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井筒壁座

井筒壁座

井筒壁座

井筒壁座是控制地层压力,维护井筒围岩稳定,防止井筒开裂漏水,沿立井井帮构筑的地下结构物。按壁座材料和结构分为木井框,料石、弧形板井壁,混凝土、钢筋混凝土井壁,锚桿和喷射混凝土(锚喷)壁座等。

基本介绍

  • 中文名:井筒壁座 
  • 外文名:A well wall block 
  • 概述:维护井筒围岩稳定
  • 优点:防止井筒开裂漏水
  • 材料:木井框,料石、弧形板
  • 特点:立井壁座费用较高

简介

立井壁座是一项重要的结构性工程。壁座特点是混凝土标号高、厚度大、整体浇筑。採用冻结法施工的立井井筒,主要採用双层井壁,但壁座必须一次浇筑。在这个前提下,壁座处外壁应与内壁一起浇筑,这样就带来了外壁掘砌的临时支护问题。临时支护经常採用锚网喷支护,这样就带来了打锚桿可能破坏冻结管的新问题。

特点

立井壁座费用较高,有时占立井总费用的1/2~2/3。木井框结构简单,施工方便,但强度低,防火性差,仅用于中小型非煤矿山。料石壁座在中国于20世纪50年代至60年代初套用较多,由于施工劳动强度大,效率低,漏水严重,目前很少使用。弧形板壁座是用钢筋混凝土、铸铁或铸钢预製成的弧形板构件,组合装配而成。这种壁座方法,须在地面设厂预製,规格要求严,钢材消耗多。混凝土、钢筋混凝土井壁,强度大,封水性好,且易于实现机械化施工,是目前套用最广泛的壁座方法。对于不稳定的岩层或土层,为提高混凝土井壁的承载能力,预防其开裂漏水,国内外套用了多种複合壁座,获得良好的支护效果。
混凝土、钢筋混凝土壁座壁厚一般为0.2~0.5m,根据施工方案确定分段灌筑高度和施工方法。70年代起推广金属整体模板,用机械或液压起重系统,推动模板整体向上滑升,是混凝土灌筑施工工艺的重大改革,显着地提高井壁的施工速度。当井筒穿过不稳定的表土层、断层带或急倾斜岩层时,为提高支护的强度,採用钢筋混凝土井壁。在较稳定的岩层中,混凝土壁座与围岩密实结合,其抗剪力足以支承壁座自重。但在井颈、表土层、破碎带的下部,在井底车场马头门的上部,为保证井壁的稳定性和安全生产,需要砌筑壁座。壁座分单锥形和双锥形。前者用于较坚硬岩层,后者用于载荷较大或强度较低的岩层。壁座高度一般不小于壁厚的2.5倍,宽度不小于壁厚的1.5倍。

璧座临时支护方式的选择

主井:井筒壁座随外壁掘进完成并採用c3嗉砼支护,壁座掘进完成后外壁继续向下掘砌38m后转入套内壁施工。套内壁至壁座段停止套壁,採取打眼放炮将整个壁座段壁座处素砼破除,然后从下自上连续浇筑壁座。壁座破除后二次临时支护方式为借用绑扎的壁座外层竖向钢筋,沿竖筋外侧平铺网孔径不大于30mm的钢丝网。
副井:井筒在外壁掘砌至壁座上部两模(8.4m)位置时开始,利用模板加块方法将外壁模板直径扩大掘进直径至外壁外侧,也即把外壁外径作为模板直径(13.2m),留出了壁座空间,整个壁座段增加了c3嗦混凝土临时支护层作为壁座施工的临时支护,不再拆除。然后继续向下掘165m至井底,由下至上连续施工内壁和壁座。
风井:井筒壁座随外壁掘进完成并採用c3O素砼支护,壁座掘进完成后外壁继续向下掘砌47m至井底后转入套内壁施工。套内壁至壁座位置后停止套壁,採取打眼放炮将整个壁座段索砼破除,打少量锚桿,喷浆100mm,将壁座外层钢筋接下来作为壁座浇筑的二次临时支护。
在整体浇注壁座施工中壁座的临时支护方式直接关係到施工的安全,在此主要从施工安全和可靠性进行对比。
由于三个井筒壁座均处于冻结段,壁座荒径距冻结管距离均为2.75m,冻结管破坏后盐水外漏会对冻结壁造成影响,危及生产安全。因此壁座处的素砼临时支护破除时对冻结管的震动破坏较大,且打锚桿时可能击穿冻结管,应注意对冻结管的保护。
主井二次临时支护採取钢筋挂网支护,优点是:施工工艺简单,支护成本低,施工速度快,不会对冻结管造成破坏。缺点是:壁座素砼放炮破除后未打锚桿喷浆,围岩未封闭,暴露时间太长易造成围岩风化出现掉渣及片帮,存在较大安全隐患。
副井採用外层素砼支护,优点是:减少了放炮破除素砼支护时对围岩造成二次扰动和对冻结管破坏,施工安全係数高,简化了施工工序,施工速度快。缺点是:壁座与岩壁未直接接触;需要拆除并重新组装模板,施工工序繁琐;增大了壁座掘进半径放炮对冻结管的破坏性增大。
风井二次支护採取打锚桿挂网喷浆支护,优点是:施工速度快,施工简便,消耗材料少,支护成本低。缺点是:壁座素砼放炮破除时对冻结管有影响;打锚桿时可能损坏冻结管,导致盐水外漏引发事故,支护过程中暴露时间太长,可能导致锚喷开裂掉渣存在安全隐患。

