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一建矿业实务复习第6章井巷工程61（第1页）

全国一级建造师职业资格考试用书编写委员会编写

6.1立井井筒表土施工

在立井井筒施工中，一般将覆盖于基岩上的第三系、第四系冲击层和基岩风化带，统称为表土层，它是覆盖于基岩之上的松散堆积物的统称。工程中按表土稳定性，将其分成两大类：稳定表土层，主要包括非饱和的粘土层、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。不稳定表土层包括含水砂土、淤泥层、饱和的粘土、进水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红粘土层等

稳定表土层中立井井筒一般采用普通施工法，主要包括井圈背板施工法，吊挂井壁施工法和板桩施工法。不稳定表土层中立井井筒多采用特殊施工法，立井井筒表土特殊施工法，主要包括冻结法、钻井法、沉井法、注浆法和帷幕法等。目前，以冻结法和钻井法为主

立井井筒表土层掘进常采用人工或矿用挖掘机配合中心回转式抓岩挖土掘进，井筒断面较小时可采用人工风镐掘进，土层较硬可采用钻爆法施工

6.1.1立井井筒表土施工法

1.井圈背板施工法

井圈背板施工法是采用人工或抓岩机（土硬时可放小炮）出土，下掘一小段后即用井圈、背板进行临时支护。临时支护段高不应大于两米，掘进一长段后（一般不超过30米），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁，如此重周而复始直至基岩

对于井圈背板普通施工法，表土稳定时可全断面分层向下挖掘，工作面形成锅底状并跟随掘进工作面架设井圈背板临时支护，圈距一般为1.0米，遇到松软地段时先掘净断面预留护帮环形台阶，最后再掘够全断面，并随即架设井圈背板临时支护，圈距一般在0.5米左右，最大不超过1.0米。若工作面涌水较大时，采用台阶式环形挖掘法，在挖土施工中一般在井筒中心或靠近流水下帮挖超前水窝，用以集水和排水，并实行专人负责。井圈背板普通施工法的砌壁，在掘进至一个段高后即可进行。砌壁作业，一般采用装配式金属模板，利用管子下料输送混凝土，整体浇筑混凝土井壁

2.吊挂井壁施工法

吊挂井壁施工法是用于稳定性较差的土层中的一种短段掘施工方法

为保持土的稳定性，减少土层的裸露时间段高，一般取0.5到1.5米

按土层条件，段高内还可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。这种施工方法可用于流动性小，水压不大于0.2兆帕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，井壁接槎多，封水性能差，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。

与井圈背板施工法类似，表土稳定时采用全断面挖掘，挖土时先挖井筒中心，后挖周帮，周帮挖够后铺设托盘，吊挂钢筋，架立金属模板，测量找正并稳模，浇筑混凝土，最后安装好接槎板进行井壁合槎。对于不稳定表土，采用半圆断面挖掘，即将井筒划分为两个半圆，现在一个半圆内进行挖掘和砌壁，然后掘砌另一个半圆，混凝土的竖向接槎要做成斜面，接槎缝上下错开。如果表土很不稳定，可采用分段分块掘砌施工，吊挂井壁的普通施工法要注意吊挂井壁是自上而下进行的，要求井壁上部应有壁座或混凝土锁口，井壁的接槎要严密，混凝土充填要密实。如果表土不稳定，要特别注意加强排水工作，及时进行临时支护，防止井壁片帮垮落

3.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地面或工作面，沿井筒荒径依次打入一圈板桩，形成一个四周密封的圆筒，用以支撑井壁，并在它的保护下进行掘进。板装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。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，故适用于厚度为3到6米的不稳定性土层，而金属板桩可根据打桩设备的能力条件适用于厚度8到10米的不稳定土层。若与其他方法相结合，其应用深度可加大。

板桩施工法中，板桩的主要作用是保护井筒掘进的安全。因此，板桩施工法一般与吊挂井壁施工法联合进行。板桩施工法井筒的掘砌工作、出土方法与井圈背板施工法类似，在板桩施工结束后，可开始进行挖土。对于地面直板桩，根据施工要求，挖土达到一定规定深度后，进行砌壁支护工作。对于井内斜板桩可在挖土达到一定深度后继续架圈和打板桩，并按规定在满足砌壁要求时进行砌壁支护，然后，继续挖土掘进和砌壁支护，直到完成表土掘砌工作。板桩施工法表土掘砌施工要注意，如果发生涌沙、冒泥现象，必须立即补打板桩，并填入草袋堵沙滤水。如果工作面冒泥，必须加大大板桩插入深度。板桩施工法，应配合超小井降低水位。

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6.1.2立井井筒冻结法施工

1.基本原理

冻结法凿井，是在井筒掘进之前采用人工制冷技术，将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结成一个封闭的冻土帷幕—冻结壁。用以抵抗周围水土压力，隔绝冻结壁内、外地下水的联系，然后在冻结壁的保护下进行井筒围棋施工的一种特殊施工方法。为了形成冻结壁，首先在井筒周围施工一定数量的冻结孔，孔内安装冻结管，管内循环盐水等冷媒介质，吸收地层热量，使之降温。随着冻结工作的持续，各冻结孔周围形成冻土体并不断扩展、相互连接、闭合形成不透水且具有一定强度的冻结壁。因冻结壁在外荷载作用下会呈现弹性区和塑性区，如塑性区或塑性变形超过允许值，冻结壁和冻结管可能遭受破坏。因此冻结壁设计既要满足强度条件要求又要满足变形条件要求。

