格构式复合井筒结构及施工方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术，具体涉及一种格构式复合井筒结构及施工方法。

背景技术：

随着我国经济建设的迅猛发展，能源需求越来越大，能源短缺问题愈益严重，新能源要全面代替传统能源还需时日。就我国现阶段能源的构成来看，煤炭能源仍然占据主要地位。因此新建一批大型煤矿是目前紧迫的任务。

但是，随着浅部煤炭资源的枯竭，向深部开挖，在深厚表土地层中建设新矿井将是煤矿建设所急待解决的重要问题。随着表土厚度的增加，出现了井壁设计难以解决的问题，无论是外层井壁或是内层井壁的设计，在考虑冻胀压力和全水压设计中都将出现井壁厚度太大或混凝土强度等级过高。同时，目前井筒工程支护基本都采用钢筋混凝土作为井壁材料，施工普遍绑扎钢筋网，支模、浇筑混凝土，存在施工现场绑扎钢筋工程量大，支护模板、浇筑混凝土工程量大的问题，并且传统井壁施工工艺，井壁在浇筑后初期强度较弱，强度达不到设计要求，在爆炸荷载反复作用下，容易产生裂隙，降低了井壁的实际强度，造成工程质量隐患。

因此，本申请提供一种格构式复合井筒结构及施工方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种格构式复合井筒结构。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

格构式复合井筒结构，包括外侧井筒和内侧井筒，所述外侧井筒的数量为多个，多个所述外侧井筒从上到下依次连接，所述外侧井筒设置在开挖的井洞内且外壁与井洞抵接，所述内侧井筒设置在所述外侧井筒内且外壁与所述外侧井筒的内壁通过混凝土连为一体；

所述外侧井筒由至少两个第一筒壁和两个第二筒壁构成，所述第一筒壁和第二筒壁间隔设置；

所述第一筒壁包括第一钢混层和设置在所述第一钢混层外壁的保温板，第二筒壁包括第二钢混层和设置在所述第二钢混层外壁的保温板，所述第一钢混层和第二钢混层均包括型钢骨架和浇注在所述型钢骨架四周的混凝土，所述第一钢混层的内部两端向内收缩形成一个限位槽，所述第二钢混层的内部两端向外延伸形成一个与所述限位槽配合的限位块，两个所述第一筒壁和两个第二筒壁依次环绕且相互间隔设置，所述限位块与所述限位槽卡接；

多个所述外侧井筒从上到下支护强度依次增强。

优选地，所述型钢骨架包括从上到下均匀设置的多个弧形的钢型格构梁和垂直设置在所述钢型格构柱两侧的多个钢型格构柱，所述钢型格构柱和钢型格构梁通过钢筋绑扎。

优选地，每个所述外侧井筒的底部的至少4根钢型格构柱向外延伸形成插接端，每个所述外侧井筒的顶部预留有与所述插接端配合的插接孔，上下相邻两个所述外侧井筒通过所述插接端和插接孔连接。

优选地，每个所述外侧井筒的顶部和底部的至少4根钢型格构柱向外延伸形成插接端，还包括多个冠梁，所述冠梁的顶面和底面均设置有至少四个与所述插接端配合的安装孔，上下相邻两个所述外侧井筒之间设置有一个所述冠梁，上下相邻两个所述外侧井筒通过所述插接端和安装孔与所述冠梁连接。

优选地，下方所述外侧井筒的钢型格构柱的横截面和钢型格构梁的横截面分别大于上方所述外侧井筒的钢型格构柱的横截面和钢型格构梁的横截面。

优选地，下方所述外侧井筒的钢型格构柱之间的间距和钢型格构梁的之间的间距分别小于上方所述外侧井筒的钢型格构柱之间的间距和钢型格构梁的之间的间距。

优选地，所述内侧井筒包括内筒钢筋骨架，所述内筒钢筋骨架四周浇筑内层混凝土。

优选地，所述保温板外壁设置有防水卷层，所述防水卷层外涂有石墨类材料。

本发明的另一目的在于提供一种格构式复合井筒施工方法，包括以下步骤：

非施工现场预制所述外侧井筒：

步骤1：绑扎钢型格构柱和钢型格构梁形成型钢骨架；

步骤2：铺设保温板并支模板形成浇筑腔；

步骤3：将型钢骨架放入浇筑腔，浇筑混凝土；

步骤4：在保温板外层设置防水卷层，在所述防水卷层外层涂抹石墨类材料；

施工现场吊装所述外侧井筒：

步骤5：将多个所述外侧井筒按照所述钢型格构柱和钢型格构梁的直径从大到小或按照所述外侧井筒的钢型格构柱之间的间距和钢型格构梁的之间的间距从小到大依次吊装至开挖矿井的井洞内；或在上下相邻两个所述外侧井筒之间吊装一个所述冠梁；

