大直径超深分水井工程施工技术

大直径超深分水井工程施工技术
荣加敏;汪富青;陈明明
【摘要】兰州市水源地建设工程以刘家峡水库作为引水水源地,全线采用隧洞引水到分水井,再经输水支线供往水厂,向兰州市供水.文章通过对其分水井工程施工采用的土方开挖边坡喷锚支护、逆作法支护施工、基岩固结灌浆、大体积混凝土施工温度控制、井壁结构混凝土翻模施工、井体内衬钢板制作、安装等施工技术进行了总结.
【期刊名称】《安徽建筑》
【年(卷),期】2017(024)005
【总页数】5页(P286-290)
【关键词】大直径超深分水井;边坡喷锚支护;逆作法;支护施工基岩固结灌浆;大体积混凝土施工温度控制;井壁结构混凝土翻模施工技术
【作者】荣加敏;汪富青;陈明明
【作者单位】安徽水利开发股份有限公司,安徽蚌埠233000;安徽水利开发股份有限公司,安徽蚌埠233000;安徽水利开发股份有限公司,安徽蚌埠233000
【正文语种】中文
【中图分类】TU745
兰州市水源地建设工程采用EPC总承包模式实施，总承包商为黄河勘测规划设计有限公司。

该项目以刘家峡水库作为引水水源地，从取水口经31.457km的输水主隧洞引水到隧洞末端设置的分水井，再经输水支线输送到两个水厂，向兰州市供
水。

我单位作为施工承包商，承担了主洞T30+930-T31+249部分、芦家坪支线和分水井工程等的施工任务。

分水井井底底板高程1652.885m，井口高程1753.385m，设计井深100.5m（不含底板厚3m）。

内径15m，1720.0m高程以上井壁厚1.5m，1720.0m高程以下井壁厚2.0m，井底板厚度3.0m。

高程1683.0m以下部位井壁内衬钢板厚
24mm，高程1683.0m-1735.0m段井壁内衬钢板厚20mm，1735.0m至井口段为清水混凝土结构。

分水井位于兰州市西固区柳泉乡寺儿沟内，井位处地面高程约1695.0m。

分水井地面以下深度约为45m，地面以上高度约为48m。

地下部分穿越的地层主要有第四系上更新成风成黄土、第四系中更新统冲积物和白垩系下统河口组薄层泥质砂岩和粘土。

黄土厚度约20m，土体孔隙较大，局部较松散，黄土在干燥状态下具有一定的强度，而遇水湿陷，强度迅速降低破坏垮塌；黄土下是5m厚的砂砾石，稍密～中密，胶结程度一般。

黄土和砂砾石段围岩类型为Ⅴ类。

现向下是20m厚的基岩段，岩性为白垩系薄层～中厚层强风化～弱风化泥质砂岩和砂质泥岩，分水井基础坐落在弱风化泥质砂岩上，围岩以Ⅳ类为主。

地下水位线位于井底建基面下约10m。

①土石方：土方量9200m3，爆破石方量3768 m3。

②钢内衬：采用20mm、24mm厚的Q235C钢板；共计约 715t，锚筋 1.5t，钢板粘胶：176.73m2；
③混凝土：高程1720.0m以上采用C35W6F300，高程1720.0m以下采用
C35W8F200；逆作法超宽0.5m范围采用C35素混凝土回填。

其中C35混凝土（分水井）10629.78m3，C35混凝土（回填）765.76m3，共计11395.54m3。

④钢筋：Ⅲ级钢，φ18钢筋 70.25t，φ22钢筋49.03t，φ25 钢筋 90.59t，φ28
钢筋 719.57t，φ32 钢筋 748.53t，φ36 钢筋 332.92t，共计约 2010.88t。

根据工程设计及地质条件，采取的施工顺序是先从地面向下逆作法边开挖边支护形成井孔。

达到设计底高程后，浇筑底板，自下而上分层施工井壁到自然地面，再向上分层施工到设计井口高程。

主体完成后，进行井周回填，安装监控监测、钢爬梯、井盖等附属设施。

工程施工管理中，应用的新技术主要有以下几项：
①土质边坡、基岩井壁锚杆、喷射混凝土防护技术；
②逆作法施工开挖、支护成孔技术；
③井壁、井底岩基固结灌浆加固处理技术；
④大体积混凝土施工温度控制技术；
⑤地面以上井壁结构翻模施工技术；
⑥井身厚钢板内衬制作、安装技术；
⑦高、深构筑物安全防护技术。

