[发明专利]竖井中间段软弱地质层的施工加固方法

说明书

技术领域

本发明属于竖井施工加固技术领域，确切的说是涉及一种在竖井施工中用于对竖井中间段富含水砂层、软弱岩层等Ⅳ类或Ⅴ类围岩地质层进行加固的竖井中间段软弱地质层的施工加固方法。

背景技术

在矿山开采、隧道施工及水利水电工程中均涉及到竖井的开挖施工。由于地质条件非常复杂，在竖井施工中经常会遇到Ⅳ类或Ⅴ类围岩等软弱地质层结构，尤其是在竖井施工中遇到上第三系未胶结砂岩（砂层）、泥质细砂岩、砂质粘土岩互层或交叉等属于不稳定Ⅳ类围岩或极不稳定Ⅴ类围岩的地质层结构，这种地质结构含水量丰富，在高承压水、重力及地应力作用下易软化、泥化、崩解，导致竖井施工频繁发生高压涌水、流砂和塌方现象，成井极为困难。

现有技术中对Ⅳ类或Ⅴ类围岩等软弱地质层结构进行施工加固的技术有盾构法、冰冻法、沉井法、固结灌浆法等。盾构法和冰冻法的施工造价很高，而且对于竖井中间段出现的富含水的砂层、软弱岩层进行施工加固在技术上难以实现；沉井法施工难度较大，施工过程中很难保证竖井的垂直度，而且施工工期较长；而固结灌浆法虽然在竖井中间段施工时技术上可行，但在竖井中间段对Ⅳ类或Ⅴ类围岩等软弱地质层结构进行加固施工时，由于工作断面狭小，施工条件受限，因而只能通过浅层孔进行固结灌浆，如果钻孔过程中岩层出现高承压水，高承压水冲击浅孔钻会频繁出现涌砂及涌水现象，因而无法有效对高承压水松散砂层进行固结。由此可见，就现有技术而言，对于竖井中间段出现富含水的砂层、软弱岩层进行施工加固属于施工难题，成为了阻碍隧洞施工乃至整个工程的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种施工简单、安全、高效、经济的竖井中间段软弱地质层的施工加固方法，以解决现有技术无法有效对竖井中间段出现的Ⅳ类或Ⅴ类围岩等软弱地质层进行加固的问题。 

本发明的竖井中间段软弱地质层的施工加固方法的技术方案是：一种竖井中间段软弱地质层的施工加固方法，第一步，焊制沉筒：所述沉筒包括圆筒形的筒身和分别密封焊接固定于筒身上、下端口的顶板与底板，沉筒的外径小于竖井施工加固段的内径，在沉筒的内腔中竖向间隔设置有若干灌浆装置，所述灌浆装置包括设于内腔中部的环形灌浆管，环形灌浆管的外周缘连接有若干呈辐射状均匀布设的径向灌浆管，各径向灌浆管的末端与沉筒筒壁上对应开设的灌浆口密封固定连接，在各环形灌浆管上部分别连接有竖向向上伸出地面的垂直灌浆管，各垂直灌浆管密封穿过所述顶板对应开设的通孔并列设置，在所述顶板上还密封固定竖向向上延伸用于向沉筒内腔注水的注水管；第二步，沉井：通过吊运装置将沉筒垂直放入注满水的竖井中，并向沉筒内注水，使沉筒克服竖井内水的浮力沉入竖井；第三步，灌浆：当沉筒下沉到位后，在地面用灌浆机连接各垂直灌浆管从下至上依次经对应灌浆装置向沉筒与竖井之间的间隙中注入浆液；第四步，排水：当灌浆强度达到要求后，抽出竖井和沉筒内的水；第五步，拆除：人工下入竖井中将沉筒及注水管和各灌浆装置从上到下切除，保留筒身，完成竖井中部施工加固段的加固工作。 

所述沉筒的筒身由若干环形钢筒连接组成，所述的各灌浆装置中的环形灌浆管分别通过其上对应连接的径向灌浆管焊接固定在相应位置处的环形钢筒中，在所述第二步沉井中，先将底板与位于沉筒底部的首节环形钢筒焊接固定后通过注水沉入竖井，仅保留其上端口高出竖井的井口，然后将第二节环形钢筒与首节环形钢筒焊接固定并通过注水使其下沉，仅保留第二节环形钢筒的上端口高出竖井的井口，然后在第二节环形钢筒上焊接固定第三节环形钢筒，如此每下沉一节环形钢筒后再焊接连接下一节的环形钢筒，如此逐节下沉、逐节连接，每次下沉需保证焊接固定的该节环形钢筒的上端口高出竖井的井口，当沉筒顶部的末节环形钢筒焊接固定后最后焊接顶板，沉筒焊接完毕后整体沉入竖井中。 

在所述各环形钢筒的上部外表面对称焊接固定有吊耳，并在井口水平铺放有井字形挂具，所述各环形钢筒通过井字形挂具的中间方口沉入竖井，所述的各环形钢筒在下沉时通过其上固定的吊耳与所述井字形挂具挡止配合保证其上端口高出竖井的井口。

所述各垂直灌浆管采用分节焊接连接构成，当两节环形钢筒焊接固定后再将相应的垂直灌浆管焊接延长。

在所述顶板上开设有供各垂直灌浆管和注水管穿过的通孔，当顶板与末节环形钢筒焊接完毕后将各垂直灌浆管和注水管密封焊接固定在对应的通孔中，并在沉筒沉入竖井后逐节焊接延长各垂直灌浆管和注水管直至沉筒到位，每次焊接延长时应保证各垂直灌浆管和注水管的入口高于井口。

所述沉筒的各环形钢筒之间采用内外满焊工艺焊接固定。