专利名称：一种不良地质条件下的竖井施工方法
技术领域：
本发明涉及竖井施工方法技术领域，具体涉及一种不良地质条件下的竖井施工方法。
背景技术：
目前，竖井施工难度较大，尤其是在一些不良地质条件下施工，所谓不良地质条件指深度大于等于100m，直径小于等于細，竖井所在位置岩石裂隙发育稳定性差，直接开挖难以成型，大多为深灰色泥质板岩、薄状层结构、以IV、V类围岩为主、裂隙发育密集、裂隙面与薄层状的岩层相互交错剪切、岩体大量呈现碎裂块及泥质状态。压力竖井为圆形断面， 其开挖直径小于等于細、井深大于等于100m，特别是在井壁围岩破碎、强度低、稳定性差、 地下水丰富，施工条件恶劣，按照一般的施工方法难以组织施工，从而影响水电站总体施工进度目标的实现。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种不良地质条件下的小断面、深竖井的开挖施工方法，以保证施工质量和安全，缩短施工工期，能有效的解决上述现有技术存在的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种不良地质条件下的竖井施工方法，包括如下施工步骤第一步在竖井井口所在位置浇筑盖重混凝土 ；第二步在盖重混凝土上布置两圈超前固结灌浆孔，并在灌浆孔内设置锚筋束，灌浆孔的孔深为竖井深度，锚筋束深度同灌浆孔深度；第三步采用反井钻机自上而下钻设成竖井的导孔；第四步采用反井钻机自下而上钻设成竖井的导井；第五步扩挖前的超前支护；第六步竖井自上而下造孔爆破扩挖；第七步扩挖后加强支护。作为一种优选方式，其中，所述第三步中的导孔为Φ21. 6cm的导孔；所述第四步中的导井为ΦΙ.^ι的导井；所述第五步放入超前支护在竖井周圈布置超前注浆小导管，在距小导管管口 0. 5m以下管壁钻ΦS-IOmmJUg 40cm、梅花型布置的注浆孔，管底割除两个楔形口后，做成尖状，导管走向与与竖井轴线夹角为30°，环向间距为30 50cm，孔深細；所述第六步的扩挖为采用人工自上而下直接造孔爆破，人工将石渣通过导井扒到竖井底部；所述第七步的加强支护包括钢支撑和锚喷支护。
进一步优选，所述竖井周圈布置的超前注浆小导管采用Φ42mm、单根长4. Om的钢管。更进一步优选，在所述超前注浆小导管安装完成后，利用注浆机进行注浆，浆液水灰比为1 1 0.5 1，注浆压力0.2MP，浆液扩散到导管周围的岩层。进一步优选，在所述扩挖前对井口 5m段采用钢筋混凝土锁口，锁口高出地面并在锁口顶部周圈设置栏杆，锁口混凝土布置在结构混凝土以外。进一步优选，所述钢支撑为，采用120型工字钢，每榀钢拱架分4段制作，钢拱架间中心距60cm，连接筋采用Φ 25mm螺纹钢，环向间距为0. 4m,单根长为0. 8m,与拱架焊接牢固。更进一步优选，所述锚喷支护为，在每榀钢拱架上下两排分别布置自进式中空注浆锚杆，锚杆直径Φ32πιπι，单长: ，环向间距1.0m，锚杆与拱架焊接，注浆水灰比为1 1 0. 5 1，注浆压力 0. 2MPa。更进一步优选，在钢拱架和锚杆施工完成后，开挖面上挂Φ6.5@20Χ20(3Π 钢筋网，并喷射C20砼。与现有技术相比，该发明带来的有益效果为该发明主要适用于深度大于等于150m，直径小于等于細，且在不良地质条件下的施工，比如深灰色泥质板岩，薄状层结构，以IV、V类围岩为主，裂隙发育密集，裂隙面与薄层状的岩层相互交错剪切，岩体大量呈现碎裂块及泥质状态等的施工条件下，具体来说，1、 导孔开挖前，布置深孔固结灌浆孔，灌浆孔孔内安装钢筋束，可以有效的减少导孔施工塌孔和扩挖时塌方；2、扩挖时每循环开挖前采用的超前注浆小导管，进一步对破碎围岩进行固结，避免发生塌方；3、开挖后用钢支撑和锚喷以加强支护，可以有效的为开挖和压力钢管安装等施工提供一个安全可靠的施工工作面；因此，该发明有效的解决了不良地质条件下小断面深竖井的开挖，导孔施工前的超前固结、扩挖前的小导管超前支护及开挖后的钢支撑和锚喷的支护，有效的解决了导井开挖塌孔及扩挖后塌方对施工造成的影响，具有较强的推广作用。
