通风竖井塌孔处理施工措施探讨

□王雷（辽宁省水利厅）

通风竖井塌孔处理施工措施探讨

□王雷（辽宁省水利厅）

反井钻机在扩孔施工遇到软弱夹层或者围岩破碎地带时常常会伴随着塌孔突发事故，发生塌孔一般处理方法是向塌方处灌浆，待围岩固结后，继续扩孔，但此种方法由于注浆深度和效果不好控制，导致工期一般比较长。文章介绍某一在建工程在扩孔时距离地表还有10m左右时发生塌孔，针对此塌孔采用放坡开挖+混凝土回填的方式进行施工，此方法便于施工、处理时间短，且混凝土换填地表软弱岩层后能充分保证竖井成品质量。

塌孔、放坡开挖、回填混凝土

1 工程概况

辽宁某输水隧洞工程施工五标主要位于辽宁省抚顺市清原县和铁岭开原市境内，输水隧洞长35078.18m，桩号为95+806～130+884.18；为解决施工中通风、出渣等问题，隧洞沿线设4条施工支洞，分别为15#支洞、16#支洞、17#支洞及18#支洞；其中15#～17#支洞之间主洞全长15562.96m，为保障洞内空气环境，解决各工作面长距离隧洞通风难问题，增设4个通风竖井，利用风室内通风机从地表经竖井引入新鲜风，保证洞内钻爆施工环境达到要求。各通风竖井与主洞位置关系见图1。

图1 通风竖井与主洞位置关系图

其中3#通风竖井位于16#主洞下游桩号106+000位置，总深度为164m，成洞直径为2m，地表位于枸乃甸乡西郊山沟，井口位置位于河滩地内且紧邻一条长年流水的小河沟；竖井开挖采用反井钻机成孔，于主洞内采用大车出碴并运碴至弃碴场内。

2 塌孔情况及临时处理措施

3#通风竖井于2014年10月26日凌晨1：00发生塌孔，塌孔造成地面沉降，沉降面积约1602圆形，沉降深度2m。此时，反扩竖井已完成154m，距离地表仅剩10m左右。塌孔还造成竖井底部风室完全封堵，反井钻机、泵站及部分钻杆内陷塌坑，竖井施工被迫暂停。

塌孔后承包人及时上报项目部，由项目经理带队立即赶往现场指挥救援，塌孔范围5m开外和底部风室均设置警戒，并加强照明，设专人24h看守；为避免井身积水后清理底碴存在安全风险，立即配置水泵进行抽水并安排专人24h看守水泵同时底部风室立即开始扒渣[1]，扒出碴量合计约310m3，初步估计，目前井口钻头位置已被渣土封堵，钻杆钻头被卡。

3 施工方案及方法

3.1 施工方案选择

根据现场实际情况，承包人联合北京中煤矿山工程有限公司相关负责人初步制定两种施工方案，再从安全、经济、时间、资源配置等因素综合确定最终施工方案，初步方案如下,方案一：保持钻机姿态+地表注浆。固定钻机，地表注浆固结下部软岩后，利用钻机可带角度施工的特点，斜向上继续完成剩余部分扩挖成井。方案二：放坡开挖+混凝土回填。先利用地锚或钢梁固定被卡钻头钻杆，防止其坠落，断开钻杆和主机的连接，利用吊车将主机部分移走，之后采用大型挖机放坡开挖，被卡钻头松开后用吊车移走钢梁和钻杆钻头，继续放坡开挖至成型井口后，采用吊车下放直径为3m的钢管（直径大于井身直径）密贴成型井口作为混凝土模板，回填混凝土，逐层向上，直至地面。

3.2 方案比选

3.2.1 方案一

优点：避免对坍塌体造成二次扰动，固结注浆后能改善井口围岩条件。

缺点：施工时间长，工艺复杂，注浆深度和注浆效果难以控制。

3.2.2 方案二

优点：易于实施，能保全设备，混凝土换填地表软弱岩层，能充分保证竖井成品质量和使用期限。

缺点：深基坑放坡开挖需扩大临时征地面积，增加抽水力度。

根据现场实际情况，以按照“最安全、最经济、最快速和最大程度减小损失”的原则，承包人采用第二种方案实施。

3.3 施工方法

按照第二种施工方案，塌孔处理施工顺序：底渣积水处理→主机拆除→固定被卡钻杆钻头→放坡开挖→渣土倒运→底座钢梁及被卡钻杆钻头拆除→吊装钢管模板→回填混凝土→逐层滑模回填混凝土→井口防护。

