钢围护倒挂井式开挖在某水库除险加固工程中的应用

2012-08-15汪新开

中国科技信息 2012年6期

关键词：心墙渗透系数围护结构

汪新开

浙江鼎川建设有限公司，浙江兰溪321100

钢围护倒挂井式开挖在某水库除险加固工程中的应用

汪新开

浙江鼎川建设有限公司，浙江兰溪321100

混凝土井圈倒挂井是进行深井内作业的常用方法，但其进度慢，施工环境差，施工单位对此类施工常有畏难心理。在此例施工中，采用钢围护方式进行开挖施工进度快，相对安全保障高，对较大宽度的井下施工有较好的适应性。

钢围护；倒挂井

1 采用钢围护倒挂井式开挖的原因

某水库除险加固工程中有两处涵管，分别为电站引水涵管与灌溉涵管。其中电站引水涵管因埋设位置较高，按全部挖除重新填筑坝体的方法进行处理，灌溉涵管由于埋深较深，在设计时采用了将整段涵管用混凝土进行封堵，同时加以回填灌浆的处理方法，对于涵管顶部的老黏土心墙，则采用黏土套井方法进行施工。

在随后的施工过程中，有专家建议应该对心墙部位的老涵管进行彻底的处理，针对专家提出的建议，参建各方进行了认真的讨论，结合工程工期的要求与安全性的考虑，采用钢结构倒挂井的形式（钢围护开挖）对穿越心墙部位的老涵管进行了彻底的处理。

采用钢结构围护开挖有以下优点：

①开挖速度快

根据此类情况的常规开挖方法，一般是采用倒挂井方式开挖。由于老涵管宽度有2.5m米，按倒挂井常用尺寸φ800～1000毫米，需采用四井并联倒挂井的方式，由于倒挂井开挖需要等待混凝土强度上升到一定时间才能继续施工，按常规方法施工最快需要45天时间。

②施工安全

混凝土结构由于其破坏时先兆与钢结构相比不明显，无法更有效地防止安全事故的发生，采用钢结构围护形式，变形容易监测，对施工安全有极好的保证，能有效的防止重大事故的发生。混凝土结构的强度在初期难以保证，特别是当连续井圈较多时，结构更为复杂，结构强度的影响因素更多，容易发生安全事故。在这种情况下，钢围护优点较为突出。

2 主要设计方案

2.1 钢结构围护结构

2.1.1 钢结构围护尺寸的确定

由于老涵管宽度（外侧）为2.5m，心墙厚度（套井有效厚度）为1.56m，为保证质量，确定为钢结构围护外框尺寸为2m（上下游方向）×4m（左右侧方向）。

2.1.2 主要钢梁与围护板尺寸

围护结构在平面上制作成“日”字形，垂直方向边梁与中间梁均按1m间距布置，钢围护主梁在上部10m范围内选用I16#工字钢，下部采用I18#工字钢，围护钢板为厚12毫米钢板。在各主梁间均布置斜撑，其钢材型号为∠75#角钢

2.2 回填土质量要求

回填土的渗透系数与压实度要求与心墙相同，为≤1×10-5cm/h，压实度≥96%。

2.3 基础要求

要求将心墙范围内的原涵管彻底拆除，并清除其底部的其他附着物，开挖至基岩。回填时基岩以上1m范围内采用1:5水泥土。

2.4 周边套井

为保证钢围护开挖部位回填后与相邻心墙部位的防渗连续性，同时为检查回填部位的回填质量，在老涵管部位回填后与心墙接触部位再进行套井施工。

3 施工方法及过程

3.1 施工准备

先根据隧洞进出口位置与先前施工的黏土套井位置将老涵管位置在坝顶部位标示出来，确定开挖位置，同时按设计图纸加工钢围护结构。

在开工前仔细检查施工设备，以保证施工安全。本项目的主要施工设备为挖掘机（在坝顶以下4米以下部位施工用）、小型振动夯（心墙回填压实用）、冲抓钻（边界套井用）、卷扬机（吊运井内开挖土用回填土用），电焊机（钢围护安装用）。