由以下本发明中较佳具体实施例的细节描述，可以对本发明的目的、观点及优点有更清楚的理解，同时参考下列本发明的附图加以说明图1为本发明工程实施例中竖井超前固结灌浆孔位布置图；图2为本发明工程实施例中竖井扩挖支护示意图；图3为图2的A-A剖面示意图。其中1-竖井导井轮廓线，2-竖井设计开挖线，3-A环灌浆孔布置轮廓线，4-B环灌浆孔布置轮廓线，5-实际开挖线，6-设计断面线，7-注浆小导管，9-竖井洞轴线，10-导井， 11-钢筋防护网格。
具体实施例方式本发明的上述技术方案及其优点，不难从下述所选实施例的详细说明与附图中， 获得深入了解。
该不良地质条件下的竖井施工方法包括如下施工步骤第一步在竖井井口所在位置浇筑盖重混凝土 ；第二步在盖重混凝土上布置两圈超前固结灌浆孔，并在灌浆孔内设置锚筋束，灌浆孔的孔深为竖井深度，锚筋束深度同灌浆孔深度；第三步采用反井钻机自上而下钻设成竖井的导孔；第四步采用反井钻机自下而上钻设成竖井的导井10 ；第五步扩挖前的超前支护；第六步竖井自上而下造孔爆破扩挖；第七步扩挖后加强支护。根据竖井导井轮廓线1的位置设计适合的竖井设计开挖线2，而实际开挖线5和设计断面线6根据竖井洞轴线9的位置以及具体的工程进行调整，如附图所示，在上述超前固结包括在竖井井口所在位置先浇筑盖重混凝土 ；竖井周围盖重混凝土上布置两圈超前固结灌浆孔，在灌浆孔内安装钢筋束。导孔开挖前，沿A环灌浆孔布置轮廓线3和B环灌浆孔布置轮廓线4布置两圈深孔固结灌浆孔，孔内安装钢筋束，可以有效的减少导孔施工塌孔和扩挖时塌方。所述第三步中的导孔为采用反井钻机自上而下钻设Φ21. 6cm的导孔；第四步中的导井10为反井钻机自下而上钻设成Φ1. 4m的导井10，导井10上方设置钢筋防护网格11。所述第六步的扩挖为采用人工自上而下直接造孔爆破，人工将石渣通过导井10 扒到竖井底部。扩挖前对井口 5m段采用钢筋混凝土锁口，锁口高出地面并在锁口顶部周圈设置栏杆，锁口混凝土布置在结构混凝土以外。扩挖时，循环开挖前采用的超前注浆小导管 7，进一步对破碎围岩进行固结，避免发生塌方。所述第五步的超前支护在竖井周圈布置超前注浆小导管7，竖井周圈布置的超前注浆小导管7采用Φ 42mm、单根长4. Om的钢管，在超前注浆小导管7安装完成后，利用注浆机进行注浆，浆液水灰比为1 1 0.5 1，注浆压力0. 2Mp，浆液扩散到导管周围的岩层。在距小导管管口 0. 5m以下管壁钻Φ8-10πιπι、 孔距40cm、梅花型布置的注浆孔，管底割除两个楔形口后，做成尖状，导管走向与与竖井轴线夹角为30°，环向间距为30 50cm，孔深細；所述第七步中的加强支护包括钢支撑和锚喷支护，可以有效的为开挖和压力钢管安装等施工提供一个安全可靠的施工工作面。所述钢支撑为，采用120型工字钢，每榀钢拱架分4段制作，钢拱架间中心距60cm，连接筋采用Φ25πιπι螺纹钢，环向间距为0.細，单根长为0.8m，与拱架焊接牢固。所述锚喷支护为，在每榀钢拱架上下两排分别布置自进式中空注浆锚杆，锚杆直径Φ 32mm,单长3m，环向间距 1.0m，锚杆与拱架焊接，注浆水灰比为1 1 0.5 1，注浆压力0.2MPa。在钢拱架和锚杆施工完成后，开挖面上挂Φ 6. 5i20 X 20cm钢筋网，并喷射C20砼。以下通过一个工程实施例来明确本发明的具体实施方式
