CN111456737B - 一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，通过放在安装架上的顶起伸缩架将护壁钢管随着反井钻施工扩大孔逐节向上顶起，钢管起护壁作用，防止断层破碎带坍塌，可以保证反井钻扩大孔顺利完成施工，然后用水泥砂浆和砂砾石填充钢管与反井钻之间的缝隙，而后自上而下进行竖井开挖和衬砌。本施工方法有效地解决了复杂地质条件下竖井开挖过程中容易发生塌方问题，保证了工程安全，不仅快速可靠、并且经济简单，适用于水电和矿产等各类大直径竖井的施工。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程竖井施工方法，尤其是一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法。
背景技术
在水利水电工程建设中经常会遇到竖井施工问题，例如引水式电站中调压室竖井、地下厂房中的通风竖井等，竖井工程的安全施工关系着整个工程的质量和进度。因此，保证竖井施工安全显得尤为重要。
如图1所示，目前水利工程中竖井施工多采用反井法，首先利用反井钻机钻设先导孔17，再利用反井钻钻头15由下部隧洞13洞顶向上钻反井钻扩大孔18形成溜渣通道，最后从上向下正向开挖至设计断面后形成竖井19并进行一次支护和二次支护，12为岩渣。但工程中竖井深度较深，从几十到上百米不等，常存在竖井穿越岩体的断层破碎带14、或类别较差的岩体等不良地质情况，反井钻钻头15钻扩大孔穿越断层破碎带14时易形成塌方空腔16，塌方处理工期长、费用高、难度大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，施工方便、效果可靠、经济效益好，保证竖井施工安全。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，包括以下步骤：
1)完成下部隧洞的开挖及一次支护，并从地面钻设先导孔贯通至下部隧洞顶；
2)在下部隧洞内底部浇筑混凝土垫层，在下部隧洞的内壁安装支撑架并用长锚杆把支撑架固定在围岩上，确保牢靠；
3)待混凝土垫层强度满足要求后，在混凝土垫层依次架设安装架、顶起伸缩架，安装架和顶起伸缩架中间镂空，上部反井钻扩孔时，使石渣通过中间镂空下落到下部隧洞底部，顶起伸缩架由动力装置提供动力；
4)在下部隧洞内先导孔处安装反井钻钻头，首节的护壁钢管安装固定在顶起伸缩架上，调整顶起伸缩架，使首节的护壁钢管顶部与反井钻头的距离不大于20cm；
5)反井钻钻头提升钻进形成反井钻扩大孔，顶起伸缩架同步顶起首节的护壁钢管进入反井钻扩大孔，起到护壁作用，首节的护壁钢管顶部与反井钻头的距离始终保持不大于20cm；
6)当首节的护壁钢管的底部与支撑架平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架停止上升，清理下部石渣，把首节的护壁钢管底部锁定在支撑架上，下落顶起伸缩架，把第二节护壁钢管对应固定在顶起伸缩架上，顶起伸缩架顶起第二节护壁钢管上升，与首节对接，把两节护壁钢管接缝焊接牢固；解除首节的护壁钢管的锁定，反井钻钻头提升钻进，顶起伸缩架同步顶起第二节护壁钢管，当第二节护壁钢管的底部与支撑架平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架停止上升，清理下部石渣；
7)重复循环6)步骤，直至首节的护壁钢管顶出底面，多节护壁钢管形成钢筒护壁；末节的护壁钢管底部锁定在支撑架上；
8)用水泥砂浆封闭末节的护壁钢管底部和反井钻扩大孔之间的缝隙；从顶部把砂砾石填满护壁钢管与反井钻扩大孔之间的缝隙，固定护壁钢管；
9)从上向下开挖施工竖井，护壁钢管作为溜渣通道。
所述混凝土垫层厚度为15cm。
所述先导孔直径为φ216～φ270mm，反井钻扩大孔直径为φ1.0～φ2.2m，护壁钢管外径比反井钻扩大孔直径小100mm，分节设置，单节长1.5～2.0m。
所述末节的护壁钢管与反井钻扩大孔之间底部用水泥砂浆封闭后，上部采用砂砾石填充，砂砾石粒径为1～10mm。
本发明的有益效果是：弥补了传统灌浆处理的不足，例如工序复杂、经济效益差、工期长、保证率差等，做到了施工方便、效果可靠、经济效益好，保证水利工程中竖井施工安全。
附图说明
图1为现有技术的竖井施工方法的示意图。