施工现场浇筑所述内侧井筒：

步骤6：绑扎内筒钢筋形成内筒钢筋骨架；

步骤7：支模板并从下到上分段向所述内筒钢筋骨架浇注混凝土。

优选地，还包括多个冠梁，所述步骤5中将多个所述外侧井筒和冠梁依次间隔吊装至矿井洞中井。

本发明提供的格构式复合井筒结构及施工方法具有以下有益效果：

(1)包括外侧井筒和内侧井筒，外侧井筒的数量为多个，多个外侧井筒从上到下依次连接，且多个外侧井筒从上到下支护强度依次增强，根据矿井深度设置井筒的支护强度，解决井壁厚度太大或混凝土强度等级过高的问题，实现工程优化的思想，避免了传统井筒的截面、配筋由上而下完全一样而造成的极大浪费；

(2)多个外侧井筒从上到下支护强度依次增强，用不同力学特性的构件分别用于预期损伤部位和非预期损伤部位，实现结构多道抗震设防及功能分化，有效防御地震作用带来的破坏，增强我国煤矿井筒的防震减灾能力；

(3)在非施工现场进行外侧井筒的型钢骨架绑扎、支模、浇筑混凝土等步骤，解决矿井施工现场工程量大，支护模板、浇筑混凝土工程量大的问题，建筑强度高、易于控制，解决了传统井壁施工工艺在爆炸荷载反复作用下容易产生裂隙，降低井壁的实际强度的问题，极大的降低了工程质量隐患。

附图说明

图1为第一筒壁的俯视图；

图2为第二筒壁的俯视图；

图3为的外侧井筒的俯视图；

图4为型钢骨架的平面展开图；

图5为本发明实施例1的外侧井筒的结构示意图；

图6为本发明实施例1的格构式复合井筒结构的示意图；

图7为本发明实施例2的外侧井筒的结构示意图；

图8为本发明实施例2的冠梁的结构示意图；

图9为本发明实施例2的格构式复合井筒结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种格构式复合井筒结构，具体如图1至图6所示，包括外侧井筒和内侧井筒1，外侧井筒的数量为多个，多个外侧井筒从上到下依次连接，外侧井筒设置在开挖的井洞内且外壁与井洞抵接，内侧井筒1设置在外侧井筒内且外壁与外侧井筒的内壁通过混凝土连为一体；本实施例中，外侧井筒在非施工现场进行预制，预制好后直接拉到施工现场进行吊装，内侧井筒1在施工现场的外侧井筒吊装外侧后直接完成施工。

具体的，外侧井筒至少两个第一筒壁3和两个第二筒壁4构成，所述第一筒壁3和第二筒壁4间隔设置；通过将外侧井筒分为四分部，方便后期的吊装。

如图1至图3所示，本实施例中，第一筒壁3和两个第二筒壁4均为两个，第一筒壁3包括第一钢混层和设置在第一钢混层外壁的保温板5，第二筒壁4包括第二钢混层和设置在第二钢混层外壁的保温板5，第一钢混层和第二钢混层均包括型钢骨架和浇注在型钢骨架四周的混凝土6，第一钢混层的内部两端向内收缩形成一个限位槽7，第二钢混层的内部两端向外延伸形成一个与限位槽7配合的限位块8，两个第一筒壁3和两个第二筒壁4依次环绕且相互间隔设置，限位块8与限位槽7卡接；多个外侧井筒从上到下支护强度依次增强。通过设置相互卡接的限位槽7和限位块8，使得相邻两个第一筒壁3和第二筒壁4互相制约，不易移动，在增加了安装强度的前提下保证了安装的效率；同时多个外侧井筒从上到下支护强度依次增强，根据矿井深度设置井筒的支护强度，解决井壁厚度太大或混凝土强度等级过高的问题，实现工程优化的思想，避免了传统井筒的截面、配筋由上而下完全一样而造成的极大浪费。

进一步地，如图4所示，本实施例中，型钢骨架包括从上到下均匀设置的多个弧形的钢型格构梁11和垂直设置在钢型格构柱12两侧的多个钢型格构柱12，钢型格构柱12和钢型格构梁11通过钢筋13绑扎。

为了提高稳定性，如图5所示，本实施例中，每个外侧井筒的底部的至少4根钢型格构柱12向外延伸形成插接端14，每个外侧井筒的顶部预留有与插接端14配合的插接孔15，上下相邻两个外侧井筒通过插接端14和插接孔15连接。

