一種含水巖層井壁結(jié)構(gòu)及施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井壁結(jié)構(gòu)及施工方法，特別是一種含水巖層井壁結(jié)構(gòu)及施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]立井、斜井等地下工程的建設(shè)首先面臨井壁(支護(hù)結(jié)構(gòu))的設(shè)計(jì)問題。對(duì)于不含水或淺部低水壓含水巖層，因荷載較小，井壁設(shè)計(jì)及施工難度小，工程安全能夠得到保證。
[0003]然而，現(xiàn)有的立井、斜井井壁設(shè)計(jì)規(guī)范均未重視巖石地層中水壓荷載的取值問題；而對(duì)于深部含水巖層，水壓恰恰是井壁的最主要荷載。如不正確地考慮水壓，井壁設(shè)計(jì)厚度將偏薄，導(dǎo)致井壁澆筑成型后無(wú)法抵擋外部高水壓，易發(fā)生整體或局部壓垮，進(jìn)而嚴(yán)重漏水；而如考慮井壁外側(cè)的水壓積聚，則井壁設(shè)計(jì)厚度往往很大，大大提高施工難度及建設(shè)成本。
[0004]現(xiàn)有的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，均把井壁視為一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)；井壁施工時(shí)，也僅僅是在圍巖體與模板組成的空間內(nèi)澆筑混凝土形成井壁。在高水壓巖層中，此工藝澆筑的井壁結(jié)構(gòu)，一方面井壁與圍巖體之間除了混凝土與圍巖之間的自然粘結(jié)力之外，再無(wú)其他粘結(jié)、錨固作用，未發(fā)揮圍巖體自身的承載力；另一方面，井壁結(jié)構(gòu)一旦向內(nèi)壓縮，容易與圍巖體剝離，進(jìn)而導(dǎo)致外部水壓積聚，并承受更大的水壓作用。
[0005]因此，對(duì)于含水巖層中井筒建設(shè)，其井壁設(shè)計(jì)與施工，均需重視井壁的徑向剛度(即抗徑向壓縮變形的能力)，并應(yīng)切實(shí)提高井壁與圍巖體之間的粘結(jié)、錨固作用，以減少二者之間發(fā)生剝離、存在高壓水積聚的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是要提供一種適用于深部含水巖層、具有抗高水壓能力的立井、斜井、隧道或硐室井壁的含水巖層井壁結(jié)構(gòu)及施工方法，解決井壁獨(dú)立承擔(dān)高水壓時(shí)，徑向剛度小、易與圍巖體剝離、承載力較小的難題。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:井壁結(jié)構(gòu)由錨拉桿I (I)、錨拉桿II (2)、鋼骨架(3)和混凝土(4)組成；錨拉桿I (I)部分錨固于圍巖體內(nèi)，另一部分錨固于井壁但不穿透井壁；桿體與井壁內(nèi)的鋼骨架聯(lián)接形成空間網(wǎng)格；錨拉桿I (I)位于圍巖體內(nèi)的部分可兼作圍巖支護(hù)錨桿；錨拉桿II (2)部分錨固于圍巖體內(nèi)，另一部分穿透井壁達(dá)到井壁內(nèi)表面；桿體與井壁內(nèi)的鋼骨架(3)聯(lián)接形成空間網(wǎng)格；
[0008]井壁為固定在圍巖上的錨拉桿I (I)、錨拉桿II (2)、鋼骨架(3)以及澆筑在整個(gè)網(wǎng)架中并構(gòu)成筒形井壁的混凝土(4)。
[0009]所述的錨拉桿II由管體(5)、芯桿(6)、墊圈(7)和端頭螺母⑶組成；芯桿(6)尾端與管體(5)尾端焊接或者嵌固在管體(5)內(nèi)部。
