立井井筒施工

第五章立井井筒表土施工立井井筒工程是矿井建设的关键工程。

我国立井井筒的特点：井筒深度大、断面积大、表土层厚、水文地质条件复杂。

因此，导致施工难度大，施工技术复杂、施工工期长。

虽然井筒工程量只占矿井建设工程量的5％左右，而施工工期却往往占建井总工期的40％～50％，而且凿井工程的总体布署，对后续工程会有很大影响。

因此，提高立井施工机械化装备水平，采用先进的施工技术，做好井内涌水的综合治理，是加快凿井速度，缩短凿井工期，提高工程质量和工效的有效措施，也是加快矿井建设速度和缩短建井总工期的关键。

立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。

表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。

由于表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。

所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。

近几年来，我国立井施工技术和机械化装备水平有了很大的提高。

其中表土施工技术和施工水平也在不断进步。

但在施工中仍然存在一些薄弱环节，尤其是深厚表土层中立井井筒的施工方法比较单一，施工技术还存在一些问题，制约着立井井筒的整体质量，因此必须认真总结经验，勇于创新，不断推进深厚表土层立井井筒的施工技术。

在立井井筒施工中，覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层。

由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，且一般均有涌水；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，对立井井筒施工方案的选择影响比较大。

表土通常是以土为骨架（主要是矿物和一些有机体），并和水、空气组成三相体，由于各个煤田的地质和水文条件的不同，土的结构性质（矿物成分和颗粒大小）、含水量、水压和渗透性，以及土层厚度和赋存关系等各项性能指标变化很大，反映在工程上的稳定性及施工时的难易程度差别也大。

其中对土层稳定性起决定作用的是土质结构性质和含水情况，而水对土的稳定性影响是很大的，如井内涌水处理不当，不但影响施工速度和质量，往往造成井筒片帮、壁后空洞、地面塌陷，以至直接关系到施工的成败。

按表土土质的结构性质，我国煤田表土层可归纳为以下四类：（1）松散性土层。

主要由砾（卵）石、砂和粉砂等非粘结性土质组成，颗粒间无粘聚力，呈松散状态。

土的颗粒愈大，透水性愈好，内摩擦力也愈大，其稳定性也增大。

其中细粒砂土，在水量及水压增大时呈流动状态，稳定性很差，称流砂，它是施工中最难处理的土层。

（2）粘结性土层。

主要由粘土及含砂量少的砂质粘土组成。

土层致密，均匀坚硬，塑性强，透水性少，含水量少，稳定性好。

（3）大孔性表土。

主要由多孔性黄土组成，大多为粉土颗粒，含有大量胶结物（石盐、石膏、碳酸钙等盐类）。

在受水浸湿前，强度较高，压缩性小，能保持直立的边坡；但一遇到水，胶结物松解溶化，土层变软，易于沉陷坍塌而失去稳定性。

（4）其它特殊土层。

主要包括膨胀土和岩石风化带。

膨胀士主要由亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩的特点，如膨胀性大的粘土等。

冲积层与基岩的交界处，常夹有一层岩石风化带。

其岩层松散、强度低、透水性强，有的还遇水软化、膨胀、崩解（如华东地区的红层）。

由于稳定性较差，在建井施工中，一般将它与第四纪冲积层一并考虑。

表土的物理力学性质，随着含水程度的变化而改变，水对不同类型的颗粒成分和结构性质的影响也是不一样的。

水能使土变软、液化，使颗粒间粘结力和内摩擦力减小，变成塑性或流动状态；水在土中产生静（动）水压力，增强了土的流动性；含有自由碱、酸和盐的水，对表土起化学作用；水量愈大，水压愈大，浸水时间愈长，土的变形愈大，土的稳定性也愈差，所以在表土施工中对水的处理应特别重视。

工程中按表土稳定性将其分成两大类：（1）稳定表土层。

包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。

（2）不稳定表土层。

包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。

由于表土层并非单一土层，往往是不同性质土层的互层，对于表土施工，主要应考虑其中不稳定土层的施工方法和措施，因为这类土层将严重影响施工安全和施工速度。

第一节立井井筒的锁口施工在井筒进入正常施工之前，不论采用哪一种施工方法，都应先砌筑锁口，用以固定井筒位置、铺设井盖、封严井口和吊挂临时支架或井壁。

根据使用期限，锁口分临时锁口和永久锁口两类。

永久锁口是指井颈上部的永久井壁和井口临时封口框架（锁口框）；临时锁口由井颈上部的临时井壁（锁口圈）和井口临时封口框所组成。

锁口框一般用钢梁（I20～I45）铺设于锁口圈上，或独立架于井口附近的基础上。

梁上可安设井圈，挂上普通挂钩或钢筋，用以吊挂临时支架或永久井壁。

见图5-1和图5-2。

图5-1 钢结构简易锁口框图5-2 钢木结构锁口框1－钢梁；2－U形卡子；3－井圈；4－挂钩；5－背板；6－垫木1－主梁；2－1＃副梁；3－2＃副梁；4－3＃副梁；5－临时井壁；6－灰土基础临时锁口的设计与施工应满足下列要求：（1）锁口结构要牢固，整体性要好。

（2）锁口梁一般要布置在同一平面上，各梁受力要均匀。

；（3）锁口梁的布置应尽量为测量井筒时下放中、边线创造方便条件。

（4）锁口梁下采用方木铺垫或砖石铺垫时，其铺设面积应与表土抗压强度相一致。

必要时，可用灰土夯实。

垫木一般不少于三层，而且要铺设平稳。

垫木铺设面积应与表土抗压强度相适应。

（5）锁口结构应有较强的承载能力，锁口梁支撑点应与井口有一定距离。

（6）临时锁口标高尽量和永久锁口标高一致，或高出原地表，以防洪水进入井内；（7）在地质稳定和施工条件允许时，尽量利用永久锁口或永久锁口的一部分代替临时井壁，以减少临时锁口施工和拆除的工程量；（8）锁口应尽量避开雨季施工，为阻止井口边缘松土塌陷和防止雨水流入井内，除调整地面标高外，还可砌筑环行挡土墙及排水沟；（9）矸石溜槽下端地面应有防止地面水流入井筒的措施。