分水井位于两山之间的山坳内，依分水井的平面尺寸及施工作业面的要求，需开挖两侧山体，清除原山坡植被，创造施工作业面。

为保证施工期间，被开挖的山体边坡稳定，综合工程地质、水文、降水等外在因素，保证施工安全，采取锚杆、钢筋挂网喷射混凝土防护技术进行边坡保护。

施工时两侧边坡采用三级台阶开挖，坡顶开挖截水沟导流，坡脚开挖排水沟集中排水，坡面锚杆、钢筋挂网喷射混凝土防护。

台阶高度为10m，平台宽度为2m，坡率1∶0.5。

砂浆锚杆采用Ф20mm螺纹钢制作，锚杆设计长度为第一级台阶长5m，二级及以上边坡为7m和9m交叉使用；“L”型钢筋定位卡采用Ф12mm螺纹钢筋弯曲成型。

钢筋网片采用φ6钢筋制作，网格间距为15cm×15cm，网格间搭接长度为1～2
个方格网，接口处采用单面焊满焊。

通过电算演示，采用GPS设备测放出坡顶开挖线，在开挖线外开挖截水沟，喷射
混凝土防护。

边坡分层开挖，每层高度3m，随即施工锚杆、挂钢筋网及喷射混凝土80mm厚进行防护，再进行下一分层的开挖及防护，直到达到预定高程。

较硬岩层段的井壁采用锚杆、钢筋网片及喷射混凝土支护，详见图2。

锚杆采用
Φ*********，L=7.0m，Φ*********，L=9.0m，7m与 9m间隔正方形布置，挂Φ6@150mm钢筋网；喷射15cm厚C20混凝土。

成孔后内直径为
20m。

锚杆采用风钻成孔，保证孔深及间距布置。

灌注水泥浆：采用M25强度水泥砂浆，用搅拌机搅拌均匀，搅拌时间不低于2min。

搅拌好后将注浆管插入距孔底不小于40mm，通过注浆泵加压，灌注孔底，缓慢拔出注浆管，直至砂浆饱满，稍后需
补浆1～2次，以保证锚杆密实。

喷射混凝土在锚杆、挂网安设完成后两次喷射混凝土达到到设计厚度，喷混凝土采用湿喷机进行喷射作业。

喷射混凝土的厚度由短锚杆或其它预埋在岩石中的标志物露出浆面的高度来控制。

井底高程为1652.885m，井底底板厚3m，边坡开挖后的施工地面高程为
1695.00m，成孔井深为37.115m。

根据工程地质、水文、降水等因素，地面以下的井孔采用逆作法施工，边开挖、边支护成井技术。

为保护井内施工安全，在地面先施工锁口圈梁，以确定井位并保护井口，在锁口圈梁上现浇混凝土栏板，高1.5m，以防护施工安全。

根据地质报告分层知，1675m高程以上为土体开挖。

根据土质及边坡稳定情况，前期每层按1m进行循环。

0.5m3挖掘机在井孔内大面积开挖，接近井壁处人工
修凿井壁面，土料装入料斗，井外安装的门式起重机起吊到井外卸料。

该段井壁支护采用钢筋混凝土，壁厚800mm，双层钢筋网片，竖向钢筋为Ф16@200，水平环向钢筋按不同井孔深度分段调整，依次为Ф18@200（10m），Ф22@150
（10m），Ф25@150（5m）。

每层开挖后，绑扎钢筋网，立定型钢模板，浇筑混凝土。

浇筑混凝土后，成井内直径为20m。

钢筋下端插入到未开挖土层60cm，上端与上层预插钢筋绑扎连接；底部间断1m埋侧斜向板，拆除斜向板后，作为下层浇筑混凝土的下料口，以保证上下段混凝土接合密实。

在施工到5m深后，加大了每个循环层的高度，由1.5m并渐进扩大到2.0m，直接做完松散岩层界面。

按设计文件到达1670.0m时达到较硬岩层面。

较硬岩层段的井壁采用锚杆、钢筋网片及喷射混凝土支护。

锚杆采用
Φ*********，L=7.0m，Φ25*******，L=9.0m，7m与9m间隔正方形布置，挂Φ6@150mm钢筋网；喷射15cm厚C20混凝土。

成孔后内直径为
20m。

较硬岩层段采用控制爆破的方法对开挖的中部进行松动爆破，接近井壁处采用控制光面爆破。

鉴于本井筒直径较大的特点，防止爆破产生应力对支护结构的影响，每节段爆破分两部分完成，第一部分先爆破井中心直径13.6m范围内石方，第二部分为爆破周围剩余石方。

每层开挖厚度按1.5m控制，直至达到设计井底开挖高程1649.885m。

分水井底板设计厚度为3m，直径20m，混凝土方量为942 m3；1730m-1652.885m（井底）段井壁厚2.5m；1730m以上到1748.385 m（井口）段井壁厚2.0m。

