矿井大断面硐室快速浇筑砼施工技术研究与应用

矿井大断面硐室快速浇筑砼施工技术研究与应用

郝红国

中国华冶科工集团有限公司   天津市  301700

摘要：矿井大断面硐室作为矿山开采的重要场所，其施工质量直接关系到矿井的安全生产。快速浇筑砼技术以其高效、经济、安全的优势，在矿井大断面硐室施工中得到了广泛应用。本文从施工质量控制、安全管理、成本与进度控制等方面，系统研究了矿井大断面硐室快速浇筑砼施工技术，并结合工程实例，探讨了该技术的应用效果。研究表明，影响快速浇筑砼施工质量的因素主要包括混凝土材料质量、浇筑工艺参数控制、成型质量控制等，通过原材料质量管控、科学设计配合比、严格控制施工工艺参数、加强成型质量检查等措施，能够有效保证矿井大断面硐室快速浇筑砼的施工质量。在施工安全管理方面，应重点关注模板支撑体系稳定性、高空作业安全防护、机械设备安全操作等，并制定完善的安全管理制度和应急预案，最大限度降低安全风险。此外，加强施工成本测算，优化施工方案，合理安排施工进度计划，对控制快速浇筑砼施工成本、缩短工期具有重要意义。工程实践表明，采用快速浇注砼施工技术，能够显著提高矿井大断面硐室的施工质量和效率，具有良好的经济和社会效益。

关键词：矿井大断面硐室；快速浇筑砼；施工技术；质量控制；安全管理

引言：随着矿山开采规模和深度的不断增加，大断面硐室在矿井中得到了越来越广泛的应用。与一般的井巷结构相比，大断面硐室具有跨度大、高度高、荷载复杂等特点，对施工质量、安全和效率提出了更高的要求。快速浇筑砼技术作为一种新型的硐室施工技术，在确保施工质量和安全的前提下，能够显著提高施工速度，缩短工期，具有良好的应用前景。

1 矿井大断面硐室快速浇筑砼施工质量控制

1.1 影响快速浇筑砼施工质量的因素分析

影响矿井大断面硐室快速浇筑砼施工质量的因素主要包括混凝土材料质量、施工工艺、施工设备、环境条件、人员素质等。其中，混凝土材料是决定浇筑砼强度和耐久性的基础，水泥、砂石骨料、外加剂等原材料的质量直接关系到混凝土的和易性、密实性和强度等性能，进而影响浇筑砼结构的整体质量。施工工艺参数如混凝土配合比、浇筑速度、振捣时间等，对混凝土的均匀性、密实性和成型质量具有决定性作用。施工机械如混凝土输送泵、振捣器等设备的性能和操作质量，也会显著影响浇筑砼的施工质量[1]。矿井独特的环境条件如高温、高湿、通风不畅等，会加剧混凝土的水化热、塑性收缩等问题，增加质量控制难度。施工人员的技术水平和责任心，是保证各项施工要素科学组织、有效执行的关键。

1.2 混凝土材料质量控制

混凝土材料是快速浇筑砼施工的物质基础，其质量控制主要包括原材料进场检验、配合比设计、拌合质量控制等环节。混凝土原材料进场时，应查验供货方提供的质量合格证明文件，并按照相关标准进行抽样检测，确保原材料的品质符合设计和规范要求。混凝土配合比需要通过试验设计，选用性能优良、适宜快速浇筑施工工艺的原材料，优化混凝土的流动性、和易性、保水性等特性，既要满足强度和耐久性要求，又要具备良好的施工性能。拌合站应配备必要的计量设备和自动控制系统，严格控制各种原材料的计量精度，保证拌合物料的均匀性[2]。

1.3 快速浇筑施工过程质量控制

快速浇筑砼施工过程的质量控制，重点在于通过合理的工艺参数设计和严格的过程控制，保证浇筑砼密实均匀、无裂缝、无露筋等质量问题。针对大体积混凝土快速浇筑的特点，应采取分层浇筑、二次振捣等措施，控制浇筑层厚和振捣时间，确保混凝土的密实性。同时，要合理控制混凝土的入模温度和浇筑速度，避免因水化热导致的温度裂缝。在浇筑过程中，应加强对模板支撑体系的检测，确保其稳定性和安全性。混凝土终凝前，还应采取洒水、覆盖等措施进行湿养护，避免塑性收缩裂缝的产生。快速浇筑施工还要求混凝土具有较高的流动性和保水性，因此在施工过程中应根据混凝土性状及时调整外加剂掺量、振捣时间等参数。图1直观展示了施工的基本流程和关键环节。如图所示，快速浇筑砼施工按照“钢筋绑扎→模板支设→混凝土输送→分层振捣→覆盖养护”的顺序展开。各工序环环相扣、有序进行，共同决定了衬砌结构的最终质量。

