一种用于竖井施工期间的截水结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及竖井施工技术领域，具体为一种用于竖井施工期间的截水结构及其施工方法。

背景技术：

2.深大竖井施工过程中水是制约竖井施工进度的关键因素，随着竖井掘进深度的增加，基岩裂隙水越来越明显。高寒地区在夏季温度升高、地温升高，地表积雪融化沿着地表裂隙进入基岩，使得开挖井壁出现淋雨状出水，地下水位上升导致淹井事故。在煤矿施工技术领域对水的治理通常采用地面预注浆、掌子面帷幕注浆技术措施，从而将基岩裂隙水控制在一定范围内，在竖井掘进过程中采取壁后注浆止水再进行进一步的封堵，实现打“干井”的目的。壁后注浆需要在该段高出渣完成后浇筑一次衬砌模筑混凝土之前实施，或者在下一段高模筑混凝土施工完成后再实施上一段高壁后注浆。这样造成掌子面施工环境差，不利于文明施工，耗时长，影响施工进度，不利于竖井工期的控制。
3.因此，亟待提出一种用于竖井施工期间的截水结构及其施工方法。

技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种用于竖井施工期间的截水结构及其施工方法，用于解决上述问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种用于竖井施工期间的截水结构，包括竖井岩壁和沿竖井岩壁轴向方向设置在其内壁的一次衬砌，还包括设置在一次衬砌与竖井岩壁之间、且截面呈直角三角形的环向截水槽，所述一次衬砌远离竖井岩壁的一面、且对应环向截水槽还设有环绕一次衬砌一周并与一次衬砌之间形成v型槽的截水板，所述v型槽与环向截水槽之间通过导向管相连通，所述环向截水槽的下方还设有集水箱，所述集水箱与环向接水槽之间通过竖向导水管相连通，所述集水箱的内部设有抽水泵，所述一次衬砌远离竖井岩壁的一面对应集水箱位置处还开设有用于安装水泵的预留孔。
6.本方案通过设置的环向截水槽、截水板、集水箱和抽水泵，可将岩壁的裂隙水和井壁外的淋雨状滴状出水收集于集水箱内，通过集水箱内的水泵泵送至竖井内吊盘上的临时水箱或井外循环利用，以此实现将衬砌外壁、内壁的淋雨状出水、渗水、岩壁裂隙水进行截流，阻止其进一步的向下蔓延汇集于掌子面，确保掌子面施工干燥，提高施工进度，并利于竖井工期的控制。
7.进一步地，所述环向截水槽的槽底低于一次衬砌的底部标高，所述环向截水槽的其中一个直角边紧贴在一次衬砌靠近竖井岩壁的侧壁上、且其斜边沿远离一次衬砌的方向并倾斜向上设置。
8.进一步地，所述环向截水槽的上方还设有用于引导竖井岩壁内的出水进入至环向截水槽内的引排水管，所述引排水管沿远离环向接水槽的方向倾斜向上设置。
9.优选地，所述截水板通过膨胀螺栓固定在一次衬砌的外壁上。
10.优选地，所述竖向导水管的顶端位于位于环形截水槽的槽底位置处，且所述竖向导水管通过u型卡件固定在竖井岩壁上。
11.进一步地，所述集水箱的内部位于最高水位线位置处还设有多个与抽水泵启停电连接的水位感应报警装置。
12.进一步地，所述抽水泵为卧泵，抽水泵的排水能力应不小于1.2倍正常涌水量,并应配备备用水泵，水泵额定扬程应大于实际排水高度。
13.更进一步地，所述截水结构可根据竖井一次衬砌的渗水情况和截水效果可设置一处即以上多处，确保掌子面涌水量不大于6m3/h。
14.一种用于竖井施工期间的截水结构的施工方法，用于建造一种用于竖井施工期间的截水结构，包括以下步骤：s1、沿竖井轴向方向进行一次衬砌施工至第n模一次衬砌的底部，并开挖环向截水槽，其中n＞0，且为正整数，并对环向截水槽的底部进行防渗漏处理；s2、在环向截水槽上部的竖井岩壁集中出水处进行钻孔泄压，并安装引排水管，将水流引导至环向截水槽内；s3、环向截水槽与第n模一次衬砌内壁之间安装模板，并在第n模、第n+1模板之间的施工缝上部或者下部预埋导水管；s4、采用土工布将导水管（5）塞堵并包裹，随后浇筑第n模一次衬砌（