井身周长为62.8m。

高程1720m以上采用C35W6F300混凝土，高程1720m以下采用C35W8F200混凝土。

依结构尺寸、结构特点及工程性能要求，分水井底板与井壁混凝土按大体积混凝土进行温度裂缝控制。

混凝土温度裂缝控制从结构设计、原材料选择、配合比设计、施工组织安排、混凝土温度控制、养护和表面保温等方面采取综合措施，防止混凝土出现裂缝。

采取综合温控措施，使混凝土最高温度控制在规范允许范围内。

高温季节施工时，宜采取下列措施：缩短混凝土运输及等待卸料时间，入仓后及时进行平仓振捣，加快覆盖速度，缩短混凝土的暴露时间。

混凝土运输工具有隔热遮阳措施。

采用喷雾等方法降低仓面气温。

混凝土浇筑宜安排在早晚、夜间及阴天进行。

混凝土平仓振捣后，及时采用隔热材料覆盖。

在满足混凝土各项设计指标的前提下，采用水化热低的水泥，优化配合比设计，采取加大骨料粒径，改善骨料级配，添加掺合料、外加剂和降低混凝土坍落度等综合措施，合理减少混凝土的单位水泥用量。

28d龄期内的混凝土，在气温骤降前进行表面保温，必要时进行施工期长期保温。

浇筑面顶面保温至气温骤降结束或上层混凝土开始浇筑前。

在气温变幅较大的季节，长期暴露的基础混凝土及其他重要部位混凝土，加强保湿、保温。

模板拆除时间应根据混凝土强度及混凝土的内外温差确定，并应避免在夜间或气温骤降时拆模。

在气温较低季节，当预计拆模后有气温骤降，应推迟拆模时间；如确需拆模，应在拆模后及时采取保温措施。

在井底大体积混凝土浇筑前，进行了混凝土温度验算，为安全起见，在底板内布设双层钢管加工的U形降温冷却水管，并在不同部位埋设混凝土测温仪。

在混凝土
浇筑时，用高压泵注水形成流动的水流，结合测温仪监测的温升数据，及时调整水流流速，将混凝土内部温升控制在规范允许范围内。

根据测温仪数据，对比混凝土内部、外部温度，通过推迟拆除模板、对混凝土保温处理等措施，将温差控制在规范允许范围内。

通过对混凝土浇筑顺序、起始点和分层厚度等施工组织，保证的混凝土振捣质量，同时满足一个循环混凝土初凝时间的要求，避免出现冷缝。

岩石段井周及井底设计采用固结灌浆措施进行加固。

井周灌浆孔呈放射性布设，井底垂直向下布设。

固结灌浆孔直径为76mm，孔深8.0m，井周正方形布置，井底同圆心圆环状布置，间排距2.5m，裸岩灌浆，灌浆压力为0.5MPa。

固结灌浆孔
孔位与锚杆交错布置。

质量检查标准是，基础岩体波速为1800m/s～2200m/s，固结灌浆后波速提高15%以上，若不能达到要求，采取补强灌浆等措施。

固结灌浆在初期支护达设计强度的70%时进行。

灌浆施工采用YT-28气腿式风枪配自制钻孔台车，沿混凝土衬砌预埋的孔口管进行钻孔，风水管路自开挖引入的主管上接入。

灌浆设备采用SGB6-10型灌浆泵，浆液采用ZJ-400型高速涡流搅拌
机拌制，采用泥浆泵输浆。

灌浆钻孔完成后，用高压水进行冲洗干净，安装灌浆管及灌浆塞进行灌浆。

灌浆按环间分序、环内加密的顺序进行。

灌浆孔呈梅花型布置，注浆采用“围、挤、压”方式，即先将注浆区圈围住，再在中间插孔注浆挤密，最后逐序压实。

遵循逐渐加密的原则，先钻、注第一序孔，而后开始第二序孔的钻进和注浆。

依次类推，从最低处孔开始，然后向两边交替对称进行，最后钻灌注高处的孔。

根据工程特点，地面以上井身结构，除在1720.0m以下有钢内衬段混凝土结构不需要内模板外，其他部分全部需要内、外模板。

现场已安装5610塔吊，经方案比选，上部井身混凝土结构采用翻模施工工艺。

按设计图纸定制钢模，经电算设计分块，确定每块模板的弧面，保持每块可以互换使用。

定制钢模高1.5m，各2套，供翻模循环周转使用。

每次浇筑的混凝土高1.5m。

内外模板通过对拉螺杆连接，与左右、上下模板内通过边框预留孔螺栓连接，使其形成整体并控制模板间缝隙。

当上一层模板内混凝土浇筑完成后，通过上层模板背面设置的操作平台，逐块拆除下层模板，由塔吊吊移后经检查、涂脱模剂后立放在上层模板上。

翻模时，先拆除当块模板的对拉螺杆、再拆除与左右模板的连接螺栓，模板顶与上层模板进行临时连接转换后，拆除与上层模板的连接，模板脱离混凝土面及周边模板后，经临时连接与上层模板设置滑轨的水平向外侧滑移后，由塔吊吊移到上层安装。

