一种土质竖井的分序支护结构体系及施工方法

技术领域

本发明涉及一种土质竖井的分序支护结构体系及施工方法，适用于交通、市政、铁路、水利水电等基建相关行业土质竖井的施工。

背景技术

竖井的开挖施工是基建行业常见的施工工序。土质竖井开挖过程中，土体自稳性时间短、稳定性差，尤其是大断面土质竖井，开挖施工过程的安全稳定问题不容忽视，需针对性的采取工程措施。

发明内容

本发明是为了克服现有技术体系中，土质竖井开挖过程中土体自稳性时间短、稳定性差，存在较大的开挖施工安全稳定性问题的不足之处，提供技术方案可靠、施工简单，投资节省，能有效实现大断面土质竖井的安全、高效开挖的一种土质竖井的分序支护结构体系及施工方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种土质竖井的分序支护结构体系，包括开挖竖井的竖井壁、环绕竖井壁外侧布置超前支护结构、环绕竖井壁内侧布置的施工期支护结构、以及钢筋混凝土井壁结构，所述超前支护结构包括环绕竖井壁外侧布置的若干注浆钢管桩，所述施工期支护结构包括钢筋网片、型钢井圈、支护锚杆和喷混凝土层，钢筋网片铺设于竖井壁的内壁面，沿着竖井壁内侧纵向均匀布置若干型钢井圈，所述支护锚杆沿着竖井壁纵向和周向均匀布置，所述支护锚杆沿着竖井径向方向向竖井外侧延伸，竖井壁内壁面设置将封闭钢筋网片、型钢井圈和支护锚杆形成整体的喷混凝土层，所述钢筋混凝土井壁结构浇筑于喷混凝土层内侧面。

所述注浆钢管桩的桩身预设有渗出孔，注浆钢管桩通过注浆形成防渗体。

所述注浆钢管桩顶部设有连接所有注浆钢管桩的锁口井圈。

所述注浆钢管桩向下延伸并向竖井壁外侧倾斜1～2度。

所述支护锚杆外露段和钢筋网片以及型钢井圈焊接。

所述混凝土喷层将封闭钢筋网片、型钢井圈和支护锚杆形成整体的施工期支护结构。

本发明同时提供一种土质竖井的分序支护结构体系施工方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，开挖前，在竖井壁位置的外侧施工注浆钢管桩；

步骤2，对注浆钢管桩进行压力注浆，水泥浆会通过渗出孔渗入到周围土体，形成搭接的连续防渗体；

步骤3，在注浆钢管桩顶部现浇混凝土构成锁口井圈将钢管桩连成整体，完成超前预支护结构的施工；

步骤4，进行竖井开挖，随层依次进行支护锚杆施工、钢筋网片敷设、型钢井圈安装、喷混凝土层施工，支护锚杆外露段和钢筋网片、型钢井圈焊接，通过施工喷混凝土层将支护锚杆、钢筋网片、型钢井圈形成整体的施工期支护结构；

步骤5，钢筋混凝土井壁结构采用现场浇筑混凝土施工，或采用预制钢筋混凝土井壁，若采用预制钢筋混凝土井壁则现场拼装施工，并进行回填灌浆。

因此，本发明具有如下的有益效果：

(1)超前支护结构中，事先在钢管桩身设置渗出孔，对钢管桩进行压力灌浆，水泥浆会通过渗出孔渗入到周围土体，形成搭接的连续防渗体，防止地下水入渗劣化土体参数，同时可以省去排水孔施工工序，提高工效。钢管桩注浆，在防渗的同时也可增加桩身的刚度和强度。在注浆钢管桩顶部通过锁口井圈将钢花管连成整体，可以增强超前预支护结构的整体性。

(2)施工期支护结构中，支护锚杆外露段和钢筋网片以及型钢井圈焊接，增加初期支护结构的整体性。支护锚杆和型钢拱圈提供井壁施工期稳定所需的支护抗力，保证井壁整体稳定。井壁面的钢筋网片顺开挖井壁面敷设，防止井壁土体产生小的掉块，保证井壁面层的局部稳定。通过喷混凝土层将支护锚杆、钢筋网片、型钢井圈形成整体，协同受力，共同作为竖井施工期的支护结构。

(3)钢筋混凝土井壁结构最后施工，用以保证井壁运行期的安全稳定。通过超前支护结构、施工期支护结构、钢筋混凝土井壁的分序施工、协同受力，最终确保土质竖井在不同施工阶段的安全、稳定。