2）混凝土；拆模后去掉塞堵导水管的土工布；s5、继续向下爆破出渣至第n+1模一次衬砌处施工安装集水箱；s6、在环向截水槽底部安装竖向导水管至集水箱内，并在集水箱范围内安装模板，模板上设置水泵预留孔，并安装水泵预留孔构件，采用土工布将水泵预留孔塞堵，随后浇筑第n+1模一次衬砌混凝土；拆模后去掉塞堵的土工布；s7、通过s6中的水泵预留孔将水泵置入集水箱中并进行安装，其中抽水泵为卧泵，抽水泵的排水能力不小于1.2倍正常涌水量,并应配备备用水泵，水泵额定扬程应大于实际排水高度；s8、在第n模一次衬砌的导水管底部位置处安装截水板。
15.进一步需要说明的是，本方案施工简单，可与井身开挖同步施工，结构设计简单、易于实现操作简单，能有效的对一次衬砌2井壁内外水流有效的截流，有利于提高竖井的施工进度，具有很好的经济效益，可为不同领域同类工程提供参考。
16.具体地，所述s5中，施工安装集水箱前还包括：s51、手持yt-28风钻施工用于安装集水箱的洞室；s52、对洞室内壁进行临时防渗处理。
17.优选地，所述s3、s6中，导水管和竖向导水管均采用pvc硬质管材制成，且导水管和竖向导水管的内径均≥50mm。
18.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：（1）本发明通过在一次衬砌与竖井岩壁之间设置的环向截水槽、截水板、集水箱和抽水泵，可将岩壁的裂隙水和井壁外的淋雨状滴状出水收集于集水箱内，通过集水箱内的水泵泵送至竖井内吊盘上的临时水箱或井外循环利用，以此实现将衬砌外壁、内壁的淋雨
状出水、渗水、岩壁裂隙水进行截流，阻止其进一步的向下蔓延汇集于掌子面，确保掌子面施工干燥，提高施工进度；（2）本发明施工简单，可与井身开挖同步施工，结构设计简单、易于实现操作简单，能有效的对一次衬砌井壁内外水流有效的截流，有利于提高竖井的施工进度，具有很好的经济效益；（3）截水结构可以同时实现截水和排水，设计结构简单，施工方便安全可靠，可以多段高设置，可操作性强，截水效果好，环向截水槽、截水板易于实现且能有效的截断一次衬砌内外壁基岩裂隙水及淋雨状滴状出水，确保掌子面始终处于干燥的作业环境，截水板不影响井内吊盘提升，且保证井内物料运输畅通，不影响掘进速度，有利于竖井总工期目标的实现；（4）环向截水槽、集水箱、截水板可在竖井井身掘进施工过程中同步施工完成，不需要另外组织施工人员施工，工序衔接紧促，集水箱抽水采用智能化、信息化手段，节省额外劳动力的投入，降低施工成本，集水井内集水抽排至井外可循环利用，有利于资源节约；（5）集水箱、截水板、导向管、u形卡等构件可以就地取材，价格低廉，节约施工成本，安装方便，各构件加工方便，施工效率高。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明剖视结构示意图；图2为本发明俯视结构示意图；图3为本发明实施例2流程示意图。
20.上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：1、竖井岩壁；2、一次衬砌；20、管道预留孔；3、环向截水槽；4、截水板；5、导水管；6、集水箱；7、竖向导水管；8、抽水泵；9、输水管路；10、水位感应报警装置；11、引排水管。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
22.首先，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制实施例1如图1至图2所示，本实施例提供一种用于竖井施工期间的截水结构，包括竖井岩壁1和沿竖井岩壁1轴向方向设置在其内壁的一次衬砌2，还包括设置在一次衬砌2与竖井岩壁1之间、且截面呈直角三角形的环向截水槽3，所述一次衬砌2远离竖井岩壁1的一面、且对应环向截水槽3还设有环绕一次衬砌2一周并与一次衬砌2之间形成v型槽的截水板4，所述v