[0010]所述的管體(5)上連接預(yù)埋注漿管(9);所述的預(yù)埋注漿管(9)連接閥門(13)，閥門(13)連接注漿管路(14);所述的管體(5)與芯桿(6)的環(huán)形空間形成注漿通道(10);所述的管體(5)表面局部設(shè)置有楔形透漿孔(11)，孔口安設(shè)有孔塞(12)。
[0011]所述的錨拉桿I (1)、錨拉桿II (2)沿井筒軸向、橫斷面內(nèi)的環(huán)向，可以均勻或不均勻間距設(shè)置，或者僅在局部設(shè)置；既可以兩者均設(shè)置，也可以僅設(shè)置其中一種。
[0012]井壁施工方法:井筒開挖后，首先在圍巖體上施作錨拉桿I (I)、錨拉桿II (2);而后綁扎井壁鋼骨架(3)，并把錨拉桿I (1)、11 (2)與鋼骨架(3)聯(lián)接，在錨拉桿II (2)的管體(5)上連接預(yù)埋注漿管(9);隨后立模板并澆筑混凝土(4);井壁拆模并達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過旋擰端頭螺母(8)，對(duì)錨拉桿II⑵施加預(yù)緊力；將閥門(13)與預(yù)埋注漿管(9)連接，注漿管路(14)與閥門(13)連接；打開錨拉桿II (2)中的閥門(13)開展注漿，漿液通過楔形透漿孔(11)充填井壁與圍巖體界面處的孔隙，注漿完畢，關(guān)閉閥門(13)并拔掉注漿管路(14);最后待漿液凝固拆下閥門(13);
[0013]具體施工步驟:
[0014](I)、在圍巖體上施作錨拉桿I，錨拉桿I不穿透井壁，與井壁鋼骨架固定聯(lián)接，組成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；所述的錨拉桿I的錨拉桿兼作圍巖體的臨時(shí)支護(hù)錨桿，或利用臨時(shí)支護(hù)銷桿延長(zhǎng)形成銷拉桿；
[0015](2)、在圍巖體上施作錨拉桿II，錨拉桿II外端穿透井壁到達(dá)井壁內(nèi)表面，并與井壁鋼骨架聯(lián)接固定，在錨拉桿II管體上連接預(yù)埋注漿管，在圍巖體界面處，錨拉桿II管體均勻設(shè)置楔形透漿孔，孔上放置薄片孔塞；
[0016](3)、在圍巖體內(nèi)側(cè)設(shè)置模板，并在模板與圍巖體之間的空間內(nèi)，全斷面一次性整體澆筑混凝土材料，或分區(qū)域澆筑混凝土，形成圓形或其他形狀斷面的混凝土井壁；
[0017](4)、井壁拆模并達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過端頭螺母對(duì)錨拉桿II的芯桿施加預(yù)緊力，通過錨拉桿II的預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿，經(jīng)過錨拉桿II的楔形透漿孔填充井壁與圍巖界面接觸面部位可能存在的裂隙或空洞，提高井壁混凝土與圍巖的粘結(jié)力，最后關(guān)閉閥門。
[0018]所述的井壁混凝土(4)可采用普通混凝土或纖維混凝土 ；所述的鋼骨架(3)可采用鋼筋網(wǎng)、鋼結(jié)構(gòu)桁架或型鋼骨架；井壁澆筑可以全斷面一次完成，或分區(qū)域分次澆筑；井壁橫斷面可以是圓形或非圓形。
[0019]通過錨拉桿II (2)的預(yù)埋注漿管(9)開展注漿時(shí)，漿液材料可以是普通的水泥漿系漿，也可以是化學(xué)漿或者二者的混合漿液。
