深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法

深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法由中煤第三建设（集团）有限责任公司完成的工法01形成原因操作原理质量控制工法特点材料设备安全措施目录030502040607环保措施应用实例效益分析荣誉表彰目录0908010基本信息《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》是中煤第三建设（集团）有限责任公司完成的建筑类施工工法，完成人是徐辉东、方体利、潘声杰、王敏建、刘宁，适用于煤矿、金属和非金属矿等各类矿山工程采用冻结法施工高强高性能混凝土井壁。《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》主要的工法特点是采用信息化管理；利用传统的凿井提升方式；在深厚表土层中的巨厚黏土层施工时，积极控制冻结状况，使井帮处于超低温状态。2008年1月31日，《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2005-2006年度国家一级工法。形成原因形成原因随着深部煤炭资源的不断开发，中国新建井筒所穿越的第四纪表土层越来越厚，特别是黄淮海地区，开采的煤田所穿越的表土层厚度逐步向500～700米过渡。当井筒采用冻结法施工穿过深厚表土时，普通的钢筋混凝土井壁难以承受巨大的地压、建井期间的冻结压力和井筒使用期间的负摩擦力。研究表明：如将混凝土强度提高5兆帕，则井壁的极限承载能力可提高10%~15%。如将2005年前普遍使用的混凝土强度等级由C40～C50提高到C70级以上，井壁的极限承载能力将有大幅度提高，可以减少建井投资，加快施工速度。因此，截至2005年，新建矿井中，立井井简井壁越来越多的采用高强高性能混凝土，因其本身致密、耐久性良好，有利于防止井壁在建设和使用过程中的破坏，如何优质高效地施工井筒井壁是保证工程顺利实施的关键。中煤第三建设（集团）有限责任公司与中国矿业大学、河海大学联合，对深厚表土层冻结井井壁高强高性能混凝土的研究与应用进行了科研攻关，并先后施工了济西生建煤矿主井，冻结深度480米，混凝土最高强度等级C60。C70高强混凝土井壁在冻结井筒中使用，无论从设计方面还是施工方面，都存在许多未知因素和需完善之处。从工程开工到2005年9月中旬，龙固副井井筒冻结段内外层井壁（5.0～649米段）施工全部安全优质完成，无论内壁、外壁在施工中均未出现裂缝，蜂窝、麻面等现象。也未有因混凝土井壁质量问题而造成深孔冻结过程中的盐水管断裂情况。工法特点工法特点《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的工法特点是：1.采用信息化管理，及时检测冻结壁的温度变形位移等情况，及时调整设计及施工段高，做好高强高性能混凝土施工中全过程的质量控制，保证混凝土井壁质量满足设计和使用要求。2.立井井筒冻结段井壁施工利用传统的凿井提升方式，充分采用了新技术、新工艺、新设备、新材料，配备合理的混凝土搅拌自动化系统。3.对原材料进行检验，根据现场施工条件优化混凝土配合比方案，精确控制用水量、各种材料的添加量。实施配合比设计，原材料控制，混凝土制作运输施工，全过程，全方位的质量控制。4.在深厚表土层中的巨厚黏土层施工时，积极控制冻结状况，使井帮处于超低温状态，确保冻结壁的强度和厚度，控制井帮变形位移，增加缓冲层厚度，采取多种措施实现安全优质施工。

操作原理适用范围施工工艺工艺原理操作原理适用范围《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的适用范围有：1.广泛应用于煤矿、金属和非金属矿等各类矿山工程采用冻结法施工高强高性能混凝土井壁。2.冻结段井筒深度较深、表土层地质条件复杂的井筒，在高地压、膨胀性黏土、冻结压力大的条件下能体现其施工特点。3.对当地产原材料的选用应进行试验检验，其参数必须满足高强高性能混凝土的使用要求。