图1 矿井大断面硐室快速浇筑砼施工工艺示意图

1.4 快速浇筑砼成型质量控制

快速浇筑砼硬化后的成型质量控制，主要包括外观质量检查和内部缺陷检测两方面内容。混凝土外观质量检查应重点关注是否存在蜂窝、麻面、露筋、裂缝等问题，并对其数量和尺寸进行统计评估，判断是否满足设计和规范要求。对于外观质量不合格的部位，应进行剔凿、修补等处理，直至满足验收标准。内部缺陷检测则主要采用超声波、回弹仪、钢筋保护层测定仪等无损检测方法，评估混凝土内部的密实性、均匀性和钢筋保护层厚度等指标，确保其满足设计要求。当内部质量存在问题时，需进行钻芯取样、荷载试验等进一步检验，并根据检验结果采取加固、处理或返工重做等措施[3]。

2 矿井大断面硐室快速浇筑砼施工安全管理

2.1 快速浇筑砼施工安全风险分析

矿井大断面硐室快速浇注砼施工存在一定的安全风险，主要表现在以下几方面：高空芏落风险，大断面硐室施工工作面高度大，支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土等作业大多在高空进行，作业人员容易发生芏落伤害事故。模板支撑体系坍塌风险，快速浇筑施工荷载大、振动强度高，如果模板支撑体系设计不合理或者搭设不规范，容易引发坍塌事故，威胁作业人员和设备的安全。机械伤害风险，混凝土输送泵、振捣器等大型机械在狭窄的井下空间作业，存在碰撞、挤压作业人员的风险。触电风险，井下施工环境潮湿，各种机械设备又大量使用电能，如果防潮、防漏电措施不当，容易发生触电伤害。此外，混凝土化学爆裂、中毒、火灾等安全风险也不容忽视。因此，针对上述安全风险，采取有效的安全防范措施，是保证矿井大断面硐室快速浇筑砼施工安全的关键。

2.2 施工安全技术措施

针对矿井大断面硐室快速浇筑砼施工的安全风险特点，应采取以下安全技术措施：高处作业安全防护，施工作业人员应正确佩戴安全帽、安全带等劳动防护用品，并设置安全网、安全绳等防芏落设施。脚手架、操作平台等高处作业设施应搭设牢固，并及时进行安全性能检验[4]。模板工程安全措施，模板支撑体系应由专业技术人员严格计算和设计，并按照设计图纸、施工方案规范搭设，确保其稳定性和安全性。浇筑过程中，应加强对模板支撑体系的监测和维护，发现异常及时采取处置措施。机械设备安全管理，施工机械应选用性能可靠、安全保护装置齐全的产品，操作人员必须经过专门培训并持证上岗。机械运行前，应进行全面的安全性能检查，确保各项安全保护装置运行正常。临时用电安全，井下施工用电应选用防水、防爆型电气设备和线路，严格按照规程进行安装和维护，并定期进行绝缘性能检测。操作人员应培训上岗，严禁带电操作。严格执行安全用电和检修制度，发现隐患及时整改。此外，还应做好防火、防爆、通风等安全措施，加强对有毒有害气体的监测和处置，完善应急救援预案和物资储备，最大限度降低事故风险。

2.3 施工安全管理措施

为保障矿井大断面硐室快速浇筑砼施工的安全，除采取有效的技术措施外，还应加强安全管理，营造良好的安全施工环境。建立健全安全管理制度，根据国家相关法律法规和行业标准，结合工程实际，制定科学的安全管理制度，明确安全责任、安全检查、隐患整改、应急救援等管理内容和要求。强化安全教育培训，组织全体施工人员进行安全知识教育和技能培训，增强其安全意识和自我保护能力。操作人员必须熟悉各项安全操作规程，严格遵守各项安全规章制度[5]。落实安全监督检查，建立定期与不定期相结合的安全检查制度，由专职安全员和兼职安全员共同组织实施，及时发现和消除事故隐患。对安全检查中发现的问题，要逐项整改落实，严防事故发生。完善事故应急预案，针对可能发生的各类事故，制定详细的应急处置预案，明确事故报告、人员救助、现场控制、医疗救护等处置流程和要求。定期开展应急演练，提高全员应急处置能力。强化安全绩效考核，将安全管理纳入绩效考核体系，与各级管理人员和作业人员的薪酬待遇、评优晋级等挂钩，调动全员参与安全管理的积极性。对安全管理不到位、违章指挥、违章作业的人员，要严肃追责问责，确保安全生产。