3.3.1 底渣积水处理

采用PC220型挖掘机扒渣，50型装载机配合自卸汽车出渣，保证井底不封堵和积水，同时增加水泵数量和功率，增大洞内水泵抽排水能力。风室靠主洞端利用渣堆作临时挡护，防止坠物伤害。

3.3.2 主机拆除

由于钻杆钻头卡死，必须将钻杆与主机分离，将钻机反转，松开与主机连接的钻杆（若不能松开第一节钻杆，则必须采用气焊切割断开），之后采用70t吊车将主机部分移走，吊车进场前要平整场地以满足吊车支立的必要条件。

3.3.3 固定被卡钻杆钻头

主机移走后，采用100t汽车吊固定底座钢梁和被卡钻杆钻头。

3.3.4 放坡开挖

采用PC220型挖掘机先挖出一条探洞，探明钻头下部塌体情况（包括范围、深度等），再按照坍塌体深度和范围确定放坡开挖范围，由于该段围岩无自稳能力并伴有渗水，放坡开挖地面下0～10m应≥1：1，地面下10～15m应≥1：1.50，大面积开挖前，应根据测算完成需扩征的地界，并做好防护措施。

3.3.5 渣土倒运

由于施工场地局限，放坡开挖出的渣土，采用装载机配合自卸汽车倒运至临近的16#弃渣场，回填时再返回二次倒运。

3.3.6 底座钢梁及被卡钻杆钻头拆除

当开挖至被卡钻杆钻头露出后，采用100t吊车将底座钢梁连同钻杆钻头一起吊出拆装，开挖过程中，随时注意钻头活动情况，可增加必要的固定措施，防止二次扰动使钻杆钻头坠落。

3.3.7 吊装钢管模板

放坡开挖至硬岩段成井井口后，采用70t吊车将直径的3m，高度≤1.50m的钢管或混凝土管吊放置于井口，底部采用水泥砂浆密封。

3.3.8 回填混凝土

钢管模板安装到位后，采用混凝土罐车从16#洞拌和站运输C25混凝土至现场，利用长溜槽一次浇注至钢管模板顶部，采用75kW汽油发电机提供混凝土振捣用电。

3.3.9 逐层滑模回填混凝土

待初次浇注混凝土等强后，在混凝土平台上支立滑模，按1～1.50m层高控制，逐层将混凝土浇注至地面。

3.3.10 井口防护

为保证地表井口处无物体坠落，于地面以上设置高3m，厚0.20m，C25钢筋混凝土套管防护，顶部加盖钢筋网片封闭，Φ8网眼间距3cm×3cm，同时为避免雨季降水影响，加盖防雨棚遮挡。

4 安全保证措施

建立健全安全生产保证体系,设立专职安全员,全面落实安全生产制度和规程[2]。

人员必须集中精力，钻具需要立悬或摆放时，必须牢固垫稳，塌体附近的机械设备加强稳固，操纵岗位不得离人；放坡开挖必须严格按照合理的坡比进行开挖，挖掘机要设合理站立平台；井口操作开始前，必须通知井底作业人员，并在井底风室两端设置警戒，注意坠物。

5 结语

3#竖井塌孔处理共历时18d，处理完成后洞内通风效果显著改善，且竖井结构稳定，未出现二次坍塌。事实证明放坡开挖结合混凝土回填不论是从工期还是从安全、经济角度考虑均做到了最优。

[1]王克.青山嘴水库泄洪隧洞竖井施工中塌方处理初探[J].四川水利发电，2008(2)：98-103.

[2]孙西振.旋挖钻成孔在钻孔灌注桩中的应用[J].江淮水利科技，2014(2)：46-48.

（责任编辑：韦诗佳）

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2016-05-18