里必矿井高回填土层副立井井架基础、临时锁口及冻结沟槽 联合施工技术

发表时间:2020/4/28   来源:《科学与技术》2019年20期   作者:张学亮
[导读] 里必矿井副立井采用冻结法施工,井口位于11m余高回填土层上。
        摘要:里必矿井副立井采用冻结法施工,井口位于11m余高回填土层上。采用大开挖水泥土换填方式处理地基施工井架基础时,同时施工冻结沟槽及临时锁口,冻结与掘砌单位合理平行作业联合施工,安全顺利完成施工任务且明显缩短了凿井筹备工期,为相似地质条件施工提供了借鉴。
        关键词:井架基础,回填土,水泥土换填,临时锁口,冻结沟槽
       
1 工程概况
        中煤华晋集团晋城能源有限公司里必矿井位于山西省晋城市沁水县,主采3号煤层,煤层平均厚度5.25m,生产能力4.0Mt/a,,矿井属煤与瓦斯突出矿井,采取综合开拓方式,工业广场内布置主斜、副立井,马邑工业广场内布置进、回风立井。
        副立井井口设计标高+769.3m,井筒净直径为10.5m,荒直径12.1m,净断面积86.6m2,井筒全深466m冻结深度101m,临时锁口深度10m。
        设计各类钻孔43个,其中冻结孔40个,测温孔2个,水文孔1个,冻结孔布孔圈径15.1m,开孔间距1.185m,冻结沟槽采用红砖砌筑,内圈(三七墙)半径6.48m,外圈(二四墙)半径8.45m,冻结沟槽净宽1.6m,整体高度为2.69m。
        井架基础采用C20混凝土浇筑,净高4.87m,基础上顶标高最高+1.24m,最低+1.00m。
2 地质条件
        副立井井口原始地坪标高+757.7m,设计标高+769.3m,经回填后现场标高+768.9m,回填土高度11.2m。井架基础位于高回填土层,而该回填土为素黄土(含大小不一的砾石超过15%),虽经过碾压,但强度无法满足井架基础地基强度要求,为防止凿井井架在井筒掘砌过程中产生不均匀沉降造成井架偏斜需对井架基础底部回填土进行水泥土换填处理。
3 施工方案
        里必矿井副立井井架基础地基必须处理,通过对夯实水泥土桩、混凝土灌注桩、大开挖水泥土换土三方案研究比较,最终选用大开挖水泥土换填方案。副立井凿井筹备期间正值雨季,对井架基础施工极其不利,工期紧张,如果井架基础、冻结沟槽、临时锁口采用传统的单项开挖,分期施工方法,施工困难、技术不合理且无法按期完成工程任务,考虑综合因素,确定采用联合施工技术。
        临时锁口上段5.14m、井架基础和冻结沟槽整体大开挖,井架基础底部回填土采用换填方式,换填材料2:8水泥土。施工井架基础时同时施工冻结沟槽及临时锁口;井架基础施工完成后,素土回填开挖区域至设计标高。
        临时锁口下段4.86m待副立井具备试挖条件时,利用凿井井架完成施工。
4 施工流程