3 矿井大断面硐室快速浇筑砼施工成本与进度控制

3.1 快速浇筑砼施工成本构成分析

矿井大断面硐室快速浇筑砼施工成本主要包括材料费、人工费、机械费和管理费等。其中，材料费是最主要的组成部分，混凝土原材料如水泥、砂石骨料、外加剂等的价格和采购数量直接影响工程成本。人工费主要包括现场作业人员的工资薪酬、社会保险等，其占比随着施工机械化程度的提高而下降，但仍是工程成本的重要组成部分。机械费包括施工机械的采购、租赁、运行、维护等费用，快速浇筑施工对混凝土输送泵、振捣器等大型机械的依赖较高，机械费用占比相对较大。管理费则包括项目管理人员工资、办公费、水电费等，与工程规模和管理效率密切相关。此外，还有税金、保险、风险费等其他费用。因此，准确测算各项成本构成，合理控制成本投入，对于提高矿井大断面硐室快速浇筑砼施工的经济效益至关重要。

3.2 快速浇筑砼施工成本控制措施

优化混凝土配合比，在满足强度和耐久性要求的前提下，通过试配和优化，最大限度降低水泥用量，提高混凝土性能与成本的平衡，达到节约成本的目的。加强材料计划管理，编制详细的材料需求计划，根据施工进度合理安排材料采购和供应，减少材料积压和浪费。同时，加强材料质量检验，严格按照配合比用料，确保材料利用效率。提高机械化施工水平，采用性能可靠的混凝土输送泵、模板支撑体系等先进设备，减少施工用工数量，提高劳动生产效率。加强机械设备维护保养，延长使用寿命，降低台时成本。强化施工组织管理，优化劳动组织，减少窝工和返工，提高劳动效率。同时，加强现场管理，提高材料利用效率，减少不必要的材料浪费和损耗。做好成本测算和控制，编制详细的成本测算表，明确成本控制目标，加强成本动态监控，及时分析成本偏差原因，采取针对性的纠偏措施。注重挖掘各环节的成本控制潜力，优化资源配置，最大限度地节约成本。

在满足强度和耐久性要求的前提下，通过试配和优化，最大限度降低水泥用量，提高混凝土性能与成本的平衡，达到节约成本的目的。下表列举了不同强度等级混凝土的材料用量和成本估算：

表1不同强度等级混凝土的材料用量和成本估算

3.3 快速浇筑砼施工进度计划与控制

编制科学的施工进度计划，根据工程规模、技术难度、资源条件等因素，合理估算工程量和工期，编制详细的施工进度计划，明确各单项工程的开工时间、完工时间和衔接关系，为施工提供时间基准。优化施工工艺和方法，采用快速浇筑、二次振捣等先进施工工艺，优化混凝土浇筑方案和振捣参数，减少施工等待时间，提高混凝土浇筑效率[6]。同时，加强混凝土养护，缩短养护时间，为后续施工创造条件。组织流水施工，合理划分施工区段，科学配置劳动力和机械设备，组织混凝土浇筑、钢筋绑扎、模板安装等工序在不同区段同步流水作业，减少工序间的相互干扰，缩短工期。加强进度考核和调度，建立施工日志和进度控制图表等台账，及时记录和反馈各施工单元的实际进度，发现偏差及时调整和优化施工组织计划，确保施工进度目标的实现。

4 矿井大断面硐室快速浇筑砼施工技术的应用实例

4.1 工程概况

某矿井深部开采水平-400m中段设计4个辅助天井，4个天井总服务年限为60a，总通过能力为135万t/a，平均每个天井口直径7.5m，平均净断面为44.2m2。天井布置在矿体走向方向上，倾角75°，平均长度200m。根据工程地质条件和井筒使用要求，设计采用钢筋混凝土衬砌支护，衬砌厚度500mm，混凝土强度等级C40，抗渗等级P8。考虑到工程的重要性和工期的紧迫性，项目部决定采用快速浇筑砼施工技术，以确保工程质量和进度。