工艺原理《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的工艺原理叙述如下：深厚表土层冻结井井壁混凝土施工具有特殊的环境条件，可概括为"先受热后受冻，边硬化边承载"，而且承受着低温、变温和随时变化的高地压、高冻结压力等多重因素的影响作用。该工法就是解决在如此复杂的条件下，如何实现混凝土井壁的高强高性能指标，以满足深厚表土层冻结井壁设计施工需要。首先对高强高性能混凝土所需原材料和外加剂进行了试验，选择了适合高强高性能混凝土所需的原材料、外加剂，确定了合理的混凝土配合比；然后对所选择配合比的混凝土基本特性、干缩性能、绝热温升特性和耐久性进行试验验证，优选确定了合理的高强高性能配合比设计、施工工艺参数，制定了质量控制方案指导现场施工。

施工工艺《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的施工工艺流程如下：首先通过理论计算设计，进行负温受压条件下的高强高性能混凝土的配合比试验，在实验室试配多组方案，并对其微观机理进一步分析的基础上，然后进行相似模拟试验研究，再通过现场试验段实验检验。最后结合工程实际，不断优化选择，取得合理的混凝土配合比及施工工艺参数、质量控制措施，指导现场施工。经检验后的合格原材料按照配合比要求进行搅拌，配备先进、精确的混凝土搅拌系统；成品混凝土通过立井井筒提升设备，由底卸式吊桶下放到井筒吊盘底部的分灰器上，经混凝土输料管输入MJY整体金属液压模板，进行养护操作。采用信息化施工，对混凝土施工进行全过程的质量监控，根据井壁变化情况及时调整施工方案；在混凝土低温冻结养护、立井井筒运输、提升方面制定专门施工措施，确保工程质量。深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工艺流程见图1。

图1冻结井高强高性能混凝土施工工艺流程图《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的各种原材料选用标准如下：1.材料设备材料设备一、原材料选择《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》所用的材料及要求如下：1.水泥选择P.O42.5级水泥，水泥应具有强度等级稳定，细度适中，水化热相对不高的特点。其物理性能检验结果见表1。2.细骨料对砂场进行现场勘察和取样，选定工程用砂供货源，所产黄砂颗粒应相对较粗，级配合理，含泥量小，不含泥块，其各项指标均符合2005年前的国家标准《建筑用砂》GB/T14684—2001Ⅰ类砂的技术要求，能满足配制高强混凝土的要求。取样检测结果见表2。3.粗骨料所选粗骨料符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001Ⅰ类石子技术要求，取样检测结果见表3。4.拌合用水质量控制质量控制《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的质量控制要求如下：一、执行的主要规范、标准1.《矿山井巷工程施工及验收规范》GBJ213-90；2.《煤矿井巷工程质量检验评定标准》MT5009—94；3.《钢筋混凝土工程施工质量验收规范》GB50204—2002；4.《煤矿安全规程》2006。

二、质量控制措施1.建立项目质量保证体系成立以项目经理为组长的质量管理领导小组，配备专职质检工程师，施工队成立质检管理小组，队长为组长，各作业班组开展QC活动，并根据需要配置合格的专职质检员，项目部成立试验室，质检办公室。2.根据该工程特点，技术人员认真编制"施工组织设计"和"技术工艺标准"，并对所有参加施工人员进行技术培训和措施交底，确保都领会设计意图，熟记工序质量标准。安全措施安全措施采用《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：1.在施工队伍进场前应对全体人员进行劳动纪律、规章制度教育，并进行安全技术交底及安全教育。2.实行项目安全责任制，并制定安全责任分级负责制，使安全责任落实到人。项目部制定安全检查制度，配备专（兼）职安全员负责安全检查并做好安全统计工作。3.公司安监部每月对该工程进行一次大检查，项目部每旬对该工程进行一次安全自检。4.安全检查中发现安全隐患和违章作业、违章指挥必须立即制止，对施工中的重大安全隐患立即下达整改通知单限期整改。对检查不合格的按有关规定进行停工限期整改和经济罚款，情节严重或整改不力的要对有关负责人追究责任。5.严格执行《煤矿安全规程》和《煤矿安全建设规定》并具体实施中煤第三建设（集团）有限责任公司的《安全生产管理制度》。