具体的，为了避免了传统井筒的截面、配筋由上而下完全一样而造成的极大浪费的问题，本实施例中，下方外侧井筒的钢型格构柱12的横截面和钢型格构梁11的横截面分别大于上方外侧井筒的钢型格构柱12的横截面和钢型格构梁11的横截面，随着地压减小，钢型格构柱12和钢型格构梁11退化成钢筋龙骨。

或者通过另外一种方式解决传统井筒的截面、配筋由上而下完全一样而造成的极大浪费的问题，即下方外侧井筒的钢型格构柱12之间的间距和钢型格构梁11的之间的间距分别小于上方外侧井筒的钢型格构柱12之间的间距和钢型格构梁11的之间的间距，也就是改变从下到上改变钢型格构柱12和钢型格构梁11的安装密度。通过钢型格构柱12和钢型格构梁11的横截面或间距的不同，实现工程优化的思想，提高井筒强度，节省材料，用不同力学特性的构件分别用于预期损伤部位和非预期损伤部位，实现结构多道抗震设防及功能分化，有效防御地震作用带来的破坏，增强我国煤矿井筒的防震减灾能力。

本实施例中，内侧井筒1包括内筒钢筋骨架，内筒钢筋骨架四周浇筑内层混凝土。这里的内筒钢筋骨架就是常见的钢筋龙骨，内侧井筒1强度要求较低，通过现场绑扎内筒钢筋骨架及浇注混凝土完成。

为了提高井筒结构的性能，本实施例中，保温板5外壁设置有防水卷层9，防水卷层9外涂有石墨类材料10。本实施例将保温、防水一次成型提高井筒使用寿命、有效解决井筒渗漏问题，防水卷层9外面涂刷光滑石墨类材料，减少井筒后期沉降变形。

在施工现场，根据需要将多个外侧井筒进行吊装，如图6所示，为两个外侧井筒安装后的结构示意图。

本实施例还提供了格构式复合井筒结构的施工方法，具体包括以下步骤：

非施工现场预制外侧井筒：

步骤1：绑扎钢型格构柱12和钢型格构梁11形成型钢骨架；

步骤2：铺设保温板5并支模板形成浇筑腔；

步骤3：将型钢骨架放入浇筑腔，浇筑混凝土6；

步骤4：在保温板5外层设置防水卷层9，在防水卷层9外层涂抹石墨类材料10；

施工现场吊装外侧井筒：

步骤5：将多个外侧井筒按照钢型格构柱12和钢型格构梁11的直径从大到小或按照外侧井筒的钢型格构柱12之间的间距和钢型格构梁11的之间的间距从小到大依次吊装至开挖矿井的井洞内；

施工现场浇筑内侧井筒1：

步骤6：绑扎内筒钢筋形成内筒钢筋骨架；

步骤7：支模板并从下到上分段向内筒钢筋骨架浇注混凝土6。

实施例2

如图7至图9所示，为了降低吊装的难度，本实施例中，每个外侧井筒的顶部和底部的至少4根钢型格构柱12向外延伸形成插接端14，还包括多个冠梁16，冠梁16的顶面和底面均设置有至少四个与插接端14配合的安装孔17，上下相邻两个外侧井筒之间设置有一个冠梁16，上下相邻两个外侧井筒通过插接端14和安装孔17与冠梁16连接，其余结构与实施例1相同，这里不再赘述。冠梁16高度低于外侧井筒高度，在吊装过程中插接端14与安装孔17更容易快速准确定位、互相插接，提高吊装效率，同时冠梁16起到一个过渡作用，进一步提高了支护强度和稳定性。在施工现场，根据需要将多个外侧井筒和冠梁16间隔进行吊装，如图9所示，为两个外侧井筒安装后的结构示意图。

上述格构式复合井筒结构的施工方法，具体步骤如下所述：

非施工现场预制外侧井筒：

步骤1：绑扎钢型格构柱12和钢型格构梁11形成型钢骨架；

步骤2：铺设保温板5并支模板形成浇筑腔；

步骤3：将型钢骨架放入浇筑腔，浇筑混凝土；

步骤4：在保温板5外层设置防水卷层9，在防水卷层9外层涂抹石墨类材料10；

施工现场吊装外侧井筒：

步骤5：将多个外侧井筒和冠梁16按照钢型格构柱12和钢型格构梁11的直径从大到小或按照外侧井筒的钢型格构柱12之间的间距和钢型格构梁11的之间的间距从小到大依次间隔吊装至开挖矿井的井洞内。

施工现场浇筑内侧井筒：

步骤6：绑扎内筒钢筋；

步骤7：支模板并浇筑混凝土。

需要说明的是，本实施例中，内侧井筒的浇筑为从下到上分段浇筑。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。