立井施工井筒临时支护与永久支护技术深度解析

发布时间:2024-07-29

立井施工井筒临时支护与永久支护技术深度解析

在立井施工过程中，井筒的支护技术是一项至关重要的工程环节，直接关系到施工安全与工程质量的保障。本文将从井筒临时支护的基本概念出发，深入探讨锚喷支护与井圈背板法等临时支护方法，并进一步阐述永久支护中的混凝土浇筑技术及其相关模板技术的发展与应用。通过理论解析与实践案例的结合，旨在为立井施工专业人员提供全面而深入的支护技术指南。

一、井筒支护概述

在立井施工过程中，井筒作为连接地表与地下的重要通道，其稳定性直接关系到整个工程的安全与效率。井筒支护，顾名思义，是指为防止井筒围岩在开挖过程中因应力释放而发生垮塌，而采取的一系列支撑与防护措施。根据支护的时效性与目的不同，井筒支护可分为临时支护与永久支护两大类。

1.1 临时支护的意义

临时支护的主要作用是在井筒开挖初期，快速稳定围岩，为后续的永久支护施工提供安全的作业环境。它要求支护结构能够快速安装、拆除，并具有一定的承载能力与变形适应性。

1.2 永久支护的必要性

永久支护则是确保井筒长期稳定运行的关键。它不仅要承受围岩的长期压力，还需具备良好的耐久性与防水性能，以保障井筒的使用安全与寿命。

二、井筒临时支护方法

井筒临时支护方法多种多样，其中锚喷支护与井圈背板法是最为常见的两种。下面将分别对这两种方法进行详细解析。

2.1 锚喷支护

锚喷支护，即锚杆喷射混凝土支护，是一种结合了锚杆支护与喷射混凝土支护的复合支护方法。其基本原理是通过在井筒围岩中打入锚杆，利用锚杆的锚固力与围岩形成整体，再喷射混凝土形成保护层，从而达到支护围岩的目的。

2.1.1 锚杆支护原理

锚杆支护利用锚杆的拉拔力与剪切力，将围岩的松动圈与深部稳定岩层连接起来，形成一个稳定的承载结构。锚杆的布置方式、长度、直径及锚固力等因素，均会直接影响支护效果。

2.1.2 喷射混凝土施工

喷射混凝土施工是锚喷支护的关键环节。它要求混凝土具有良好的流动性与速凝性，以便快速喷射到井壁上并形成致密的保护层。根据喷射设备的位置不同，锚喷支护可分为地面喷射与井内喷射两种方式。地面喷射通常利用泵送设备将混凝土浆液输送至井内，再通过喷射装置进行喷射；而井内一般就是放置在这个吊桶上，吊桶上，然后这个混凝土浆液通过设备之后喷射到井壁上，这样的话，就形成了一个临时的一个保护层。

2.1.3 优缺点分析

锚喷支护具有支护效果好、施工速度快、成本相对较低等优点，广泛应用于各类井筒工程中。然而，其施工质量受操作人员技术水平、混凝土配合比及环境条件等多种因素影响较大，需严格控制施工质量以确保支护效果。

2.2 井圈背板法

井圈背板法是一种传统的井筒临时支护方法，其基本原理是在井壁上设置一圈槽钢或钢轨作为井圈，再在井圈后面插入背板（如木板、钢板等），以支撑围岩并防止垮塌。

2.2.1 施工步骤

井圈背板法的施工步骤主要包括：测量定位、安装井圈、插入背板、固定连接等。首先，根据井筒尺寸与设计要求，在井壁上测量定位并安装井圈；然后，在井圈后面插入背板，并用螺栓或卡扣等方式将背板与井圈固定连接；最后，检查支护结构的稳固性并进行必要的调整。

2.2.2 优缺点分析

井圈背板法具有施工简便、材料易得等优点，特别适用于一些小型或临时性井筒工程。然而，随着锚喷支护等现代支护技术的普及与发展，井圈背板法逐渐显露出其支护效果差、劳动强度大、材料消耗多等缺点，逐渐被淘汰或仅作为辅助支护方法使用。

三、永久支护技术

永久支护是井筒工程中的重要环节之一，其主要目的是确保井筒的长期稳定运行。在永久支护中，混凝土浇筑是最为常用的方法之一。下面将对混凝土浇筑技术及其相关模板技术进行详细解析。

3.1 混凝土浇筑技术

混凝土浇筑是永久支护中的关键环节之一。它要求混凝土具有良好的流动性、和易性及硬化后的强度与耐久性。根据浇筑方式的不同，混凝土浇筑可分为泵送浇筑、溜灰管浇筑及底卸式材料吊桶浇筑等多种方式。