环保措施环保措施《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的环保措施如下：1.实施工点挂牌施工。设置工点标牌，标明工程项目名称、范围、开竣工时间、施工负责人、技术负责人。设置监督、举报**和信箱，接受监督。2.施工现场设置醒目的安全警示标志、安全标语，作业场所有安全操作规章制度，现场的施工用电设施安装规范、安全、可靠、建设安全文明标准工地。3.按照施工组织设计平面布置图，认真搞好施工现场规划，做到布局合理，井然有序，尽量少占或不占农田，对施工中破坏的植被，施工完后予以恢复。4.驻地生产区及生活区分片规划，房屋布局合理，符合消防环保和卫生要求。做到场地平整、排水畅通。各种设施安装符合安全规定，并定期进行检查。5.大型机械施工、空压机等噪音较大的施工场所，限定作业时间，保证居民有良好的休息环境。6.工地油库、料库等设于远离居民区和施工现场处，设置围栏等防护措施并派专人防护。施工场地内各种材料分类堆放整齐，挂设标牌，标识材料规格、产地等。各级负责人及施工人员一律挂胸卡上岗。7.作业完工后，及时清理施工场地，周转材料及时返库，做到工完料净、场地清洁。效益分析效益分析《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的效益分析如下：1.C60～C70高强高性能混凝土的应用研究，在井壁结构设计上体现较大的经济效益节省大量工程量。以龙固矿副井简为例，如仍按原中国国内采用的最高强度等级C55混凝土，其井壁厚度、配筋情况都远大于C60~C70混凝土井壁结构。采用了高强混凝土井壁（340～635米）段，共减少土方开挖量8697立方米，降低砌混凝土量8732立方米，节约钢筋962多吨，通过计算该段井筒仅井壁施工可节省直接工程费约1018万元人民币。若考虑到冻结圈径缩小，冻结孔数量减少，冻结强度及冻结制冷量降低，节省早期建井投资可达数千万元。注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算2.由于高性能混凝土与普通混凝土在组成上的不同，在原材料选优、矿物掺合料和外加剂配方上都存在较大差异。高性能混凝土具有更高的致密性、更良好的流动性和体积稳定性。通过试验证明，高强高性能混凝土的抗渗性能，抗氯离子渗透性能及抗冻性能都远高于普通混凝土，这都有利于增强井筒混凝土工程的耐久性，防止混凝土井壁被侵蚀损坏，相应节约矿井维修费用。

应用实例应用实例《深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工法》的应用实例如下：济西生建煤矿主井设计冻结深度480米，冻结段壁厚800～1350毫米，混凝土最高标号C60。原井筒-400～-475米设计有地面预制的大弧板混凝土外壁。中煤第三建设（集团）有限责任公司经过科研攻关，实施深厚表土层冻结井高强高性能混凝土井壁施工工艺，浇筑的混凝土性能达到设计要求，取消了预制大弧板外壁，提前工期22天，节省投资112.5万元。

龙固副井井筒冻结深度为650米，在井深380米以下，内外层井壁混凝土的强度等级达C60~C70，且内外层井壁厚度最大均达1.1米，该次混凝土施工C60混凝土井壁166米；浇筑C60混凝土5982立方米；施工C65混凝土井壁128米；浇筑C65混凝土8134.4立方米，留取试块五组，标准养护后实测强度等级均达到设计强度，施工C70混凝土井壁201米；浇筑C70混凝土12773.55立方米共留取13组试件，标准养护后实测平均强度等级达86.6兆帕，达到设计强度的123.7%。在整个井筒施工中无论外壁和内壁高强高性能混凝土不仅均未出现温度、干缩裂缝、蜂窝、麻面等质量通病，也未出现冻结壁片帮位移、冻结管断裂等易发事故，混凝土