一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法与流程

本发明属于竖井施工，具体涉及一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法。

背景技术：

1、随着我国水利、交通等一大批基础设施工程的迅速推进，竖井开挖技术也得到了长足发展，我国竖井工程正朝着开挖深度深、开挖半径大这一特点发展，且竖井绝大部分在山岭峡谷中，工程地质条件也较为复杂。目前，大直径竖井的施工方法为全断面开挖法，存在施工进度慢、施工成本高等问题，特别是对于软弱地层，围岩稳定性更弱，大直径深竖井开挖更易引发安全事故，因此，应该提供一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其施工流程设计合理，利用井口段围岩超前灌浆支护和井口段初期支护能够减少井口围岩失稳的风险，通过阶梯式开挖方式进行大直径深竖井的井身开挖，能够改善软弱地层围岩稳定性差的问题，能够增强大直径深竖井的井身开挖的安全性，极大的提高了施工效率，缩短了施工周期。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：该施工方法包括以下步骤：

3、步骤一、施工锁口圈梁：

4、步骤101、开挖大直径深竖井的锁口圈梁的基坑，之后，施工锁口锚杆；

5、步骤102、搭建模板，先浇筑成型锁口圈梁的混凝土垫层,再浇筑成型锁口圈梁；

6、步骤二、安装龙门吊；

7、步骤三、开挖大直径深竖井的井口段；

8、步骤四、施工井口段围岩超前灌浆支护和井口段初期支护；

9、步骤401、在大直径深竖井的井口段的开挖轮廓外侧钻设多个呈圆形且等间距布设井口注浆花管；

10、步骤402、向所述井口注浆花管内注浆，注浆后的所述井口注浆花管与井口段的软弱岩层固结；

11、步骤403、施工井口段初期支护；

12、步骤五、阶梯式开挖大直径深竖井的井身：

13、将大直径深竖井的井身由上至下依次划分为m个循环开挖段进行施工，其中，m为正整数，在循环开挖段的井身横截面方向上，将大直径深竖井的井身分为n个井内台阶，所述井内台阶的数量n满足n＝0.4d，其中，d为大直径深竖井的直径，若计算得到n为小数，则将小数向上进位取整；在开挖第一个所述循环开挖段时，同时开挖n-1个井内台阶，在开挖第二个至第m个所述循环开挖段时，同时开挖n个井内台阶，相邻两个所述井内台阶之间的台阶开挖进尺h满足其中，l为循环开挖段的长度，n为井内台阶的数量；

14、多个所述循环开挖段的施工过程均相同，任意一个所述循环开挖段的施工过程为：

15、采用弱爆破方式同时开挖n-1个井内台阶或n个井内台阶，利用反铲挖掘机将岩渣送至龙门吊吊篮，由龙门吊吊篮将岩渣运出，所述循环开挖段的长度l的取值范围为4m～6m；

16、步骤六、施工井身围岩超前灌浆支护和井身初期支护：

17、步骤601、在完成任意一个循环开挖段的开挖后，沿着n个所述井内台阶的掌子面向所述循环开挖段的侧壁内钻设多个呈圆形且等间距布设井身注浆花管，所述井身注浆花管与大直径深竖井的井壁之间具有一个倾斜夹角α，所述倾斜夹角α的取值范围为30°～50°；

18、步骤602、向所述井身注浆花管内注浆，注浆后的所述井身注浆花管与所述循环开挖段的软弱岩层固结；

19、步骤603、施工所述循环开挖段的井身初期支护；

20、步骤七、重复步骤五至步骤六，直至完成所述大直径深竖井的开挖支护。

21、上述的一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：步骤一中，开挖所述大直径深竖井的锁口圈梁的基坑时，采用炮锤挖机破碎，反铲挖掘机出渣，待开挖作业面与设计高程之间距离为30cm时，采用人工开挖，严格控制开挖过程中的超欠挖；步骤二中，所述龙门吊的安装高度不得低于现场施工机械作业的极限高度。