附图说明

图1是本申请的一种土质竖井的分序支护结构体系的平面布置图。

图2是图1的A-A向剖面图

图中标注：1、竖井壁；2、钢筋混凝土井壁结构；3、注浆钢管桩；4、钢筋网片；5、型钢井圈；6、支护锚杆；7、喷混凝土层；8、防渗体；9、锁口井圈；10、竖井；11、土体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1、图2所示，本发明的一种土质竖井的分序支护结构体系，包括开挖竖井10的竖井壁1、环绕竖井壁1外侧布置超前支护结构、环绕竖井壁1内侧布置的施工期支护结构、以及钢筋混凝土井壁结构2。

所述超前支护结构包括环绕竖井壁1外侧布置的若干注浆钢管桩3。所述注浆钢管桩3的桩身预设有渗出孔，注浆钢管桩3内通过注浆形成防渗体8。所述注浆钢管桩3顶部设有连接所有注浆钢管桩3的锁口井圈9。所述注浆钢管桩3向下延伸并向竖井壁1外侧倾斜1～2度。注浆钢管桩3作为竖井的超前支护结构，为井壁土体开挖提供预支护，保证井壁开挖后、支护未施工前的井壁稳定。注浆钢管桩3的倾斜角度可有效避免施工误差导致的钢管桩侵入开挖面；事先在钢管桩身开孔，对钢管桩进行压力灌浆，水泥浆会通过开孔渗入到周围土体11，形成搭接的连续防渗体8，防止地下水入渗劣化土体参数，同时可以省去排水孔施工工序，提高工效。

所述施工期支护结构包括钢筋网片4、型钢井圈5、支护锚杆6和喷混凝土层7，钢筋网片4铺设于竖井壁1的内壁面，沿着竖井壁1内侧纵向均匀布置若干型钢井圈5，所述支护锚杆6沿着竖井壁1纵向和周向均匀布置，所述支护锚杆6沿着竖井径向方向向竖井外侧延伸插入土体11中。支护锚杆6外露段和钢筋网片4以及型钢井圈5焊接，增加初期支护结构的整体性。支护锚杆6和型钢拱圈提供井壁施工期稳定所需的支护抗力，保证井壁整体稳定。井壁面的钢筋网片4顺开挖井壁面敷设，防止井壁土体产生小的掉块，保证井壁面层的局部稳定。竖井壁1内壁面设置喷混凝土层7，通过喷混凝土层7将支护锚杆6、钢筋网片4、型钢井圈5形成整体，协同受力，共同作为竖井施工期的支护结构。

所述钢筋混凝土井壁结构2浇筑于喷混凝土层7内侧面。钢筋混凝土井壁结构2最后施工，用以保证井壁运行期的安全稳定。通过超前支护结构、施工期支护结构、钢筋混凝土井壁的分序施工、协同受力，最终确保土质竖井在不同施工阶段的安全、稳定。

本发明同时提供一种土质竖井的分序支护结构体系施工方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，开挖前，在竖井壁1位置的外侧施工注浆钢管桩3。

注浆钢管桩3的长度根据井身高度和地质条件确定，钢管桩可以在井身段搭接。注浆钢管桩3主要起到超前支护作用，一般选用较小断面的桩径，以方便施工和节省投资。钢管桩管径和间距需视地质条件、竖井断面、井壁深度等因素综合确定，钢管桩管径一般为60～200mm，间距一般为300～1000mm。

步骤2，对注浆钢管桩3进行压力注浆，水泥浆会通过渗出孔渗入到周围土体，形成搭接的连续防渗体8。

防止地下水入渗开挖面劣化土体力学参数，灌浆压力需根据土层性质、竖井深度等综合确定，灌浆压力一般为1～3Mpa。

步骤3，在注浆钢管桩3顶部现浇混凝土构成锁口井圈9将钢管桩连成整体，完成超前预支护结构的施工。

步骤4，进行竖井开挖，随层依次进行支护锚杆6施工、钢筋网片4敷设、型钢井圈5安装、喷混凝土层7施工，支护锚杆6外露段和钢筋网片4、型钢井圈5焊接，通过施工喷混凝土层7将支护锚杆6、钢筋网片4、型钢井圈5形成整体的施工期支护结构。

型钢井圈5竖向间距需和支护锚杆6的竖向间距相匹配。

步骤5，钢筋混凝土井壁结构2采用现场浇筑混凝土施工，或采用预制钢筋混凝土井壁，若采用预制钢筋混凝土井壁则现场拼装施工，并进行回填灌浆。

本方法的技术方案通过分序施工的超前支护结构、施工期支护结构、钢筋混凝土井壁结构2协同作用，保证土质竖井施工期及运行期的安全、稳定。