第二节立井井筒表土普通施工法立井井筒表土段施工方法是由表土层的地质及水文地质条件决定的。

立井井筒穿过的表砌施工中井帮易于维护，用普通方法施工能够通过的表土层，其中包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。

不稳定表土层就是在井筒掘砌施工中井帮很难维护，用普通方法施工不能通过的表土层，其中包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。

根据表土的性质及其所采用的施工措施，井筒表土施工方法可分为普通施工法和特殊施工法两大类。

对于稳定表土层一般采用普通施工法，立井表土普通施工法主要可采用井圈背板普通施工法、吊挂井壁施工法和板桩法。

一、井圈背板普通施工法井圈背板普通施工法是采用人工或抓岩机（土硬时可放小炮）出土，下掘一小段后（空帮距不超过1.2m），即用井圈、背板进行临时支护，掘进一长段后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁，如图5-3。

如此周而复始，直至基岩。

这种方法适用于较稳定的土层。

图5-3 井圈背板普通施工法图5-4 吊挂井壁施工法1－井壁；2－井圈背板；3－模板；4－吊盘；5－混凝土输送管；6－吊桶1－井壁；2－吊挂钢筋；3－模板；4－吊桶二、吊挂井壁施工法吊挂井壁施工法是适用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。

为保持土的稳定性，减少土层的裸露时间，段高一般取0.5～1.5m。

并按土层条件，分别采用台阶式或分段分块，并配以超前小井降低水位的挖掘方法。

吊挂井壁施工中，因段高小，不必进行临时支护。

但由于段高小，每段井壁与土层的接触面积小，土对井壁的围抱力小，为了防止井壁在混凝土尚未达到设计强度前失去自身承载承能力，引起井壁拉裂或脱落，必须在井壁内设置钢筋，并与上段井壁吊挂，如图5-4。

这种施工方法可适用于渗透系数大于5m/d，流动性小，水压不大干0.2MPa的砂层和透水性强的卵石层，以及岩石风化带。

吊挂井壁法使用的设备简单，施工安全。

但它的工序转换频繁，井壁接茬多，封水性差。

故常在通过整个表土层后，自下而上复砌第二层井壁。

为此，需按井筒设计规格，适当扩大掘进断面。

图5-5 地面直板桩施工法1－外导圈；2－内导圈；3－板桩；4－打桩机；5－轨道三、板桩施工法对于厚度不大的不稳定表土层，在开挖之前，可先用人工或打桩机在工作面或地面沿井筒荒径依次打入一圈板桩，形成一个四周密封的圆筒，用以支承井壁，并在它的保护下进行掘进，图5-5为地面直板桩施工法。

板桩材料可采用木材和金属材料两种。

木板桩多采用坚韧的松木或柞木制成，彼此采用尖形接榫。

金属板桩常用12号槽钢相互正反扣合相接。

根据板桩入土的难易程度可逐次单块打入，也可多块并成一组，分组打入。

对于木板桩一般比金属板桩取材容易，制作简单，但刚度小，入土困难，板桩间连接紧密性差，故用于厚度为3～6m的不稳定土层。

而金属板桩可根据打桩设备的能力条件，适用于厚度8～10m的不稳定土层，若与其它方法相结合，其应用深度可较大。

四、表土普通施工法的辅助工作(一)表土施工提升工作表土施工提升方式可采用简易提升方式和标准凿井井架构成的提升系统进行提升。

简易提升方式可采用三角架、简易龙门架、帐幕式井架和汽车起重机等。

1.三角架采用三根ф159的无缝钢管，每根钢管焊上一块搭接钢板，并联接成一整体，管子底端焊一10mm厚的钢板，用螺栓与基础固定。

三角架高度根据提升要求确定，一般不低于6m。

使用1m3左右的吊桶，提升高度一般不应超过20m（小井可稍深些）。

2.简易龙门架它是由立柱和横梁组成的门式框架（图5-6），由于它的跨度可加大，对不同的井筒直径有较大的适应性。

它结构简单，组装拆卸方便，配以凿井绞车和1.5～2m3左右的吊桶，可用于深度不超过40m的表土施工。

3.帐幕式井架一般用钢管或木材制成，它的基本结构为四柱型（图5-7），根据荷载条件，在一面或数面加上斜撑，以增加其稳定性与承载能力。

它既可吊挂提升设备，还可悬吊其它施工设备与管线，可适用于垂深80～100m左右的表土施工。

4.汽车起重机汽车起重机是移动式的提升设备，机动灵活，不必另立井架，井口布置简单。

但它提升能力小，只能用于浅部的表土施工，常配以0.5～1m3的小吊桶，适用于深度不超过30m的井筒施工。

上述几种提升设备的提升能力小，施工速度慢，安全性差。

但其设备简单，安拆方便，适用于表土承载能力低的浅部表土施工。

图5-6 简易龙门架图5-7 帐幕式井架1－工字钢；2、3、4、5－无缝钢管骨架或支撑；6－吊桶1－提升天轮；2－滑架；3－提升钩；4－吊桶；5－拉条；6－方木；7－夹板；8－扁钢拉板当井口表土层条件允许、永久设备又能及时到货时，可一次树立永久井架，利用永久设备进行表土施工。

它可省去临时设备、设施的改装时间，缩短施工工期。