型槽与环向截水槽3之间通过导水管5相连通，所述环向截水槽3的下方还设有集水箱6，所述集水箱6与环向接水槽之间通过竖向导水管7相连通，所述集水箱6的内部设有抽水泵，所述一次衬砌2远离竖井岩壁1的一面对应集水箱6位置处还开设有用于安装水泵的预留孔。
23.在本实施例中，所述环向截水槽3的槽底低于一次衬砌2的底部标高，所述环向截水槽3的其中一个直角边紧贴在一次衬砌2靠近竖井岩壁1的侧壁上、且其斜边沿远离一次衬砌2的并倾斜向上设置，以便于将水流汇集与竖向导水管7处，使水流通过竖向导水管7流入至集水箱6中。
24.在本实施例中，所述环向截水槽3的上方还设有用于引导竖井岩壁1内的出水进入至环向截水槽3内的引排水管11，所述引排水管11沿远离环向接水槽的方向倾斜向上设置，这里需要说明的是，在竖井岩壁1施工时，往往会有集中水流或股状出水点，而针对竖井岩壁1的集中水流或股状出水点，使用者可进行钻孔泄压，并随后插入集中引排管，以通过其将水流导排至环向截水槽3内。
25.在本实施例中，所述截水板4通过膨胀螺栓固定在一次衬砌2的外壁上。
26.在本实施例中，所述竖向导水管7的顶端位于位于环形截水槽的槽底位置处，且所述竖向导水管7通过u型卡件固定在竖井岩壁1上，其中u型卡件可选用为φ8mm的光圆钢筋在钢筋场集中加工。
27.在本实施例中，所述集水箱6的内部位于最高水位线位置处还设有多个与抽水泵启停电连接的水位感应报警装置10，通过水位报警装置的设置，当集水箱6内的水位到达最高水位线时，水位感应报警装置10可开始工作并发出警报，以启动抽水泵8将集水箱6中的水抽取至吊盘临时水箱或者井外循环利用；这里需要说明的是，水位感应报警装置10型号为zsb127，且是通过市面购买所得，其为现有技术，本实施例中水位感应报警装置10与抽水泵8之间通过反馈电路连接。
28.在上述实施例中，所述抽水泵为卧泵，抽水泵的排水能力应不小于1.2倍正常涌水量,并应配备备用水泵，水泵额定扬程应大于实际排水高度，同时所述截水结构可根据竖井一次衬砌的渗水情况和截水效果可设置一处即以上多处，确保掌子面涌水量不大于6m3/h。
29.在上述实施例中，为确保在高寒地区导水管5和竖向导水管7能将竖井岩壁出水进行引导，本实施例较为优选的在导水管5和竖向导水管7的外表面还设有有抗寒防护层，保暖层包括敷设在导水管5和竖向导水管7表面的土工格栅，环绕土工格栅一圈并由直径为φ12mm的钢筋焊接而成的钢筋管笼，以及在钢筋管笼的外表面浇筑而成的混凝土层，因此通过保暖防护层的设置，可以有效避免导水管5和竖向导水管7在高寒地区发生冻胀损坏，并能有效提高导水管5和竖向导水管7的抗压强度，避免其在施工结束后，在使用过程中受到外部应力而发生破裂损坏。
30.进一步需要说明的是，本实施例通过一次衬砌2内壁与岩壁之间的环向截水槽3、一次衬砌2外壁上设置的v形截水板4将岩壁的裂隙水和井壁外的淋雨状滴状出水收集于集水井内，通过集水井内的水泵泵送至吊盘上的临时水箱或井外循环利用，将一次衬砌2外壁、内壁淋雨状出水、渗水、岩壁裂隙水截流，阻止其进一步的向下蔓延汇集于掌子面，确保掌子面施工干燥，提高施工进度。
31.实施例2请参阅图3所示，基于实施例1，本实施例提供一种用于竖井施工期间的截水结构
的施工方法，从另一个方面进行详细阐述，以期能够更好理解本技术，具体包括以下步骤：s1、沿竖井岩壁1轴向方向进行一次衬砌2施工至第n模一次衬砌2的底部，并手持yt-28风钻开挖环向截水槽3，其中n＞0，且为正整数，优选地，在环向截水槽3施工结束后，还应在环向截水槽3与竖井岩壁1之间采取临时防漏措施，其中防漏措施可采取喷射混凝土；s2、在环向截水槽3上部的竖井岩壁1集中出水处进行钻孔泄压，并安装引排水管11，将水流引导至环向截水槽3内；s3、环向截水槽3与第n模一次衬砌2内壁之间安装模板，并在第n模、第n+1模板的施工缝上部或者下部预埋水平导向管5；s4、采用土工布及钢筋笼架将水平导向管5包裹，随后浇筑第n模一次衬砌2混凝土；s5、继