或直通公母头）连接，冷却水管按照断面要求地面加工弧形管，在井下工作面安装连接并确保连接密实不漏水。为防止杂物进入管路系统，冷却水不得有泥砂杂物进入，且在供水管口装过滤网。冷却水管布置如图2所示。

（2）冷却水管通水

① 通水冷却进水可通过施工水管开闸阀后通过软管直连循环水管进水口，出水口直排井底工作面。

② 冷却管在混凝土铺料后即开始通水，通水时间根据降温情况来确定，一般不超过10d。

③ 冷却管通水后应进行进水和出水的温度测量并做好记录，温度测量应每隔2h测量一次。

④ 混凝土浇筑时应分层，厚度不宜大于300mm，上层混凝土必须在下层混凝土初凝之前浇筑完毕。

⑤ 如混凝土浇筑过程中气温较高，可通过水管洒水喷雾降低环境温度。