【摘 要】云南玉溪仙福钢铁有限公司产能置换技术升级改造一期项目炼钢连铸车间土建工程项目。 该项目内有两座旋流井，其中一座采取沉井法进行施工，但是实施中井内挖土的效率太低，导致下沉速度较慢;另外一座旋流井采取先开挖，并进行基坑支护后，按照正作法进行施工，施工的速度相对较快，质量可靠，费用较低。
【关键词】钢铁厂;旋流井;施工技术
1 工程概况
云南玉溪仙福钢铁有限公司产能置换技术升级改造一期项目，设计年产量钢铁 140 万 t，项目位于玉溪市新平县扬武镇，属低纬度高原季风气候，降雨集中在 5—10 月，项目施工期间属于雨季。项目设计有两座旋流井，结构为钢筋混凝土圆筒结构，100 mm 厚 C20 素混凝土垫层，结构外筒外径为 12.6 m，内筒外径为 4.4 m，双层结构外壁厚 0.8 m，基坑开挖深度 14.5 m，该旋流井左侧 17.2 m 的位置为一座按 5 m 分台阶山体，山体总高大于 30 m;北侧为主厂房桩基承台，承台与旋流井之间净距为 1.2 m，承台底标与旋流井基底高差 10.5 m;采用天然地基，持力层为中等风化板岩(⑤2 层)(fak=900 kPa)， ⑤2 层岩性为：黑、灰黑色，变余结构，板状构造，节理裂隙较发育，块状结构，岩体较破碎;基坑土层由地表至 2.5 m 为杂填土，2.5 m 以下至 14.5 m 为中等风化板岩，板岩层含裂隙水，开挖面最大涌水量约 600 L/h。
2 施工准备
2.1 熟悉设计图纸熟悉设计图纸，清楚设计的结构内容以及内部结构之间的关系。
2.2 编制施工方案施工方案主要是两部分：①土方开挖方案，为结构施工提供安全稳定的工作面;②主体结构的施工方案。
2.3 施工场地准备会同各方对原地面进行测量，将旋流井所在场地整平，开挖面以外做硬化处理，设置截水沟、排水沟，坑顶防护栏杆。
2.4 物资准备将所需要的挖掘机械、土方运输车、抽排水设备、喷浆设备、锚杆施工设备、钢筋加工设备准备好，并对施工机械进行验收后报监理审查，确保机械的型号，功率满足现场施工的需要;计算好需要施工的钢筋、锚杆、喷浆使用的水泥和砂石，做好试验和试配工作，按照过程需要情况运至施工现场。
2.5 组织管理人员、技术工人准备技术人员做到心中有数，清晰实施思路、开挖方法、支护方法、支护过程应注意的关键点;现场技术人员对现场工人进行技术和安全交底，工人要清楚自己的技术要求、安全防范措施。
3 施工技术要点
3.1 开挖思路根据设计结构尺寸，将整个旋流井竖向分为三段分层开挖，上两段深度各为 5 m，按照 1:0.25 进行放坡开挖，最下面一段深度为 4.5 m 按照竖直开挖。考虑到 14.5 m 的开挖深度，一般的挖掘机臂长不足，在旋流井的侧向，开挖一条出土通道，运输车辆从通道倒车进去，挖掘机装土后，从坡道出土。
3.2 开挖及支护顺序分段分层自上而下开挖、土石方开挖至-1.5 m、施打锚杆(覬20 钢筋锚杆、间距 @1.5 m、孔径 90 mm)、挂网喷浆施工(钢筋网片尺寸 准6.5@200×200、焊接加强筋、喷射 100 mm 厚混凝土强度 C20 混凝土)、施工内支撑 500×600 环梁、开挖下一段至-4.3 m(坡比 1:0.25) 并挂网喷浆，实施第二道内支撑 500×600 环梁、开挖下一段至-10 m(坡比 1:0.25)并挂网喷浆，实施第三道内支撑 500×600 环梁、开挖运输通道、运输通道深度超 3 m 部分挂网喷浆、最后 4.5 m 竖直开挖、挂网喷浆，清理坑底。
3.3 支护结构做法锚杆：采用 HRB400覬20 钢筋锚杆，覬90 机械成孔，成孔后置入钢筋并注浆。压力灌注水泥浆，注浆压力 0.5 MPa～0.8 MPa，孔口溢出合格水泥浆后即可，初凝后需进行补浆以保证孔内浆体饱满度。浆体：采用纯水泥浆压注，采用 P.O 42.5R 普通硅酸盐水泥，水灰比为 0.45～0.55，一次压注完成，注浆体强度不小于 30 MPa，锚杆设计抗拔力不小于 8 kN/m。钢筋网片尺寸及规格：准6.5@200×200;各网片间焊接或弯勾搭接或冷搭接;搭接长度不小于 30 cm，焊接长度不小于 7 cm;网片加强筋为 准16 钢筋，加强筋焊接接头长度不小于 16 cm。喷射细石混凝土护面层：喷射混凝土 C20，100 mm 厚，原材料采用 P.S A32.5 矿渣水泥，喷料应搅拌均匀，随拌随用，水灰比为 0.4～ 0.45，喷射混凝土干拌合料经验配比为水泥：砂：石=1:2:2～2.5，现场具体施工应根据试验室配合比参数及现场喷射情况进行适当调整。