2.施工工艺

立井井筒冻结施工法的主要工艺过程有冻结孔钻进、地层冻结、井筒掘进与支护，冻结管（孔）处理等。立井井筒冻结参数有冻结深度、盐水温度、井帮温度、主冻结孔相邻孔间距、冻结壁厚度和平均温度等。

1）冻结孔钻进

为了形成封闭的冻结壁，先要在井筒周围钻一定数量的冻结孔，以便在孔内安设带底锥的冻结管和底部开口的供液管。冻结孔一般等距离的布置在井筒同心的圆周上，冻结孔钻场布置要与井筒冻结、掘砌综合考虑，不要妨碍冻结和掘砌施工用地，施工时应对钻孔周围的松散砂土用粘土或三七灰土置换，并分层压实，钻场宜选用混凝土盘冻结孔间距一般为1.2到1.5米，孔径为200到250毫米孔深不应小于冻结深度，并符合施工规范要求。冻结孔钻进宜采取钻测纠相结合的钻进工艺，一般每隔30米测斜一次，钻进小于100米，可采用灯管测斜，钻进大于100米，宜采用陀螺仪测斜。偏斜超过设计值时进行纠偏，钻进小于200米时可采用扫孔、扩孔、铲孔纠偏法纠偏，大于200米，宜采用井下动力钻具纠偏，成孔后进行成孔测斜。冻结孔的圈数一般根据要求的冻结壁厚度来确定，表土较浅时一般采用单圈冻结，对于深厚表土可采用双圈或三圈冻结。

2）地层冻结

立井井筒地层冻结有一次全深冻结、差异冻结、局部冻结、分期冻结和双圈或多圈孔冻结等方案，具体应根据井筒检查孔提供的冲击层深度、土性、含水层、隔水层、冻结实验报告和基岩含水层、岩性等资料，以及井筒安全施工需要，选择合理的地层冻结方案。

（1）一次全深冻结

一次全深冻结方案适应性强，应用比较广泛，一般冲积层以下基岩风化带涌水量大，围岩稳定性差，宜采用一次全身冻结方案。实际应用中除采用同径冻结管，还有采用异径管、双供液管等。异径管冻结，是通过加大上部或局部冻结管直径，增大冻结管与地层热交换面积，来加快上部或局部冻土扩展速度，以达到上部或局部冻结壁早日交圈或防止浅部片帮的目的

（2）差异冻结

差异冻结也称为长短管冻结，是根据地层热学性能差异，采用差异性的冻结方案来协调不同地层的冻结效率，控制冻结壁发展，从而提高冻结工程的安全性和经济性。冲积层以下的基岩风化带厚度较大，且围岩稳定性较好，或靠近风化带下部赋存含水层，或井筒全深内有数层含水层采用其他施工方法，难以通过含水层时，宜采用长短管冻结方案。短冻结管应穿过冲积层和强风化带，长冻结管应穿过含水层，进入不透水稳定基岩，穿过马头门、硐室的冻结管应在打钻下冻结管时和在冻结壁解冻前与掘砌过程中给予封堵处理。

差异冻结具体包括单圈孔差异冻结，多圈孔差异冻结。单圈孔差异冻结的冻结管采用长短管间隔布置，下部长管的孔间距增大一倍，为使上下冻结壁的交圈时间和厚度相适应，可适当加大长管的供液管直径，并采用正循环，短管则采用反循环。多圈孔差异冻结其主动冻结孔差异冻结与单圈孔差异冻结类似，防片帮孔的差异冻结和不同圈径的组合需根据土层性质和井壁结构进行调整

（3）局部冻结

冲积层厚度较浅且井筒中上部赋存较稳定的、用其他施工方法可通过的底层或发生淹井需要恢复施工的井筒，宜采用局部冻结方案。新建井筒某段施工困难时采用局部冻结，非冻结段地层必须为稳定土层，否则非冻阶段容易发生冻结管断裂事故。局部冻结的应用效果还取决于冻结器的结构及控制，常用的冻结器结构有充填气压式、充填盐水式、隔板式和套管式四种

（4）分期冻结

分期冻结也称分段冻结。当冻结深度较大时，为避免使用过多的制冷设备将一个井筒所需要的冻结深度分为两段或两段以上进行顺序冻结。当冻结一定时间并转入井筒掘砌后，再开始下段冻结，达到减少冻结总需冷量的目的。在深厚冲积层中，为防止冻结管断裂，应谨慎选择分期冻结方案。当中部有较好的粘土隔水层，可作为分期冻结的止水底垫时方能使用，且上、下段冻结分界线应深入隔水层不少于十米，下段井筒掘砌段高不宜过大，以防止冻结壁变形过大引起冻结管断裂

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