图2为本发明的不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法的开挖剖面示意图。
图3为本发明的不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法的示意图。
图中：1—混凝土垫层、2—安装架、3—顶起伸缩架、4—支撑架、5—长锚杆、6—护壁钢管、7—先导孔、8—反井钻钻头、9—反井钻扩大孔、10—下部隧洞、11—断层破碎带、12—岩碴、13—下部隧洞、14—断层破碎带、15—反井钻钻头、16—塌方空腔、17—先导孔、18—反井钻扩大孔、19—竖井。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图2、3所示，本发明的不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，包括以下步骤：
1)完成下部隧洞10的开挖及一次支护，并从地面钻设先导孔7贯通至下部隧洞顶；
2)在下部隧洞10内底部浇筑混凝土垫层1，在下部隧洞10的内壁安装支撑架4并用长锚杆5把支撑架固定在围岩上，确保牢靠；
3)待混凝土垫层1强度满足要求后，在混凝土垫层1依次架设安装架2、顶起伸缩架3，安装架2和顶起伸缩架3中间镂空，上部反井钻扩孔时，使石渣通过中间镂空下落到下部隧洞底部，顶起伸缩架3由动力装置提供动力；
4)在下部隧洞10内先导孔7处安装反井钻钻头8，首节的护壁钢管6安装固定在顶起伸缩架3上，调整顶起伸缩架3，使首节的护壁钢管顶部与反井钻头的距离不大于20cm；
5)反井钻钻头8提升钻进形成反井钻扩大孔9，顶起伸缩架3同步顶起首节的护壁钢管6进入反井钻扩大孔，起到护壁作用，首节的护壁钢管6顶部与反井钻头的距离始终保持不大于20cm；
6)当首节的护壁钢管6的底部与支撑架4平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架3停止上升，清理下部石渣，把首节的护壁钢管6底部锁定在支撑架4上，下落顶起伸缩架，把第二节护壁钢管对应固定在顶起伸缩架3上，顶起伸缩架顶起第二节护壁钢管上升，与首节对接，把两节护壁钢管接缝焊接牢固；解除首节的护壁钢管的锁定，反井钻钻头8提升钻进，顶起伸缩架3同步顶起第二节护壁钢管，当第二节护壁钢管的底部与支撑架4平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架3停止上升，清理下部石渣；
7)重复循环6)步骤，直至首节的护壁钢管6顶出底面，多节护壁钢管形成钢筒护壁；末节的护壁钢管6底部锁定在支撑架4上；
8)用水泥砂浆封闭末节的护壁钢管6底部和反井钻扩大孔之间的缝隙；从顶部把砂砾石填满护壁钢管与反井钻扩大孔之间的缝隙，固定护壁钢管；
9)从上向下开挖施工竖井19，护壁钢管6作为溜渣通道。
所述混凝土垫层1厚度为15cm。
所述先导孔7直径为φ216～φ270mm，反井钻扩大孔9直径为φ1.0～φ2.2m，护壁钢管6外径比反井钻扩大孔直径小100mm，分节设置，单节长1.5～2.0m。
所述末节的护壁钢管与反井钻扩大孔之间底部用水泥砂浆封闭后，上部采用砂砾石填充，砂砾石粒径为1～10mm。11为断层破碎带。
例如，新疆某工程一级电站调压井开挖深度大，且开挖段内存在穿越不良地质段情况，下面结合本发明针对该调压井开挖施工作详细说明。
工程基本情况：下部隧洞断面尺寸7.4m×7.4m，竖井高为120m，内径12m，穿越不良地质段为Ⅴ类围岩。具体施工步骤如下：
1)完成下部隧洞的开挖及一次支护，并从地面开始钻设先导孔贯通至下部隧洞顶，钻设先导孔长度为120m，直径为270mm；
2)在下部隧洞内底部浇筑15cm厚混凝土垫层，并用长锚杆将支撑架固定在围岩内壁上，确保牢靠；
3)待混凝土垫层强度满足要求后，在垫层上依次架设2.85m高安装架、2.2m高顶起伸缩架，安装架和顶起伸缩架中间均镂空，以便上部石渣正常下落，顶起伸缩架由动力装置提供动力；
4)在下部隧洞内先导孔底部安装反井钻钻头，并将首节的护壁钢管安装固定在顶起伸缩架上，调整顶起伸缩架，使首节钢管顶部与反井钻头的距离为20cm，护壁钢管直径为1.2m，长度为2m；
5)反井钻钻头提升钻进形成反井钻扩大孔，扩大孔直径为1.4m，顶起伸缩架同步顶起首节的护壁钢管进入扩大孔，起到护壁作用，首节的护壁钢管顶部与反井钻钻头的距离始终保持20cm；
