一种含水岩层井壁结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种井壁结构及施工方法，特别是一种含水岩层井壁结构及施工方法。
【背景技术】
[0002]立井、斜井等地下工程的建设首先面临井壁(支护结构)的设计问题。对于不含水或浅部低水压含水岩层，因荷载较小，井壁设计及施工难度小，工程安全能够得到保证。
[0003]然而，现有的立井、斜井井壁设计规范均未重视岩石地层中水压荷载的取值问题；而对于深部含水岩层，水压恰恰是井壁的最主要荷载。如不正确地考虑水压，井壁设计厚度将偏薄，导致井壁浇筑成型后无法抵挡外部高水压，易发生整体或局部压垮，进而严重漏水；而如考虑井壁外侧的水压积聚，则井壁设计厚度往往很大，大大提高施工难度及建设成本。
[0004]现有的井壁结构设计理念，均把井壁视为一个独立的结构；井壁施工时，也仅仅是在围岩体与模板组成的空间内浇筑混凝土形成井壁。在高水压岩层中，此工艺浇筑的井壁结构，一方面井壁与围岩体之间除了混凝土与围岩之间的自然粘结力之外，再无其他粘结、锚固作用，未发挥围岩体自身的承载力；另一方面，井壁结构一旦向内压缩，容易与围岩体剥离，进而导致外部水压积聚，并承受更大的水压作用。
[0005]因此，对于含水岩层中井筒建设，其井壁设计与施工，均需重视井壁的径向刚度(即抗径向压缩变形的能力)，并应切实提高井壁与围岩体之间的粘结、锚固作用，以减少二者之间发生剥离、存在高压水积聚的风险。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是要提供一种适用于深部含水岩层、具有抗高水压能力的立井、斜井、隧道或硐室井壁的含水岩层井壁结构及施工方法，解决井壁独立承担高水压时，径向刚度小、易与围岩体剥离、承载力较小的难题。
[0007]本发明的目的是这样实现的:井壁结构由锚拉杆I (I)、锚拉杆II (2)、钢骨架(3)和混凝土(4)组成；锚拉杆I (I)部分锚固于围岩体内，另一部分锚固于井壁但不穿透井壁；杆体与井壁内的钢骨架联接形成空间网格；锚拉杆I (I)位于围岩体内的部分可兼作围岩支护锚杆；锚拉杆II (2)部分锚固于围岩体内，另一部分穿透井壁达到井壁内表面；杆体与井壁内的钢骨架(3)联接形成空间网格；
[0008]井壁为固定在围岩上的锚拉杆I (I)、锚拉杆II (2)、钢骨架(3)以及浇筑在整个网架中并构成筒形井壁的混凝土(4)。
[0009]所述的锚拉杆II由管体(5)、芯杆(6)、垫圈(7)和端头螺母⑶组成；芯杆(6)尾端与管体(5)尾端焊接或者嵌固在管体(5)内部。
[0010]所述的管体(5)上连接预埋注浆管(9);所述的预埋注浆管(9)连接阀门(13)，阀门(13)连接注浆管路(14);所述的管体(5)与芯杆(6)的环形空间形成注浆通道(10);所述的管体(5)表面局部设置有楔形透浆孔(11)，孔口安设有孔塞(12)。
[0011]所述的锚拉杆I (1)、锚拉杆II (2)沿井筒轴向、横断面内的环向，可以均匀或不均匀间距设置，或者仅在局部设置；既可以两者均设置，也可以仅设置其中一种。
[0012]井壁施工方法:井筒开挖后，首先在围岩体上施作锚拉杆I (I)、锚拉杆II (2);而后绑扎井壁钢骨架(3)，并把锚拉杆I (1)、11 (2)与钢骨架(3)联接，在锚拉杆II (2)的管体(5)上连接预埋注浆管(9);随后立模板并浇筑混凝土(4);井壁拆模并达到一定强度后，通过旋拧端头螺母(8)，对锚拉杆II⑵施加预紧力；将阀门(13)与预埋注浆管(9)连接，注浆管路(14)与阀门(13)连接；打开锚拉杆II (2)中的阀门(13)开展注浆，浆液通过楔形透浆孔(11)充填井壁与围岩体界面处的孔隙，注浆完毕，关闭阀门(13)并拔掉注浆管路(14);最后待浆液凝固拆下阀门(13);
[0013]具体施工步骤:
[0014](I)、在围岩体上施作锚拉杆I，锚拉杆I不穿透井壁，与井壁钢骨架固定联接，组成空间网格结构；所述的锚拉杆I的锚拉杆兼作围岩体的临时支护锚杆，或利用临时支护销杆延长形成销拉杆；