依此类推，模板安设完成后，进行
整体加固校正，浇筑本层混凝土后，将下层模板拆除翻到本层以上，以此循环进行。

分水井开挖支护后成孔内径为20m，设计分水井内径为15m。

1730m-
1652.885m（井底）段井身厚2.5m，外直径为20m；1730m以上到1748.385 m（井口）段井身厚2.0m，外直径为19m。

按设计要求，高程1683m-（井底）段分水井内衬钢板厚24mm，高程1735m-1683m段以下内衬钢板厚20mm，
高程1735m以上到井口段为清水混凝土结构。

钢板为Q235C级钢，钢板的除锈
及涂漆防腐在工厂内处理合格，焊缝处防腐处理按设计要求现场实施。

内衬钢板圆环采用电脑建模、分块，确定弧度，钢板在厂内集中加工，各片、块可通用。

钢板切割主要采用数控和半自动切割机下料，自动化坡口加工。

钢管管壁上预留灌浆孔在板片下料时使用空气等离子切割机制备。

板片钢内衬卷制：钢内衬采用40×2500型三辊卷板机压头和卷板。

一个钢管单元制作完成及时进行涂装。

表面处理主要采用机械喷射法处理，油漆涂装主要采用机械法施喷。

内衬钢板是将加工钢片由工厂加工后运到现场，在拼焊工作平台上，内支撑通过可转丝调节的辐射型米字架支撑控制钢管环加工精度，详见图3、图4。

每个管环，装配2榀，通过连接，辐射型米字架支撑作为整体吊时的固定形状，直到吊入井
内就位完成后再拆除，用于下一管环的拼接及吊放就位。

分水井钢内衬安装利用布置在井口部位的1台130t汽车吊吊装对位。

地面以下部分安装完成后以米字架为施工平台；地面以上部分安装时的脚手架采用钢管搭设，脚手架座在已浇筑成形的井身衬砌素混凝土顶面，每隔4m安装一层扶墙杆与钢
内衬加劲环牢固相连。

钢内衬施工平台采用悬挂式施工架拼接搭设，每节悬挂架的标准长度为1.5m。

钢板在加工平台上及竖向接缝拼焊及就位后的环形水平缝焊接，均由高技术工人手工焊制。

在焊接实施前，对每位焊工进行了焊接考核及焊接工艺试验，合格后方可实焊，并对其成果进行探伤检测，作为焊工动态考核依据，确保
了工程焊接质量。

该结构施工过程中，做好人员上下通行及安全防护工作。

各施工环节所采取的安全防护措施主要有：
①从地面向下逆作法成井施工过程中，采用附着在孔壁上的螺旋式踏步楼梯满足人员上下安全通行要求。

踏步楼梯采用型钢焊接制作，踏步为6mm厚花纹钢板，直径40mm钢管栏杆及扶手，预先加工成定型节段。

每下挖一个循环，随即安装一个循环。

向下施工时，门式起重机配合施工过程中的其他起重吊运工作。

②在逆作法开挖过程中，开挖料经装料斗，由门式起重机垂直提升到地面倾倒。

因双料斗循环连续施工，为防止高空坠落伤及工人及机械，采取了如下安全防护棚保护措施。

对挖掘机操作室及主机加设了钢结构防护棚，在工人靠墙工作处设可移动的钢结构安全防护棚；同时加强对料斗斗门及钢丝绳、机械制动、电气设备进行检查，确保机械安全；通过合理组织及调度，做好井下通风及照明，及时保持信息通畅等措施。

施工中，未发生物体高处坠落及人员、机械受到物体打击伤害。

③分水井浇筑底板后，从下部向上分层施工井身结构。

随着结构的上升，施工坠落安全风险加大。

在施工过程时，按每层6m设置防坠平网。

在内衬钢板上焊接挂钩，将圆形平网周边纲绳挂在挂钩内，并沿直径方向分布布设纲绳，形成圆形平面全覆盖。

④井身结构高度超出地面后，拆除了门式起重机，安装塔吊，满足模板安装、材料吊运要求。

工人及零星材料、小型工具等，通过安装的人货电梯进出施工工作面，保证人员安全。

⑤翻模模板为定型钢模板，通过专门设计，满足强度、刚度及施工便利要求。

模板设计时，已考虑模板安装、拆除、翻移时的安全措施，在模板背面焊制上下两层安全定型工作平台，加设栏杆满足安全要求。

井深100.5m，内径15m的分水井，在国内的水利工程中也不多见，该工程在施
工前通过充分的技术策划及施工准备，采用了上述多项新技术，圆满完成了施工任务，现已具备验收条件。

工程的质量、进度、安全、成本等各项指标得到有效控制，达到了预期的目标。

【相关文献】
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