3.1.1 泵送浇筑

泵送浇筑是利用混凝土泵将混凝土通过管道输送至浇筑部位的一种高效浇筑方式。它适用于大体积、高落差及复杂结构的混凝土浇筑。然而，泵送浇筑对混凝土的流动性要求较高，且需配备专业的泵送设备与操作人员。

3.1.2 溜灰管浇筑

溜灰管浇筑是另一种常见的混凝土浇筑方式，尤其适用于井筒等竖直结构的浇筑。它利用无缝钢管（如U型溜灰管）作为输送管道，将混凝土从地面输送至浇筑工作面。在接近浇筑工作面时，通常会将无缝钢管换成软管，以便更灵活地调整浇筑方向和位置。溜灰管浇筑具有操作简单、成本较低等优点，但需注意控制混凝土的流动速度，避免堵塞管道或造成混凝土离析。

3.1.3 底卸式材料吊桶浇筑

底卸式材料吊桶浇筑是通过提升设备将装有混凝土的吊桶提升至浇筑位置，然后开启吊桶底部阀门，使混凝土自然流入模板内。这种方式适用于小型井筒或特定条件下的浇筑作业。其优点在于浇筑过程可控性强，但相对泵送浇筑和溜灰管浇筑而言，效率较低且对操作人员的技术要求较高。

3.2 模板技术

模板技术在混凝土浇筑中起着至关重要的作用，它决定了混凝土的形状、尺寸和表面质量。在井筒永久支护中，常用的模板技术包括装配式金属模板、伸缩式金属整体移动模板以及整体液压滑升模板等。

3.2.1 装配式金属模板

装配式金属模板由若干块弧形的钢板装配而成，每个弧板四周都有角钢焊接，用螺栓进行连接。这种模板的优点在于结构简单、技术要求低，便于组装和拆卸。然而，其缺点也较为明显，即每次支模和拆模都需要重新连接和拆卸弧板，导致工序较长且劳动强度大。

3.2.2 伸缩式金属整体移动模板

为了克服装配式金属模板的缺点，伸缩式金属整体移动模板应运而生。这种模板将整个模板形成一个整体，并在模板上划分伸缩缝，以实现模板的伸缩和移动。根据伸缩缝的不同形式，可分为单缝、双缝甚至三缝式模板。伸缩式模板的优点在于减少了重复连接和拆卸的工作量，提高了施工效率。同时，其整体性强，能够更好地保证混凝土的浇筑质量。

3.2.3 整体液压滑升模板

整体液压滑升模板是模板技术中的高级形式，它利用液压千斤顶沿爬杆或支撑杆带动模板一起向上爬升。根据爬杆的不同形式，可分为压杆式和拉杆式两种。压杆式将爬杆直接浇筑在墙体中，通过液压千斤顶的顶升作用带动模板上升；而拉杆式则将拉杆固定在吊盘上，通过吊盘的上下移动实现模板的滑升。整体液压滑升模板具有施工速度快、技术要求高、自动化程度强等优点，特别适用于大型井筒和高层建筑的混凝土浇筑。3.3 混凝土浇筑

那模板支护完之后，就开始进行混凝土的浇筑，首先，就是要输送混凝土，混凝土输送通常采用溜灰管输送和底卸式材料吊桶输送两种方式。其中U规管输送是最常用的一种方法，它是通常采用159毫米的无缝钢管。读者可以看这个图。这个就是一个首先就是接一个无缝钢管，从地面往下引，引到接近浇筑工作面的时候，再换成一个软管，往这个模板里浇筑混凝土，就实现它的一个输送。

四、支护技术发展趋势

随着采矿与地下施工技术的不断发展，井筒支护技术也在不断创新和完善。未来，井筒支护技术将朝着以下几个方面发展：

1. 智能化与自动化：利用现代传感技术、智能控制技术和自动化技术，实现支护结构的智能化监测、预警与调整，提高支护效果和施工安全性。

2. 绿色化与环保化：注重支护材料的环保性能，推广使用可回收、可降解的支护材料，减少对环境的影响。同时，优化施工工艺，降低能耗和排放。

3. 模块化与标准化：推动支护结构的模块化和标准化设计，提高支护结构的互换性和可维护性，降低施工成本和时间。

4. 高性能化与耐久性：研发高性能的支护材料和技术，提高支护结构的承载能力和耐久性，确保井筒的长期稳定运行。

五、结论

井筒支护作为采矿与地下施工中的关键环节之一，其技术水平直接关系到工程的安全与效率。本文详细解析了井筒临时支护与永久支护的多种方法及其优缺点，并探讨了支护技术的发展趋势。通过理论解析与实践案例的结合，旨在为采矿与地下施工专业人员提供全面而深入的支护技术指南。在未来的发展中，应不断推动支护技术的创新与完善，以适应日益复杂的工程需求和环保要求。