3.2 施工程序

上部挖掘机开挖→吊入上部拼装好的钢围护结构→下部井下人工分层开挖→钢围护结构分层支护→开挖到涵管顶→拆除老涵管结构→涵管底开挖→基础验收→心墙土回填压实→分层拆除钢围护结构→边界套井开挖及回填→质量检查。

3.3 施工方法

3.3.1 上部开挖

由于上部四米内可直接利用挖掘机开挖，钢围护可事先拼装。开挖前先按测量点位在作业面上洒好灰线，按灰线开挖，灰线按预留开挖厚度10cm设置。挖掘机开挖后，对剩余的开挖量采用人工开挖，以保证其外廓尺寸。开挖完成经尺寸检验后将事先拼装好的钢围护结构整体吊入。

3.3.2 下部人工开挖

在下部开挖前，先安装出土卷扬机与爬梯，同时检查卷扬机的安全设施是否达到安全施工的要求。

限于井内尺寸，井内土方开挖采用人工挖掘方法，采用卷扬机吊运开挖土。一般情况下按1m深度一个循环分别进行开挖及支护作业。

钢板及型材均利用卷扬机进行吊运，在吊运前均由专业人员检查吊具的安全性与捆绑可靠性。钢结构焊接采用手工电弧焊。

当开挖到地质情况较差时，缩短每层开挖深度，及时进行钢围护支护。

当开挖到老涵管顶部时（涵管心墙上游侧已先行进行了混凝土封堵），采用电镐与风镐与人工撬挖对浆砌石体进行拆除，直至将砌体全部拆除，拆除老涵管后，对其下部基础进行开挖，挖到设计要求的基础为止。

基础经地质及相关质量检验人员检查后，按要求进行回填。

3.3.3 黏土回填

黏土回填土料采用吊篮吊入井内，由于施工空间狭小，采用JMBH30平板振动夯压实其激振力为300kg。对于边角点，采用人工硬木棍夯实。

在进行回填前，先对土样进行原材料试验，确定其土样能否达到渗透系数的要求，同时进行击实试验，取得其最大干密度值。然后分别对回填土进行铺填厚度分别为10cm、15cm的压实试验，取得实测数据后，按试验取得的数据成果进行实际施工。

实际施工时按要求进行土样压实度的检测，合格后方进行上一层填筑。对压实度检测的同时，每3m取样进行渗透系数的检测。

回填完一个围护高度后，拆除钢围护后再继续下一个循环的施工。

3.3.4 边界套井施工

边界套井施工方法与一般的套井开挖及回填施工方法相同，本工程采用CZ-8冲抓钻钻孔，采用800夯锤进行回填土的夯实作业。同理，对夯实次数与落锤高度进行生产试验，按所取成果进行实际施工。

4 施工中的主要质量控制方法

质量控制主要控制点为黏土心墙回填、二是边界套井回填压实度。

施工中主要抓住回填土质量、回填厚度、压实过程控制，原材料的含水率严格按照最佳含水率控制，及时对原材料进行含水率的监测，在心墙土与边界套井回填时，分别进行压实试验，取得施工控制数据后方能施工。

渗透系数与压实度均采用环刀取样，渗透系数根据设计应小于1×10-5cm/s。

渗透系数除用用套井开挖时取样外，还采用钻机取芯，再将土芯样用环刀取下，送检。

5 施工安全控制

施工安全控制分三个方面，一是从人员上保证，下井工作人员均进行岗前培训，对于卷扬机手，要求持证上岗；二是从设备上保证，保证设备的安全，做好电气保护，卷扬机钢丝绳做到每班检查，井下照明设备保证绝缘良好，井下配备通风设备，防止深井出现供氧不足引起人员受伤事故；三是从施工方案上保证，制定安全实施方案，安装与拆除钢围护均应按制定的顺序进行焊接与切割，在工作面上设置避高空坠落区，配备井上井下通讯设备。