采用组合钢架梁施工法安全、高效通过深厚流砂层

摘要：中煤矿建二十九工程处在兖矿集团鄂尔多斯能化公司转龙湾煤矿副斜井明槽段施工中，加强组织管理，优化施工方案、采用组合钢架梁施工法安全、高效穿过深厚流砂层。通过对施工方案及组织管理的分析，总结施工经验，为今后遇到类似工程施工提供参考和经验。

关键词：组织管理；优化方案；组合钢架梁；流砂层

一、工程概况：

转龙湾矿井位于内蒙古鄂尔多斯伊市金霍洛旗境内，地处毛乌素沙漠边缘，常年风沙不断。隶属兖矿集团鄂尔多斯能化公司，该矿设计生产能力5.0Mt/a，工业场地布置有主、副斜井和回风立井，矿井采用混合开拓方式。其中主、副斜井及井下二期工程由中煤矿建二十九工程处承建，副斜井明槽长度为408m，坡度为-5.5°，断面为直墙半圆拱形，净高4.8m，净宽6.0m，支护方式采用双层钢筋混凝土支护，厚度500mm，混凝土强度等级C30，井筒明槽段所处地层均为第四系的深厚风积砂，厚度达13～31m，风积砂下面为侏罗系的直罗组岩层，主要为泥岩；明槽开挖最深处垂深达31m，上面全部为风积砂覆盖，当明槽开挖至326m时底板出现直罗组岩层，为灰绿色风化基岩，且含水，为地表水，水量约为10m?/h。

二、施工中遇到的难题

1、含水层静水位处于风积砂与风化基岩结合处，继续向前开挖后，后面已形成流砂，两边坡滑坡严重，形成了极大地安全隐患。

2、明槽段310m-407m段两边坡开挖垂深达到24-31m，滑坡严重，且雨季即将来临，必须快速通过该含水层，紧接着进行明槽砌碹工作。

3、北边边坡开挖已接近主斜井口（主副井平行距离为40m），无法进一步放坡，造成北面边坡陡峭，边坡角度达到60°。

三、施工方案

1、结合实际、查找不足

该段原设计底板为先铺设级配砂，碾压密实，然后浇注200mm的钢筋混凝土底板，碹体为双层钢筋混凝土支护，壁厚500mm；该设计没有考虑到明槽开挖会遇到流砂层，如按照原设计及正常工序施工将很难穿过该流砂层，且安全隐患大。

2、优化设计、制定方案

针对实际施工情况，经项目部研究决定，形成如下方案，并上报甲方、监理及设计院同意后实施。流砂段（326～408m）一次支护采用组合钢架梁（带底梁）+网喷射混凝土支护，钢架采用12.6#工字钢，间距1000mm，钢架间采用7根22mm螺纹钢焊接连接，组合梁采用螺栓连接；二次支护由原设计的双层钢筋混凝土优化为单层钢筋混凝土砌碹支护，壁厚不变（500mm）。

3、精心组织、细化工序

方案制定后，项目部积极准备材料、组织人员，将各道工序逐步细化，将施工中有可能存在的各种问题超前考虑，做到走一步，看三步。

①材料准备：一次支护所需材料：

带底梁的12.6#工字钢钢架80架，（钢架尺寸大出碹体外径50mm）

连接底梁的横梁12.6#工字钢160m。

普通网片1300，废旧风筒布若干。

②人员组织

③施工工序

该段一次支护要以小循环作业，先用挖机在设计尺寸外两帮挖出沟槽，在沟槽内设置一道滤水墙、一道挡水墙，滤水墙采用碎石袋堆积（网袋里面装满2-4cm碎石）作为滤水层，挡水墙采用细砂袋堆积作为挡水层，然后在两墙中间预埋两根钻有滤水孔的4寸钢管作为导水管，以上措施作为超前护砂治水措施，确保砂子挡在墙外，通过滤水层的清水能够通过导水管导出去。超前护砂治水措施完成后，挖机开始挖底板，当底板按设计坡度和宽度开挖出3-5m后，底板铺设级配砂，并碾压密实，接着铺设底板组合梁，组装墙部钢架，底板组合梁及墙部钢架操平找正后浇注混凝土垫层，厚度200mm，强度C30，将底梁打入混凝土垫层里，待混凝土凝固后开始架设拱部钢架。钢架架设完成后，在钢架外侧铺设双层钢筋网，双层钢筋网之间采用50mm后的水泥板隔开，然后再在钢筋网外层铺设一层废旧风筒布，最后在组合钢架内喷射一层100mm厚的C20混凝土。组合钢架施工完成后两帮要及时均匀回填，以防滑坡将组合钢架挤偏移。（附施工过程图）

四、取得的效果

事实证明，经过项目部精心组织，合理施工，采用组合钢架梁施工法，仅用9天时间就安全、高效穿过该流砂层。由于方案合理，施工中高标准，严要求，最终各项技术指标均达到了预期效果。

五、技术与经济效益

1、保证工程质量：采用组合钢架梁施工法，首先形成了一个封闭式的空间，将流砂挡在外面，这样可以确保二次钢筋混凝土砌碹支护时在一个良好的环境中，保证混凝土质量。

2、缩短工期：事实证明，虽然组合钢架梁施工占用了9天时间，但是在二次钢筋混凝土砌碹支护时节省了绑扎外层钢筋和组装外层模板的时间，同时由于施工条件的改变，消除了清砂、治水等工作的影响；如按原设计每砌碹一模（9m）至少需要60个小时，而优化后的方案每模仅用20个小时，加上组合钢架梁施工占用的9天时间，总工期缩短了（60-20）×10（模）÷24-9（天）=8天。

3、降低成本：取消了原设计的外层钢筋，增加了一次组合钢架梁支护。原设计外层钢筋总共需要29.1t，组合钢架梁使用钢材27.3t，而且还节省了砌碹时外层模板的费用。

4、加强支护：取消了外层钢筋，增加了120mm厚的组合钢架梁+网喷混凝土支护，加强了支护。

5、社会效益：方案成功实施后，得到了甲方、监理和设计单位的高度赞誉，更是取得了兖矿集团、济南设计研究院及中煤矿建集团多位专家的认可，赚取了良好的社会效益，为市场承揽工程提高了信誉度。

六、结束语

在矿井建设期间，岩层出水是影响施工进度，降低施工效率的主要因素，尤其是遇流砂层，更难治理，处理不好，还会对施工带来很大的安全隐患。组合钢架梁施工法就相当于事先组装好的一套“模型”，为施工提前开出了一条安全通道，为确保安全快速施工提供了良好的施工环境和条件，具有广泛的推广应用价值。