图1 井架基础、临时锁口、冻结沟槽施工平面图

图2 井架基础、临时锁口、冻结沟槽施工部面图
5 施工方法
        根据水泥土换填设计方案,结合现场实测场坪标高,井架基础自现场地回填标高向下需开挖6.4m。开挖采用分台阶大开挖方式,第一平台开挖至冻结沟槽底板,第二平台开挖至井架基础换填水泥土底板。大开挖投入2台XE215型挖掘机、2台ZL50型装载机及2台8T自卸车配合运土。
5.1大开挖
        大开挖设备入坑设置通道宽6m,-15度下坡,坡道两侧1:0.5放坡。
5.1.1第一台阶开挖
        上台阶开挖以井筒中心为中心开挖半径上口20.21m,下口18.74m,深度2.94m(绝对标高+765.96m),上层台阶放坡系数1:0.5。
5.1.2第二台阶开挖
        第二台阶以第一台阶为平台继续以井筒为中心环形开挖,远离井心侧留0.5m宽台阶,近井心侧开挖半径8.79m,开挖上口宽9.45m,下口宽6.71m,深度3.46m(绝对标高762.5m),开挖长度75.82m,第二平台井筒侧基坑放坡系数1:0.3,其他方向放坡系数1:0.5。
5.1.3临时锁口开挖
        临时锁口以第一台阶为平台,以井筒荒断面为临时锁口净断面向下开挖深度1.9m,开挖半径6.4m,混凝土临时锁口壁厚0.35m。
5.2、井架基础施工
        第二台阶即井架基础开挖完成后进行基底夯实,夯实后的压实系数不小于0.95。夯实完成后铺设防水土工布进行分层虚铺厚度不大于300mm的2:8水泥土(水泥:素土体积比为2:8),水泥土厚度2.5m,水泥强度等级为P.O42.5普通硅酸盐水泥;素土最大颗粒不大于30mm,与水泥搅拌均匀;最佳含水量和最大干密度由现场实验确定。水泥土压实系数不小于0.95。每个井架基础水泥土换填面积6.7*7.7m,非换区素土回填。基底及换填土碾压夯实均采用18吨压路机静止压实2次,振动压实6次,对检测达不到设计要求的再进行电夯机夯实。
        水泥土换填至设计标高后,按设计要求进行井架基础钢筋混凝土垫层施工,钢筋砼垫层施工完成后回填素土至垫层上平。
        垫层施工完成后,同时绑扎4个井架基础钢筋,组立模板,搭设脚手架工作平台。模板加固完成后浇筑混凝土,至此井架基础施工完成。
5.3临时锁口施工
5.3.1 临时锁口上段施工
5.3.1.1 临时锁口上段第一段高施工(-5.14~-2.74m)
        井架基础垫层施工完成后,开挖临时锁口上段,井架基础立模期间,利用冻结沟槽环形底板作为环形吊挂井壁平台,施工临时锁口上段第一段高2.4m,临时锁口施工的上平标高为冻结沟槽的净底板标高,冻结沟槽底板厚0.5m,沟槽底板外边缘超出沟槽外边缘0.1m。
        临时锁口上段开挖至设计深度后,组立模板刃脚,刃脚抄平找正后绑扎满足2.4m段高施工的钢筋,预留便于向下掘砌、向上浇筑的钢筋连接头,冻结沟槽底板与该段临时锁口钢筋同时绑扎整体浇筑,钢筋采用HRB400型Φ20mm热轧带肋螺纹钢筋,间排距500×500mm,混凝土强度为C40,浇筑完成后该段临时锁口的上平标高即为冻结沟槽净底板标高。
5.3.1.2 临时锁口上段第二段高施工(-2.74~-0.48m)
        在井架基础回填土完成后,施工冻结沟槽净底板以上临时锁口上段第二段度2.26m(临时锁口净直径12.1m),预留井筒封口盘高度580mm。井筒内搭设环形施工脚手架以便于临时锁口施工期间的钢筋绑扎和模板组立。临时锁口内模采用装配式小模板,利用沟槽内墙作为临时锁口井壁外模(需要采取加固措施),壁厚0.43m,混凝土强度为C40。
5.3.2 临时锁口下段施工
        该段临时锁口待完成凿井筹备后,井筒具备试挖条件时,利用凿井井架施工
5.4冻结沟槽施工
        冻结沟槽底板完成后,开始红砖砌筑沟槽,地沟槽内外墙砌至1.8m高后放Φ140钢管横杆,采用25T吊车进行集配液圈的就位、安装、焊接,然后采用高压橡胶管进行集配液圈与冻结器的连接。最后内外墙再砌500mm后采用C20混凝土预制盖板封顶。
5.5 基础回填
        井架基础垫层施工完成后,回填第二台阶与垫层上平标高齐平;冻结沟槽与井架基础施工完成后,回填第一台阶至开挖前标高。
6总结
        在里必矿井特殊施工环境下,采用井架基础、临时锁口、冻结沟槽联系施工技术安全顺利完成凿井筹备工作,综合考虑了冻结、掘砌单位平行作业,科学合理且节约工期,为此类工程施工提供了借鉴与参考。
参考文献
[1]吴英家. 复杂地形下井架基础设计 《山西建筑》2017(8)
[2]武志娟. 特大型井架在大断面立井施工中的应用 《建井技术》2019(6)
[3]孙杰,瞿武,郭强. 立井冻结沟槽、临时锁口、井架基础联合施工技术  《建井技术》 2014(10)
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