一种碎石沙土层中的调压井开挖施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及调压井工程领域，具体涉及一种碎石沙土层调压井开挖施工方法。
【背景技术】
[0002]在目前的调压井工程领域中主要采用沉井法、直接剥离或垂直开挖法、自上而下的护壁浇筑开挖法进行开挖，其共同点是所有渣料均通过井顶进行开挖运输。
[0003](I)沉井法
[0004]张登峰于2010年发表在《甘肃水利水电技术》第2期的论文“沉井施工技术在调压井松散覆盖层开挖中的应用”，介绍了一个沉井技术在松散覆盖层的调压井中的实例，边开挖边下沉支护侧壁，护壁混凝土厚度在0.5?1.5m不等。
[0005]沉井法的优点是对井身安全有绝对保障，其不足是:混凝土施工工序繁琐，必须配套一台HB60栗及相应栗管，占压设备且存在一定的浪费现象;存在自重下能否顺利下沉和倾斜纠偏问题。因为井身碎石沙土层本身含有孤石，且无法判断规格和出现区域，对开挖的对称性要求高;沉井下沉及接高后长臂反铲在井内的开挖深度和范围受限，需大量人工辅助开挖，井内渣料提升还需要配套的垂直起吊设备;设备投入增加的情况下没有进度保障。
[0006](2)结构混凝土护壁浇筑开挖法
[0007]结构混凝土护壁浇筑开挖法是从井顶开始按照设计图纸要求，自上而下采用逆作法进行碎石沙土层段的衬砌混凝土施工。先完成井圈，然后根据开挖揭露土层稳定情况一次按照I?2m的开挖高度，分4个区段进行对称性开挖和混凝土衬砌，最后在井顶布置起吊设备和开挖出渣设备。
[0008]该方法的缺陷是:虽然井顶上部无渗水情况，但结构混凝土施工缝得缝面处理难度比较大，且缝较多；如果碎石沙土层稳定性交错，结构混凝土下部开挖易出现塌方情况，每次开挖衬砌高度受限无保障;井内砂土均需从井口开挖运输，开挖工作任务重，也需要垂直起吊设备，长臂反铲作业高度和控制范围受限;进度保障可行性无法判断。
[0009](3)直接开挖支护法
[0010]直接开挖支护法是利用机械设备直接将顶部沙土层开挖移除，直接开挖到岩石层进行;或直接自上而下进行开挖和支护，井顶利用长臂挖机，根据开挖高度情况设置起吊设备，井顶出渣运输。
[0011]直接开挖法存在的问题是:因调压井边坡原设计区域征地范围有限，全部向下明挖完成开挖，需加大开口线高度和范围，工程区域内的永久耕地、林业征地及临时征地难度大，无法结合边坡按期顺利开挖。而且根据调压井平台的宽度及底部揭露碎石沙土层的密实程度，不具备垂直下挖条件。如果直接进行碎石沙土层的开挖和支护施工，碎石砂土层井顶上部还要承受一定的荷载，必须进行井圈的加强支护和加固，再进行井壁的加强支护，才能根据现场情况确定总体开挖措施是否可行，但碎石沙土层开挖完成进入岩石段时需要在井内进行钻机基础、设备安装、循环水抽排、泥浆池等的布置，同时设备从井顶吊到工作面，需要配套25吨以上吊车才能完成，施工需要的设备和交叉环节较多。
[0012]在现有专利技术中，中国专利申请号200910060756.4，发明名称为:本发明公开了一种大直径、大深度调压井导井一次性开挖施工方法，所述施工方法采用自上而下施工，自下而上分层爆破的方法，在千枚岩夹板岩，岩石破碎、裂隙发育的地区，克服了原施工方法通风换气装置安装困难、施工作业平台搭设困难，加上岩石破碎、掉块严重、安全防护困难的缺点。加快了工期进度、降低了施工成本、保障了施工安全，目前未见在世界上其他工程中使用。
[0013]但上述发明专利施工方法不适合在碎石沙土层进行开挖施工。
【发明内容】
[0014]针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种碎石沙土层调压井开挖施工方法，解决了在碎石沙土层中利用反井钻机进行导孔、导井开挖贯通问题。
[0015]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0016]一种碎石沙土层调压井开挖施工方法，包括以下步骤:
[0017]步骤I，旋喷组合柱体粧施工。
[0018]围绕调压井中心布置旋喷粧。采用旋喷粧注浆方法形成反井钻机施工所需的柱体组合粧，旋喷粧咬合后的粧径外围组合直径大于导井直径。
[0019]采用搅拌机搅拌灌浆液，拌制后的灌浆液经筛网过滤后自流至搅拌桶，高喷灌浆时由灌浆栗自搅拌桶中直接抽取。所述搅拌机的搅拌速度高于所述搅拌桶的搅拌速度。
[0020]喷管喷头下放至预定孔深后，先进行只旋转不提升的静喷;再进行孔口返浆，进行自下而上的连续喷射。
[0021 ]步骤2，反井钻机平台混凝土施工。
[0022]以调压井轴线为中心，在旋喷粧上部开挖并浇筑混凝土作为反井钻机的基础。
[0023]步骤3，反井钻机施工。
[0024]步骤3.1，导孔施工。
[0025]在调压井边坡完成支护及井口平台排水系统布置、泥浆循环水池、冷却循环系统布置完成后，开始反井钻机安装调试，先进行导孔钻设，再反扩形成导井。
[0026]所述导孔钻进时利用开孔扶正器和开孔钻杆配合，采用正循环方式进行导孔洗井排渣，每钻完一根钻杆后对导井进行冲洗，钻井深度加大时，延长冲洗时间，以避免发生抱钻、堵钻。
[0027]步骤3.2，导井施工及安全监测。
[0028]在孔底更换导孔钻头，进行提钻导井扩孔。当导井扩孔至碎石沙土层区域以下时，对井内出渣量、井顶钻机及周边外地层进行安全变形监测，通过对过渡段、碎石沙土层段的导井提升形成过程的监测，判断提升过程中是否出现地层沉降。
[0029]步骤4，沙土层井身段开挖支护。
[0030]步骤4.1，井圈层开挖支护。
[0031]在井顶覆盖层开挖完成后及时浇筑混凝土井圈，混凝土井圈作为调压井开挖前的扩大受力支护环和开挖衬砌施工期间起吊设备安装的扩大基础受力平台。
[0032]井身上部的开挖采用反铲从内向外进行，开挖形成混凝土内侧结构边线，浇筑倒“L”型钢筋混凝土井圈，混凝土内侧同开挖结构边线保持一致。
[0033]混凝土浇筑期间在井顶内侧预埋钢筋作为周边护栏基础，套接钢管形成安全护栏。
[0034]步骤4.2，井圈以下开挖支护。
[0035]井圈以下开挖使用长臂反铲，辅以井圈以下周边开挖。井身开挖后及时进行钢拱架安装及喷护支护施工。将周长分段进行分区支护，开挖支护交错进行，以减少开挖断面的外露时间。
[0036]进一步地，步骤I所述灌浆液采用纯水泥浆，正常情况下浆液水灰比选用1:1，比重为1.5?1.55g/cm3 ；当孔口无返浆或有浆液流失时，将水灰比调整为0.8:1?0.6:1，比重为
1.6?1.7g/cm3，灌浆液拌制称量误差控制在5 %以内。
[0037]进一步地，步骤I所述旋喷粧的长度按深入岩层不小于Im进行控制，旋喷粧的数量由选用的反井钻机及形成的导井直径确定。
[0038]进一步地，步骤2所述基础的长X宽X深为4mX4mX0.8m，饶筑混凝土的厚度Im;所述基础的顶部高出施工平面0.2m;所述混凝土标号为C20。
[0039]进一步地，步骤2还包括在所述混凝土浇筑前预埋钻机固定地脚螺栓，使平台轴心与旋喷粧中心粧重合。在浇筑前预留4个1cm的爆破孔，导井贯通后进行松动爆破处理。
[0040]进一步地，步骤3.1所述的先导孔直径为Φ 250mm，反扩形成的导井直径为1.4m。[0041 ] 进一步地，步骤3.1所述的导孔钻进过程中，孔深3m以内时钻压控制在8?1MPa。
[0042]进一步地，步骤3.1还包括导孔施工中在孔内泥浆拌制时添加膨润土，以提高泥浆护壁质量和导孔沙土渣料的返渣；由孔口向浆液中添加1%的火碱，以提高孔内浆液润滑度。
[0043]进一步地，步骤3.2所述的钻导孔扩孔均采取先开水后开钻、先停钻后停水的方法，整个碎石沙土层段导井成孔的速度同岩石段导孔钻进速度一致。
[0044]进一步地，步骤4.2还包括以下具体步骤:
[0045]对于揭露的块径大于1.4m的孤石采用爆破炸药进行松动解爆处理，孔径为40mm，孔口封堵长度均不小于孔深的1/2。
[0046]沙土层采用钢拱架支护，间距为50?80cm，钢拱架采用1