[0015](2)、在围岩体上施作锚拉杆II，锚拉杆II外端穿透井壁到达井壁内表面，并与井壁钢骨架联接固定，在锚拉杆II管体上连接预埋注浆管，在围岩体界面处，锚拉杆II管体均匀设置楔形透浆孔，孔上放置薄片孔塞；
[0016](3)、在围岩体内侧设置模板，并在模板与围岩体之间的空间内，全断面一次性整体浇筑混凝土材料，或分区域浇筑混凝土，形成圆形或其他形状断面的混凝土井壁；
[0017](4)、井壁拆模并达到一定强度后，通过端头螺母对锚拉杆II的芯杆施加预紧力，通过锚拉杆II的预埋注浆管进行注浆，经过锚拉杆II的楔形透浆孔填充井壁与围岩界面接触面部位可能存在的裂隙或空洞，提高井壁混凝土与围岩的粘结力，最后关闭阀门。
[0018]所述的井壁混凝土(4)可采用普通混凝土或纤维混凝土 ；所述的钢骨架(3)可采用钢筋网、钢结构桁架或型钢骨架；井壁浇筑可以全断面一次完成，或分区域分次浇筑；井壁横断面可以是圆形或非圆形。
[0019]通过锚拉杆II (2)的预埋注浆管(9)开展注浆时，浆液材料可以是普通的水泥浆系浆，也可以是化学浆或者二者的混合浆液。
[0020]有益效果，由于采用了上述方案，通过设置锚拉杆1、锚拉杆I1、钢骨架，并浇筑混凝土形成井壁结构。锚固于围岩体中的锚拉杆1、II分别部分穿入井壁、穿透井壁；锚拉杆1、II均作为井壁径向骨架，与钢骨架联接形成空间结构；采用混凝土浇筑形成井壁结构；井壁拆模后，利用锚拉杆II中的预埋注浆管实施注浆，提高井壁与围岩界面的密实度及粘结强度。上述方法施工的井壁，能够与围岩体良好地锚固、胶结为一体。在外部高水压作用下，由传统井壁的单独承担水压，变为井壁与围岩一起承担水压。
[0021]优点:该井壁在高水压下不易与围岩体剥离，外表面不会出现大面积的高压水积聚，具有更高的径向刚度及承载力；从而为大幅减薄井壁、降低工程造价创造了条件，因而能产生显著的经济效益。
[0022]该型井壁结构及施工方法，通过井壁与围岩共同承载，提高了井壁径向刚度，可避免井壁外表面出现高压水积聚。同等断面尺寸及材料条件下，具有比普通井壁更高的承载力，因而能大幅降低工程造价，提高安全性。
【附图说明】
[0023]图1-1为本发明实施例1“底板为仰拱型的斜井井壁结构”的横断面示意图。
[0024]图1-2为图1-1的轴向剖面(A-A)示意图。
[0025]图2-1为本发明实施例2“底板为平直型的斜井井壁结构”的横断面示意图。
[0026]图2-2为图2-1的轴向剖面(B-B)示意图。
[0027]图3-1为本发明实施例3“立井井壁结构”的横断面示意图。
[0028]图3-2为图3-1的轴向剖面(C-C)示意图。
[0029]图4本发明的锚拉杆I的结构及其锚固形态示意图。
[0030]图5-1本发明端部焊接式拉杆II的结构及其锚固形态示意图。
[0031]图5-2本发明端部嵌固式锚拉杆II的结构及其锚固形态示意图。
[0032]图中，1、锚拉杆I ;2、锚拉杆II ;3、钢骨架；4、混凝土；5、管体；6、芯杆；7、垫圈；8、端头螺母；9、预埋注浆管；10、注浆通道；11、楔形透浆孔；12、孔塞；13、阀门；14、注浆管路。
【具体实施方式】
[0033]井壁结构由锚拉杆I 1、锚拉杆II 2、钢骨架3和混凝土 4组成；锚拉杆I I部分锚固于围岩体内，另一部分锚固于井壁但不穿透井壁；杆体与井壁内的钢骨架联接形成空间网格；锚拉杆I I的锚体结构同常见锚杆；锚拉杆I I位于围岩体内的部分可兼作围岩支护锚杆；锚拉杆II 2部分锚固于围岩体内，另一部分穿透井壁达到井壁内表面；杆体与井壁内的钢骨架3联接形成空间网格；
[0034]井壁为固定在围岩上的锚拉杆I 1、锚拉杆II 2、钢骨架3以及浇筑在整个网架中并构成筒形井壁的混凝土 4。
[0035]所述的锚拉杆II由管体5、芯杆6、垫圈7和端头螺母8组成；芯杆6尾端与管体5尾端焊接或者嵌固在管体5内部。
[0036]所述的管体5上连接预埋注浆管9 ;所述的预埋注浆管9连接阀门13，阀门13连接注浆管路14 ;所述的管体5与芯杆6的环形空间形成注浆通道10 ;所述的管体5表面局部设置有楔形透浆孔11，孔口安设有孔塞12。
[0037]所述的锚拉杆I 1、锚拉杆II 2沿井筒轴向、横断面内的环向，可