施工过程中出现的问题

主井在壁座浇筑前拆除了C3O混凝土支护后,未採用锚喷支护对围岩进行加固和封闭,只採用绑扎外层钢筋加钢丝网保护,壁座浇筑期间,因围岩暴露时间过长出现大面积片帮,外环钢筋被挤压严重变形危及生产安全。因此不得不拆除原来二次临时支护,清理掉落矸石重新打锚桿挂网喷浆支护。拆除原临时支护并重新支护过程耗费时间长,对工期造成了影响,在拆除过程中亦存在较大安全隐患。打锚桿过程中,对两个冻结管造成了破坏,导致冻结管盐水渗漏。
副井採用在壁座外增加外层临时支护素砼层支护,未对冻结管造成二次破坏,不影响生产安全。但是壁座与岩壁未直接接触,壁座处摩擦力大大减小,今后是否会造成壁座下滑还有待时间验证。
风井二次支护採取打锚桿挂网喷浆支护,在打锚桿时未对冻结管造成破坏。由于壁座下部马头门、迴风道及内壁施工时间较长,壁座处喷浆不均匀,厚度较薄(30mm),造成浆皮开裂掉渣,外层钢筋(竖筋环筋)与钢丝网联合阻挡掉落岩块和浆皮,保证了施工安全。
主、风井在壁座处浇筑素砼临时支护时预留了爆破缝隙,爆破施工时未对井筒外壁造成影响。在壁座掘进完成至壁座混凝土施工前,通过对主、副、风井的外壁进行观测发现外壁未出现沉降现象。

总结

矿井井筒外壁为全基岩掘进,外壁掘进过程中在岩壁上形成了凹凸不平的表面,实际上相当于无数个小壁座,而且外壁混凝土与岩壁粘结牢固,其摩擦阻力足以支撑外壁重量,因此外壁的重力不会完全作用于井筒壁座上 但是内壁与外壁为较光面接触,其重量作用于内外壁摩擦力和井筒壁座之上,因此壁座的质量影响到井筒的质量,为保证井筒及壁座的质量,壁座需整体浇筑。要实现整体浇注,就要面对壁座区段的临时支护方式选择问题。临时支护主要考虑为壁座浇筑施工创造安全施工条件,因此选择安全可靠的临时支护方式,对于安全生产、缩短工期尤为重要。
矿井主、副、风井井筒壁座採用不同的临时支护方式,通过对比分析发现:壁座随外壁掘进并採用索砼临时支护是安全可靠的,并且在破除素砼时控制打眼角度,合理装药是不会对冻结管造成破坏;二次支护选择打锚桿挂网喷浆是比较合理的,但打锚桿时应控制好角度和深度,副井採用外层素砼支护虽简化了施工工序,施工安全,但是是否会造成井筒存在下沉仍需观测。因此,经过对比,个人认为:高家堡矿井风井井筒壁座的临时支护方式是安全合理的。
矿井主、副、风井壁座临时支护方式的选择和比较,可以为同样地质条件,同样结构井壁壁座的施工提供有益的参考价值。

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