22、上述的一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：步骤四中，所述井口注浆花管的长度等于所述井口段的竖向高度，所述井口注浆花管的直径的取值范围为40mm～50mm，所述井口注浆花管的中心与所述大直径深竖井开挖轮廓之间的垂直间距为3m，相邻两个所述井口注浆花管之间的环向间距为0.8m～1m。

23、上述的一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：所述井身注浆花管的直径的取值范围为40mm～50mm，所述井身注浆花管的钻设起始中心与所述循环开挖段的最高阶梯掌子面之间的垂直间距为2m，相邻两个所述井身注浆花管之间的环向间距为0.8m～1m。

24、上述的一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：所述井口段初期支护的结构和所述井身初期支护的结构相同，所述井口段初期支护的结构和所述井身初期支护均包括初喷混凝土支护层、支护锚杆、钢拱架和复喷混凝土支护层。

25、上述的一种软弱地层大直径深竖井阶梯式开挖支护施工方法，其特征在于：步骤403和步骤603中，所述井口段初期支护的施工过程和所述井身初期支护的施工过程均包括以下步骤：

26、步骤a、向井身侧壁上初喷混凝土浆料，形成初喷混凝土支护层，所述初喷混凝土支护层的厚度的取值范围为20cm～25cm；

27、步骤b、采用先注浆后插杆的方法打设支护锚杆，所述支护锚杆的直径的取值范围为18mm～24mm，所述支护锚杆的长度为4m～5m；之后，搭设钢筋网，将钢筋网与多个所述支护锚杆连接为一体，钢筋网与初喷混凝土支护层之间的间隙为30mm；

28、步骤c、安装钢拱架；

29、步骤d、复喷混凝土浆料，形成复喷混凝土支护层，所述复喷混凝土支护层的厚度的取值范围为40cm～50cm。

30、本发明与现有技术相比具有以下优点：

31、1、本发明在开挖大直径深竖井的井身之前，先对大直径深竖井的井口段进行井口段围岩超前灌浆支护和井口段初期支护，利用井口段围岩超前灌浆支护和井口段初期支护能够减少井口围岩失稳的风险，能够增强软弱地层大直径深竖井开挖的安全性。

32、2、本发明的步骤五中，通过阶梯式开挖方式进行大直径深竖井的井身开挖，在循环开挖段的井身横截面方向上，将大直径深竖井的井身分为n个井内台阶，n个井内台阶同时开挖，由于n个井内台阶的开挖掌子面竖向开挖高度不同，循环开挖段的井壁在周侧方向上承受的约束不同，与现有的全断面开挖方式相比较，阶梯式开挖方式能够改善软弱地层围岩稳定性差的问题，能够增强大直径深竖井的井身开挖的安全性；实际施工时，可以同时安排多个班组分别同时施工n个井内台阶，极大的提高了施工效率，缩短了施工周期。

33、3、本发明在每完成一个循环开挖段的开挖后，及时在所述循环开挖段的侧壁上施工井身围岩超前灌浆支护，利用井身围岩超前灌浆支护能够减少井身围岩失稳的风险，能够保证下一个循环开挖段的围岩的稳定性；多个注浆后的井身注浆花管共同形成井身围岩超前灌浆支护，当井身注浆花管与大直径深竖井的井壁之间具有一个倾斜夹角α，且倾斜夹角α的取值范围为30°～50°时，多个注浆后的井身注浆花管能够兼顾大直径深竖井的径向围岩与竖向围岩，能够提高井身围岩超前灌浆支护与井身围岩之间固结性能，提高了井身围岩超前灌浆支护效果。

34、4、本发明的施工流程设计合理，施工安全性高，便于推广应用。

35、综上所述，本发明施工流程设计合理，利用井口段围岩超前灌浆支护和井口段初期支护能够减少井口围岩失稳的风险，通过阶梯式开挖方式进行大直径深竖井的井身开挖，能够改善软弱地层围岩稳定性差的问题，能够增强大直径深竖井的井身开挖的安全性，极大的提高了施工效率，缩短了施工周期。

36、下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。