，以更加明确本发明保护的对象和目的。工程背景松林河洪一电站压力钢管布置在压力前池进水室末端，管道为埋管布置，分为竖井段与斜井段，其中竖井段高度225. 8m,断面为圆形，开挖直径細，压力钢管直径2. 8m,钢管与混凝土之间回填60cm厚C20混凝土。竖井进口段前池位于洪坝河左岸漫哈沟右侧山脊上，该部位山体雄厚，地形呈缓坡状，现场地形坡度的实测结果为前池底高程起向下约80 米山坡坡度稍陡，平均为40°。前池下部的压力管道竖井段岩体受挤压破碎、板岩岩性的抗物理风化能力相对较弱，加之地质历史上的地下水活动的影响，岩体风化形成很深的全风化 强风化带，强风化带岩层中细小的和风化较为完全的物质在地下水活动的作用下被带出，岩体中留下较多的具有一定连通性的孔隙和小空洞。该竖井段围岩类别以IV、V类为主，尤其是上部126m左右V类围岩段岩石风化严重，极其破碎，围岩稳定性差，地下水丰富。
主要施工程序本发明的施工程序为井口盖重混凝土一深孔固结灌浆一自上而下竖井导孔施工 —自下而上竖井导井施工一扩挖施工。其中扩挖按照超前支护一扩挖一加强支护，加强支护包括钢支撑和锚喷。主要施工方案1、超前灌浆竖井所在位置岩石为强风化岩石，极其破碎，且在前池开挖时，在竖井进口附近发现几条纵向裂缝。为了确保前池稳定和压力竖井施工及运行安全，对整个前池底板进行固结灌浆处理，并在竖井周围布置2圈超前固结灌浆孔，分为A环和B环。A环灌浆孔布置半径3.細，距竖井开挖边线1. ，并在孔内安装Φ32πιπι钢筋；B环灌浆孔布置半径为lm。具体布置见附图1 竖井超前固结灌浆孔位布置图。在灌浆造孔施工过程中，岩石裂隙发育，并有较大断层现象出现，除个别灌浆段有返水外，大部分均无返水。在灌浆时，大部分段位由于吃浆量大，无回浆，施工中采取了浓浆、限流、间歇及待凝复灌等措施。2、导井开挖本竖井深度达225. 8m，但开挖断面仅为直径^!的圆形断面，施工难度较大。本竖井采用LM200型钻机先自上而下形成直径21. 6cm的导孔，再自下而上形成直径1. 4m的导井10。其中排除因钻机故障、停电等诸多不利因素影响导孔施工平均每天造孔15. 05m/天，最快进尺1. Om/h,最慢进尺0. 5m/h,平均进尺 0. 89m/h。导井施工，平均进尺0. 57m/h,最快进尺2m/h，最慢进尺0. 22m/h。该统计为排除因钻机故障、停电等诸多不利因素影响后的统计，从施工过程统计来看，施工进度主要受孔深的制约，造孔深度越深，单位时间进尺越小。3、竖井扩挖竖井岩石风化层厚、裂隙发育、完整性差、地下水丰富，以IV、V类围岩为主，经过综合考虑，采用自上而下分层爆破开挖，人工扒渣，渣料通过溜渣井溜到竖井底部，通过装载机将石渣运到指定渣场。为确保竖井扩挖安全，在A环孔内布置直径为32mm的钢筋，A环孔深65m，B环孔深80 100m，灌浆压力0. 3 0. 5MPa。1)施工准备竖井垂直提升设备采用在井口布置1套IOT电动双梁门式起重机，进行竖井扩挖、 支护等施工时物资和设备的提升。该竖井提升设备委托具有专业资质的公司设计、制作和安装，门机行走跨距为6m，起吊高度7. 5m，行走轨道分别布置于井口两侧。施工供风主要从集中供风站接Φ75πιπι供风钢管沿竖井井壁向下铺设，在距离工作面约30m处接胶管供风。施工供水主要采用自施工区的水池接Φ50πιπι钢管沿竖井井壁向下铺设，在距离工作面约30m处接胶皮软管，供风、供水管路均在井口设置控制阀门。施工用电主要为竖井内提供照明用电，在施工中主要采用电缆，随吊篮一起升降。施工通讯主要采用2种通讯形式，在150m以上位置采用高频对讲机，150m以下位置在井口和施工工作面设置电话，并配有电铃。2)扩挖施工