6)当首节的护壁钢管底部与支撑架齐平时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架停机，清理下部石渣，此时顶起伸缩架将首节的护壁钢管顶进2.2m，把首节的护壁钢管锁定在支撑架上，下落顶起伸缩架，把第二节护壁钢管对应固定在顶起伸缩架上，顶起伸缩架顶起第二节护壁钢管上升，与首节对接，把两节护壁钢管接缝焊接牢固；解除首节的护壁钢管的锁定，反井钻钻头提升钻进后，当第二节护壁钢管的底部与支撑架4平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架停机，清理下部石渣；
7)重复循环6)步骤，贯通反井钻扩大孔并形成钢管护壁；钢管护壁底部锁定在支撑架上；
8)用水泥砂浆封闭钢管护壁和反井钻扩大孔下部缝隙；从顶部把粒径为1～10mm的砂砾石填满护壁钢管与反井钻扩大孔之间的缝隙，固定护壁钢管；
9)从上向下开挖施工竖井，护壁钢管作为溜渣通道。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (4)
1.一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)完成下部隧洞(10)的开挖及一次支护，并从地面钻设先导孔(7)贯通至下部隧洞顶；
2)在下部隧洞(10)内底部浇筑混凝土垫层(1)，在下部隧洞(10)的内壁安装支撑架(4)并用长锚杆(5)把支撑架固定在围岩上，确保牢靠；
3)待混凝土垫层(1)强度满足要求后，在混凝土垫层(1)依次架设安装架(2)、顶起伸缩架(3)，安装架(2)和顶起伸缩架(3)中间镂空，上部反井钻扩孔时，使石渣通过中间镂空下落到下部隧洞底部，顶起伸缩架(3)由动力装置提供动力；
4)在下部隧洞(10)内先导孔(7)处安装反井钻钻头(8)，首节的护壁钢管(6)安装固定在顶起伸缩架(3)上，调整顶起伸缩架(3)，使首节的护壁钢管顶部与反井钻头的距离不大于20cm；
5)反井钻钻头(8)提升钻进形成反井钻扩大孔(9)，顶起伸缩架(3)同步顶起首节的护壁钢管(6)进入反井钻扩大孔，起到护壁作用，首节的护壁钢管(6)顶部与反井钻头的距离始终保持不大于20cm；
6)当首节的护壁钢管(6)底部与支撑架(4)平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架(3)停止上升，清理下部石渣，把首节的护壁钢管(6)底部锁定在支撑架(4)上，下落顶起伸缩架，把第二节护壁钢管对应固定在顶起伸缩架(3)上，顶起伸缩架顶起第二节护壁钢管上升，与首节对接，把两节护壁钢管接缝焊接牢固；解除首节的护壁钢管的锁定，反井钻钻头(8)提升钻进，顶起伸缩架(3)同步顶起第二节护壁钢管，当第二节护壁钢管的底部与支撑架(4)平齐时，反井钻钻头停机，顶起伸缩架(3)停止上升，清理下部石渣；
7)重复循环6)步骤，直至首节的护壁钢管(6)顶出底面，多节护壁钢管形成钢筒护壁；末节的护壁钢管(6)底部锁定在支撑架(4)上；
8)用水泥砂浆封闭末节的护壁钢管(6)底部和反井钻扩大孔之间的缝隙；从顶部把砂砾石填满护壁钢管与反井钻扩大孔之间的缝隙，固定护壁钢管；
9)从上向下开挖施工竖井(19)，护壁钢管(6)作为溜渣通道。
2.根据权利要求1所述不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，其特征在于，所述混凝土垫层(1)厚度为15cm。
3.根据权利要求1所述不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，其特征在于，所述先导孔(7)直径为φ216～φ270mm，反井钻扩大孔(9)直径为φ1.0～φ2.2m，护壁钢管(6)外径比反井钻扩大孔直径小100mm，分节设置，单节长1.5～2.0m。
4.根据权利要求1所述不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法，其特征在于，所述末节的护壁钢管与反井钻扩大孔之间底部用水泥砂浆封闭后，上部采用砂砾石填充，砂砾石粒径为1～10mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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