4.2 快速浇筑砼施工方案设计

（1）材料选择。混凝土原材料选用普通硅酸盐水泥P.O42.5R、中粗砂、连续级配碎石和高效减水剂等，通过试配满足C40强度等级和P8抗渗等级要求。

（2）浇筑方案。采用全断面一次浇筑成型的方案，混凝土垂直输送高度不超过60m，采用φ125双层布料，输送管道沿井壁敷设并采取保温措施。

（3）模板体系。采用组合钢模板，设计最大侧压为80kN/m2，支撑体系采用碗扣式钢管支架，并辅以钢丝绳斜拉进行加固。

（4）混凝土工艺。采用泵送混凝土，现场连续浇筑，浇筑时分层振捣，振捣采用插入式振捣器和附着式振动器联合使用，振捣时间不低于25s。

（5）养护措施。采用洒水养护与塑料薄膜覆盖相结合的方法，洒水养护不少于14d，薄膜覆盖不少于7d。

4.3 快速浇筑砼施工过程管理

（1）过程质量控制。混凝土坍落度控制在160—220mm，含气量控制在2.5%～4.5%，振捣采用“快插慢拔”原则，避免漏振、欠振和过振。钢筋绑扎、模板支设严格按照设计图纸进行，预留孔洞和预埋件准确无误。

（2）安全管理。作业人员严格遵守高处作业、起重吊装等安全操作规程，按规定佩戴安全帽、安全带等劳动防护用品。每班设专人负责巡视检查模板支撑体系，发现异常及时处置。

（3）进度控制。合理安排混凝土供应和输送，保证连续浇筑不间断。加强施工组织协调，优化工序衔接，减少施工等待。通过增加班组数量、优化劳动组织等措施，确保浇筑施工按期完成。

4.4 快速浇筑砼施工效果评价

通过采用快速浇筑砼施工技术，共完成了4个天井总计800m的衬砌混凝土施工任务。经过对混凝土外观质量、内部缺陷和强度的系统检验，衬砌混凝土质量符合设计和规范要求，无蜂窝、麻面、露筋、裂缝等缺陷，实测强度达到C40标准，渗透系数满足P8等级。施工过程中未发生安全事故，各项安全措施落实到位。得益于先进的施工工艺和科学的进度管理，实际平均施工进度达到5m/d，工期缩短了20%以上。与传统施工方案相比，采用快速浇筑砼技术使施工效率显著提高，综合成本降低5%左右。因此，本工程为矿井大断面硐室快速浇筑砼施工积累了成功经验，证明了该技术良好的质量控制效果、可观的经济效益和广阔的应用前景。

结语：矿井大断面硐室快速浇筑砼施工是矿山工程建设的重要技术手段，其施工质量控制、安全管理、成本与进度控制是影响施工效果的关键因素。通过深入分析影响快速浇筑砼施工的各项因素，制定科学合理的施工方案，强化材料质量控制、工艺质量控制和成型质量控制，能够可靠保证硐室衬砌结构的质量。同时，针对快速浇筑砼施工的安全风险，采取高处防坠、模板支撑等安全防护，加强安全教育培训和管理考核，是确保施工安全、降低事故风险的关键。此外，合理测算成本构成，加强材料和机械管理，优化施工组织，编制严密的进度计划，加强动态管理，对于降低工程成本、缩短工期具有重要作用。

参考文献：
[1]徐苏翔,王苏沂.矿井大断面硐室快速浇筑砼技术[J].能源技术与管理,2015,40(1):58-59.

[2]郭良玉,赵扬,赵根全,李祥民.矿井大断面硐室快速浇筑砼技术[J].山东工业技术,2015(16):67-67.

[3]赵相.大断面机头硐室快速施工技术应用[J].能源与节能,2020(4):165-166.

[4]陈开明,刘永智.特厚煤层中大断面硐室锚网喷支护技术研究与应用[J].能源技术与管理,2014,39(5):38-39.

[5]亓荣强,张树峰,张天胜.软弱岩层大断面绞车硐室快速施工技术研究[J].山东煤炭科技,2013,31(4):37-38.

[6]章磊,魏玉怀,杨振,李君.深井大断面硐室稳定性分析及支护技术研究[J].煤炭科技,2017,38(2):166-169.