竖井扩挖自上而下分层进行，人工手风钻钻孔、周边光面爆破、乳化炸药非电毫秒起爆、人工扒渣、超前支护及开挖后锚喷支护的方法施工。扩挖出渣在竖井井底斜井内进行，用ZL30装载机装5t自卸汽车出渣，经斜井段及4#支洞运往弃渣场。为避免溜渣井堵塞和便于人工扒渣，严格控制爆块大小，施工中采用如下参数炮孔深度为1. 5 2m，孔排距0. 5 0. 7m,周边光爆孔距0. 5m,最大限度地降低爆破震动对围岩的不利影响，避免爆破岩石块度过大出现堵塞溜渣井现象。为便于导井开挖和出渣，竖井底部1#弯管“龙抬头”部位在斜管开挖时形成水平平台，并自竖井中心线延长到:3m位置，在竖井开挖时，竖井开挖线以外上下游各支立2榀钢拱架并锚喷混凝土，确保竖井施工安全。竖井出渣直接在底部利用ZL30装载机装5t自卸汽车运输到洞外渣场。3)支护如附图2和附图3所示的竖井扩挖支护示意，为防止雨水倒灌、井口石块等杂物掉入井内对竖井作业形成较大安全隐患，对井口 5m段采用钢筋混凝土锁口，该锁口高出地面 50cm，在锁口顶部周圈设置1. 2m高栏杆，该锁口混凝土布置结构混凝土以外。竖井扩挖前，在竖井周圈布置超前固结小导管，小导管采用Φ42πιπι钢管，单根长 4.0m。在距管口 0. 5m以下管壁钻Φ8_10mm注浆孔，孔距40cm，梅花型布置。管底割除两个楔形口后，做成尖状。注浆导管采用YT-观手风钻在开挖轮廓线上造孔，造孔直径50mm，导管走向与与竖井轴线夹角为30°，环向间距为30 50cm，孔深細。导管安装完成后，利用注浆机进行注浆，浆液水灰比为1 1 0.5 1，注浆压力0.2Mp，使浆液扩散到导管周围的岩层，从而减少扩挖造成大量塌方。在开挖后采用钢支撑连同锚喷加强支护，钢拱架采用120型工字钢制作而成，为便于运输和安装，每榀拱架分4段制作和安装。每茬炮开挖完成并安全撬挖后，立即进行钢拱架安装。分段制作完成的拱架由3m3装载机自制作场转运到井口吊笼内，利用IOT门机吊装到施工现场拼装。拱架间中心距60cm，连接筋采用Φ 25mm螺纹钢，环向间距为0.細， 单根长为0. 8m，与拱架焊接牢固。考虑到钢拱架支立后为悬空结构，而岩石破碎，稳定性差，为避免过大垂直压力出现安全事故，在每榀钢拱架上下两排分别布置自进式中空注浆锚杆，锚杆直径Φ 32mm,单长:3m，环向间距1. Om,每榀拱架共计观根。要求该锚杆与拱架焊接牢靠，注浆水灰比为 1 1 0.5 1，注浆压力 0. 2MPa。在拱架和锚杆施工完成后，立即开挖面上挂Φ6. 5@20X20cm钢筋网，钢筋网与锚杆等固定牢靠。钢筋网安装验收完成立即喷射C20砼，对由于地质原因引起的垮塌和超挖部分必须利用喷砼回填，喷平至钢拱架内侧面，即喷射混凝土成型后断面半径为2m，满足设计标准断面。4)安全观测在竖井开挖过程中，每隔20m在已支护的井壁设置观测点，利用钢卷尺对角测量变形情况。同时在施工过程中，不定期对井壁喷混凝土进行观测，是否出现裂缝等安全隐患，以便发现问题及时处理和解决。开挖前对不良地质段采用超前灌浆，由反井钻机开挖导孔和导井，扩挖前利用注浆小导管7超前支护，开挖后采用“钢支撑+锚喷”加强支护等施工工艺，可有效解决在不良地质条件下小断面、深竖井工程开挖施工。 如熟悉此技术的人员所了解的，以上所述本发明的较佳实施例仅用于帮助了解本发明的实施，并非用以限定本发明的范围，而熟悉此领域的技术人员于领悟本发明后，凡其他未脱离本发明的实质范围下，所完成的些许更动润饰及等效的改变或修饰是允许的，其专利保护范围应当视为包含在本专利申请范围及其等同领域中。
权利要求
1.一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于包括如下施工步骤 第一步在竖井井口所在位置浇筑盖重混凝土；第二步在盖重混凝土上布置两圈超前固结灌浆孔，并在灌浆孔内设置锚筋束，灌浆孔的孔深为竖井深度，锚筋束深度同灌浆孔深度；第三步采用反井钻机自上而下钻设成竖井的导孔； 第四步采用反井钻机自下而上钻设成竖井的导井； 第五步扩挖前的超前支护； 第六步竖井自上而下造孔爆破扩挖； 第七步扩挖后加强支护。