内支撑环梁：开挖到方案要求的环梁标高，对开挖尺寸进行检查，将梁体位置开凿规则，梁内侧同坡面斜率，外侧开挖成垂直面，梁体断面呈梯形，不浇筑垫层，铺垫碎石，避免钢筋污染，上部挂网喷面钢筋锚入梁内，梁地面提前埋入下部挂网钢筋，混凝土浇筑，梁下部开挖土方时将予埋入钢筋头子甩出来，之后下部喷锚钢筋与预埋钢筋焊接成为一个整体;梁内配筋和断面通过计算得出，土体压力传给喷锚层，喷锚层力传给内撑环梁，环梁由上到下，内环尺寸在变小，形成一个倒圆台结构内撑在基坑内侧，支护结构受力比较稳定。这里特别要说明的是，由于第一道和第二道内撑环梁因土方运输通道需要中断，故在梁端位置，上下层环梁之间设置预埋钢筋，把三层环梁在断头处通过竖向梁连接起来，并在梁体交叉位置设置 4 个预应力锚索固定，环梁实施完，在下一段土方开挖前必须实施预应力;-10 m 以下部分，基坑开挖验槽完成，迅速进行筏板施工，使筏板尽快形成坑底水平支撑，有利于基坑稳定。
3.4 排水措施由于旋流井的左侧有高边坡，坡脚有露头的泉水，地质勘察报告显示岩层能含水，且为雨季施工，务必处理好露头泉水和雨水的引排，不浸泡工作面，地面水主要通过截水沟和排水沟排除;开挖地下水时，在基底部设置集水坑，通过潜水泵排除岩层裂隙水，开挖至坑底设计标高，需要在坑底外缘设置集水坑，采用标砖砌筑，标砖与土体之间设置反滤层碎石，坑顶设置盖板，考虑到承载力的问题，集水坑尺寸不能过大;并采取液面自动控制箱抽水，设置电缆防水电缆，采用 PPR 管作为出水管，水管设置在结构外侧，不能穿透结构底板，确保在筏板钢筋绑扎期间，底板混凝土形成水压强度前，能正常抽水。
3.5 筒体施工筒体为钢筋混凝土结构，旋流井内部操作人员要进入该井内作业，要处理好渗水问题，-10 m 标高以下位置，防水采取内置式防水，在喷浆面采用喷涂型防水材料内喷后绑扎钢筋，按照设计要求，确保混凝土保护层厚度;底板与筒体交接位置，设置 300 高吊模，设置钢板止水带，底板混凝土连同 300 高筒体混凝土一并浇筑，将钢板止水带埋置 1/2 高度;-10 m 以上基坑放坡开挖，以上部分设置内模及外模板，筒壁混凝土浇筑在此标高停留一次，会形成一个混凝土水平施工缝，施工缝位置增加止水钢板。顶盖施工，顶盖位于内环筒体与外环筒体之间，顶盖混凝土板厚度大于 200 mm，径向梁高度小于 600 mm，跨度较小，顶盖结构施工，搭设模板支架，支架高度较大，圆环状的内支架，水平杆不便连通，拆除模板也不便;采用在结构板面 300 搭设工字钢，下挂吊杆 (吊杆要有止水措施)，支托起梁底板，板模支托在梁侧面进行施工，避免了圆环型高模架，以上结构体系的构件尺寸均需通过设计计算，确保构件的强度、刚度和稳定性。
4 质量、安全控制关键点
4.1 开挖尺寸控制 -10 m 以下结构为沿槽浇灌，必须保证此段平面位置、半径尺寸准确。开挖前，坑顶稳定位置设置测量控制点，每层开挖完成，都要将圆心投到基坑内，对该开挖层的平面及半径尺寸检查，合格后才能挂网喷浆;-10 m 以下的基坑，宜使用挖斗较小的挖掘机开挖，大型挖机配合出渣。
4.2 内环梁施工控制控制好梁的标高位置、断面尺寸，断面尺寸和开挖的关系大，开挖梁的位置时，采用人工凿岩机辅助完成，确保开挖的尺寸，为防止钢筋污染，侧面适当进行喷浆封闭，梁底铺设碎石，确保环梁与土体结合严密，使基坑周边土体没有变形空间;严格按照计算设计的配筋施工;不能封闭的两道环梁，开口端的预应力锚索设置到位。第三道环梁顶面标高为-10 m，是最后一段土方开挖的出土通道口，最后一段土方需要在此位置收口，挖掘机需站在环梁的顶面清理最后的坑内土方，该区域的环梁和土体，荷载大且为动载，第三道环梁施工完成，在环梁外侧以通道宽度设置两排竖向锚杆，排距 600 mm，内侧离环梁间距 300 mm，打 90 mm 孔，插入 48 mm 钢管并注浆，锚杆顶面浇筑配筋混凝土地坪，确保环梁下土体稳定;另外在汽车停放位置应设置轮胎止挡梁，防运土汽车下坡期间失控。
4.3 变形观测整个基坑施工期间，应加强变形观测，除了筒体地表四个点，环梁顶四个点，坑底四个点进行标高和水平位移观测外，尚应加强周边有可能塌方并导致土石滚落的边坡的观测，每开挖一层要观测一次，天气发生较大变化后也要组织观测，直至-10 m 筒体形成，方可减少观测频次。
4.4 施工排水基坑支护的问题，主要是没有将水处理好，基坑施工期间须将地表水拦截、引排搞好;坑壁的裂隙水，在喷浆期间，应将引流管设置到位;挖至设计标高，清底要快，尽快封底。
5 结语
随着国家生态环保政策的全面实施，我国原有的大多数钢铁厂都需要进行技术升级改造，旋流井虽平面尺寸不大，但开挖深度较大，周边的管线，结构体较多，施工较困难，在类似土质情况下，完全可以按照类似思路进行施工，为施工的同行提供参考。
《钢铁厂旋流井的施工技术》来源：《低碳世界》，作者：董学友，陈志全