[0020]有益效果，由于采用了上述方案，通過設(shè)置錨拉桿1、錨拉桿I1、鋼骨架，并澆筑混凝土形成井壁結(jié)構(gòu)。錨固于圍巖體中的錨拉桿1、II分別部分穿入井壁、穿透井壁；錨拉桿1、II均作為井壁徑向骨架，與鋼骨架聯(lián)接形成空間結(jié)構(gòu)；采用混凝土澆筑形成井壁結(jié)構(gòu)；井壁拆模后，利用錨拉桿II中的預(yù)埋注漿管實(shí)施注漿，提高井壁與圍巖界面的密實(shí)度及粘結(jié)強(qiáng)度。上述方法施工的井壁，能夠與圍巖體良好地錨固、膠結(jié)為一體。在外部高水壓作用下，由傳統(tǒng)井壁的單獨(dú)承擔(dān)水壓，變?yōu)榫谂c圍巖一起承擔(dān)水壓。
[0021]優(yōu)點(diǎn):該井壁在高水壓下不易與圍巖體剝離，外表面不會(huì)出現(xiàn)大面積的高壓水積聚，具有更高的徑向剛度及承載力；從而為大幅減薄井壁、降低工程造價(jià)創(chuàng)造了條件，因而能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0022]該型井壁結(jié)構(gòu)及施工方法，通過井壁與圍巖共同承載，提高了井壁徑向剛度，可避免井壁外表面出現(xiàn)高壓水積聚。同等斷面尺寸及材料條件下，具有比普通井壁更高的承載力，因而能大幅降低工程造價(jià)，提高安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1-1為本發(fā)明實(shí)施例1“底板為仰拱型的斜井井壁結(jié)構(gòu)”的橫斷面示意圖。
[0024]圖1-2為圖1-1的軸向剖面(A-A)示意圖。
[0025]圖2-1為本發(fā)明實(shí)施例2“底板為平直型的斜井井壁結(jié)構(gòu)”的橫斷面示意圖。
[0026]圖2-2為圖2-1的軸向剖面(B-B)示意圖。
[0027]圖3-1為本發(fā)明實(shí)施例3“立井井壁結(jié)構(gòu)”的橫斷面示意圖。
[0028]圖3-2為圖3-1的軸向剖面(C-C)示意圖。
[0029]圖4本發(fā)明的錨拉桿I的結(jié)構(gòu)及其錨固形態(tài)示意圖。
[0030]圖5-1本發(fā)明端部焊接式拉桿II的結(jié)構(gòu)及其錨固形態(tài)示意圖。
[0031]圖5-2本發(fā)明端部嵌固式錨拉桿II的結(jié)構(gòu)及其錨固形態(tài)示意圖。
[0032]圖中，1、錨拉桿I ;2、錨拉桿II ;3、鋼骨架；4、混凝土；5、管體；6、芯桿；7、墊圈；8、端頭螺母；9、預(yù)埋注漿管；10、注漿通道；11、楔形透漿孔；12、孔塞；13、閥門；14、注漿管路。
【具體實(shí)施方式】
[0033]井壁結(jié)構(gòu)由錨拉桿I 1、錨拉桿II 2、鋼骨架3和混凝土 4組成；錨拉桿I I部分錨固于圍巖體內(nèi)，另一部分錨固于井壁但不穿透井壁；桿體與井壁內(nèi)的鋼骨架聯(lián)接形成空間網(wǎng)格；錨拉桿I I的錨體結(jié)構(gòu)同常見錨桿；錨拉桿I I位于圍巖體內(nèi)的部分可兼作圍巖支護(hù)錨桿；錨拉桿II 2部分錨固于圍巖體內(nèi)，另一部分穿透井壁達(dá)到井壁內(nèi)表面；桿體與井壁內(nèi)的鋼骨架3聯(lián)接形成空間網(wǎng)格；
[0034]井壁為固定在圍巖上的錨拉桿I 1、錨拉桿II 2、鋼骨架3以及澆筑在整個(gè)網(wǎng)架中并構(gòu)成筒形井壁的混凝土 4。
[0035]所述的錨拉桿II由管體5、芯桿6、墊圈7和端頭螺母8組成；芯桿6尾端與管體5尾端焊接或者嵌固在管體5內(nèi)部。
[0036]所述的管體5上連接預(yù)埋注漿管9 ;所述的預(yù)埋注漿管9連接閥門13，閥門13連接注漿管路14 ;所述的管體5與芯桿6的環(huán)形空間形成注漿通道10 ;所述的管體5表面局部設(shè)置有楔形透漿孔11，孔口安設(shè)有孔塞12。
[0037]所述的錨拉桿I 1、錨拉桿II 2沿井筒軸向、橫斷面內(nèi)的環(huán)向，可