续向下开挖施工至第n+1模第一衬砌处，施工安装集水箱6，集水箱6的尺寸根据井壁淋雨量、竖井岩壁1裂隙水的水量大小确定，且集水箱6可选用硬质塑料桶或者采用厚度为d的钢板在现场加工成型，其中d≥3mm，而施工安装集水箱6前还包括：s51、手持yt-28风钻施工用于安装集水箱6的洞室，s52、对洞室内壁进行临时防渗漏处理；s6、在环向截水槽3底部安装竖向导水管7至集水箱6内，并在集水箱6范围内安装模板，模板上设置水泵预留孔，并安装水泵预留孔构件，采用土工布将水泵预留孔封堵，随后浇筑第n+1模一次衬砌2混凝土，具体来说，就是自第n模设置的环向截水槽3底部安装竖向导水管7至第n+1模一次衬砌2内壁与基岩间设置的集水箱6内，并且在安装竖向导水管7后，对其外部进行防护施工；s7、通过s6中的水泵预留孔将水泵置入集水箱中并进行安装，其中抽水泵为卧泵，抽水泵的排水能力不小于1.2倍正常涌水量,并应配备备用水泵，水泵额定扬程应大于实际排水高度；s8、在第n模一次衬砌2的水平导向管5底部位置处安装截水板4。
32.本实施例中，在s3、s6中，导水管5和竖向导水管7均采用pvc硬质管材制成，且导水管5和竖向导水管7的内径均≥50mm。
33.这里需要说明的是，本实施例施工简单，可与井身开挖同步施工，结构设计简单、易于实现操作简单，能有效的对一次衬砌2井壁内外水流有效的截流，有利于提高竖井的施工进度，具有很好的经济效益，可为不同领域同类工程提供参考。
34.实施例3为进一步证上述实施例的优点，本实施例结合新疆某22.13km级特长隧道的施工进行说明，该隧道采用“3洞+4竖井”设计方案，其中4号竖井井身设计净直径9.0m，最大开挖直径11.3m，设计井身645.4m。根据地质资料4号竖井围岩为大理岩，裂隙发育，岩层较破碎，距离f7断层破碎带107m，4-1号竖井分层涌水量为7062mm
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/d，4-2 号竖井分层涌水量为7186mm
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/d，换算每小时涌水量为294.25m
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/h～299.42m
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/h，2021年5月26日～2021年10月28日实施地面预注浆堵水技术后，在竖井掌子面掘进至225m处时井壁出现淋雨状滴状出水，该淋雨状滴状出水随着掌子面的向下掘进而下降，在施工过程中采取壁后设置环向截水槽+集水箱+截水板的截水措施，取得了较好的效果，使得井底掌子面具有良好的施工环
境，具备打“干井”的目的。
35.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于竖井施工期间的截水结构，包括竖井岩壁（1）和沿竖井岩壁（1）轴向方向设置在其内壁的一次衬砌（2），其特征在于，还包括设置在一次衬砌（2）与竖井岩壁（1）之间、且截面呈直角三角形的环向截水槽（3），所述一次衬砌（2）远离竖井岩壁（1）的一面、且对应环向截水槽（3）还设有环绕一次衬砌（2）一周并与一次衬砌（2）之间形成v型槽的截水板（4），所述v型槽与环向截水槽（3）之间通过导水管（5）相连通，所述环向截水槽（3）的下方还设有集水箱（6），所述集水箱（6）与环向接水槽之间通过竖向导水管（7）相连通，所述集水箱（6）的内部设有抽水泵（8），所述一次衬砌（2）远离竖井岩壁（1）的一面对应集水箱（6）位置处还开设有用于安装水泵的预留孔。2.根据权利要求1所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，所述环向截水槽（3）的槽底低于一次衬砌（2）的底部标高，所述环向截水槽（3）的其中一个直角边紧贴在一次衬砌（2）靠近竖井岩壁（1）的侧壁上、且其斜边沿远离一次衬砌（2）的方向并倾斜向上设置。