2.根据权利要求1所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于其中， 所述第三步中的导孔为Φ21. 6cm的导孔；所述第四步中的导井为Φ 1. 的导井；所述第五步中的超前支护为在竖井周圈布置超前注浆小导管，在距小导管管口 0. 5m 以下管壁钻Φ8-10πιπι、孔距40cm、梅花型布置的注浆孔，管底割除两个楔形口后，做成尖状，导管走向与竖井轴线夹角为30°，环向间距为30 50cm，孔深細；所述第六步的扩挖为采用人工自上而下直接造孔爆破，人工将石渣通过导井扒到竖井底部；所述第七步的加强支护包括钢支撑和锚喷支护。
3.根据权利要求2所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于所述竖井周圈布置的超前注浆小导管采用Φ42πιπι并且单根长4. Om的钢管。
4.根据权利要求3所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于在所述超前注浆小导管安装完成后，利用注浆机进行注浆，浆液水灰比为1 1 0.5 1，注浆压力0. 2Μρ，浆液扩散到导管周围的岩层。
5.根据权利要求2所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于所述扩挖前对井口 5m段采用钢筋混凝土锁口，锁口高出地面并在锁口顶部周圈设置栏杆，锁口混凝土布置在结构混凝土以外。
6.根据权利要求2所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于所述钢支撑为，采用120型工字钢，每榀钢拱架分4段制作，钢拱架间中心距60cm，连接筋采用 Φ 25mm螺纹钢，环向间距为0. 4m,单根长为0. 8m,与拱架焊接牢固。
7.根据权利要求6所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于所述锚喷支护为，在每榀钢拱架上下两排分别布置自进式中空注浆锚杆，锚杆直径Φ32·，单长 3m，环向间距1. 0m，锚杆与拱架焊接，注浆水灰比为1 1 0. 5 1，注浆压力0. 2MPa。
8.根据权利要求7所述的一种不良地质条件下的竖井施工方法，其特征在于在所述钢拱架和锚杆施工完成后，开挖面上挂Φ 6. 5@20 X 20cm钢筋网，并喷射C20砼。
全文摘要
本发明公开了一种不良地质条件下的竖井施工方法，其包括如下施工步骤第一步在竖井井口所在位置浇筑盖重混凝土；第二步在盖重混凝土上布置两圈超前固结灌浆孔，并在灌浆孔内设置锚筋束，灌浆孔的孔深为竖井深度，锚筋束深度同灌浆孔深度；第三步采用反井钻机自上而下钻设成竖井的导孔；第四步采用反井钻机自下而上钻设成竖井的导井；第五步扩挖前的超前支护；第六步竖井自上而下造孔爆破扩挖；第七步扩挖后加强支护。该发明有效的解决了不良地质条件下小断面深竖井的开挖，导孔施工前的超前固结、扩挖前的小导管超前支护及开挖后的钢支撑和锚喷的支护，有效的解决了导井开挖塌孔及扩挖后塌方对施工造成的影响。
文档编号E21D1/00GK102305075SQ20111017738
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者冯国忠, 刘平, 左峰, 张世民, 张惠忠, 彭玲, 李功强, 田勇华 申请人:中国水利水电第五工程局有限公司