3.根据权利要求1所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，所述环向截水槽（3）的上方还设有用于引导竖井岩壁（1）内的出水进入至环向截水槽（3）内的引排水管（11），所述引排水管（11）沿远离环向接水槽的方向倾斜向上设置。4.根据权利要求1所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，所述截水板（4）通过膨胀螺栓固定在一次衬砌（2）的外壁上。5.根据权利要求1所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，所述竖向导水管（7）的顶端位于位于环形截水槽的槽底位置处，且所述竖向导水管（7）通过u型卡件固定在竖井岩壁（1）上。6.根据权利要求1所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，所述集水箱（6）的内部位于最高水位线位置处还设有多个与抽水泵（8）启停电连接的水位感应报警装置（10）。7.一种用于竖井施工期间的截水结构的施工方法，用于建造权利要求1-6任一项所述的一种用于竖井施工期间的截水结构，其特征在于，包括以下步骤：s1、沿竖井岩壁（1）轴向方向进行一次衬砌（2）施工至第n模一次衬砌（2）的底部，并开挖环向截水槽（3），其中n＞0，且为正整数；s2、在环向截水槽（3）上部的竖井岩壁（1）集中出水处进行钻孔泄压，并安装引排水管（11），将水流引导至环向截水槽（3）内；s3、环向截水槽（3）与第n模一次衬砌（2）内壁之间安装模板，并在第n模、第n+1模板之间的施工缝上部或者下部预埋导水管（5）；s4、采用土工布将导水管（5）塞堵，随后浇筑第n模一次衬砌（2）混凝土；拆模后去掉塞堵导水管的土工布；s5、继续向下爆破出渣至第n+1模一次衬砌处施工安装集水箱（6）；s6、在环向截水槽（3）底部安装竖向导水管（7）至集水箱（6）内，并在集水箱（6）范围内安装模板，模板上设置水泵预留孔，并安装水泵预留孔构件，采用土工布将水泵预留孔塞堵，随后浇筑第n+1模一次衬砌（2）混凝土；拆模后去掉塞堵的土工布；s7、通过s6中的水泵预留孔将水泵置入集水箱（6）中并进行安装，其中抽水泵（8）为卧泵，抽水泵（8）的排水能力不小于1.2倍正常涌水量,并应配备备用水泵，水泵额定扬程应大
于实际排水高度；s8、在第n模一次衬砌（2）导向管（5）底部位置处安装截水板（4）。8.根据权利要求7所述的一种用于竖井施工期间的截水结构的施工方法，其特征在于，所述s5中，施工安装集水箱（6）前还包括：s51、手持yt-28风钻施工用于安装集水箱（6）的洞室；s52、对洞室内壁进行临时防渗处理。9.根据权利要求7所述的一种用于竖井施工期间的截水结构的施工方法，其特征在于，所述s3、s6中，导水管（5）和竖向导水管（7）均采用pvc硬质管材制成，且导水管（5）和竖向导水管（7）的内径均≥50mm。

技术总结

本发明公开了一种用于竖井施工期间的截水结构及其施工方法，涉及竖井施工技术领域，包括竖井岩壁和沿竖井岩壁轴向方向设置在其内壁的一次衬砌，还包括设置在一次衬砌与竖井岩壁之间、且截面呈直角三角形的环向截水槽，一次衬砌远离竖井岩壁的一面、且对应环向截水槽还设有环绕一次衬砌一周并与一次衬砌之间形成V型槽的截水板，V型槽与环向截水槽之间通过水平导向管相连通，环向截水槽的下方还设有集水箱，集水箱与环向接水槽之间通过竖向导水管相连通，集水箱的内部设有抽水泵；本发明施工简单，可与井身开挖同步施工，结构设计简单、易于实现操作简单，能有效的对一次衬砌井壁内外水流有效的截流，有利于提高竖井的施工进度，具有很好的经济效益。具有很好的经济效益。具有很好的经济效益。