深竖井施工技术

张万军

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

深竖井施工技术

张万军

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

浅竖井在水利工程应用比较广泛，深竖井的工程实例较为稀缺，文章从工程实际出发，结合深竖井的工程特点，确定具体施工方案的及设备配置，该工程井架及附属工程施工期为0.5个月，设备安装及调试工期为1个月，凿井工期为4.5个月，平均月进尺106m，高峰月进尺120m。该工程在合同工期内较好的完成了施工任务，说明该施工方案及设备配置在竖井施工的正确性和适应性，其施工经验及施工方法值得其他类似工程借鉴。

深竖井；施工方法；钻孔爆破；出渣；喷锚支护；衬砌

1 工程概况

本工程竖井，井深480m，净直径6.82m，井颈段采用钢筋混凝土衬砌；井身段Ⅳ、Ⅴ类围岩及马头门附近采用钢筋混凝土衬砌，Ⅲ类围岩段采用喷锚支护及型钢拱架支护，Ⅱ类围岩段除采用随机型钢拱架支护外，其他同Ⅲ类围岩段支护形式。

2 地质条件

0-2.5m为第四系全新统洪积或残积碎石土层。以碎块石为主，棱角状，磨圆度差，粒径3-4cm，含量约占30%-40%。围岩稳定性较差，为Ⅴ类围岩。

2.5-28.5m为泥盆凝灰质砂岩，青灰色，为强风化及弱风化层，其中2.5-8.5m为强风化层，岩体破碎，呈碎块状；8.5-28.5m弱风化层，岩体较破碎，镶嵌碎裂结构。强、弱风化层为Ⅳ-Ⅴ类围岩。

28.5-490m为凝灰质砂岩，青灰色或灰黑色，细粒结构，岩体整体较完整。节理裂隙较发育，裂面多为闭合、起伏，充填白色石英脉，局部发育断层破碎带，破碎带宽度约0.3-2.0m；破碎带以破碎岩为主，断层泥及糜棱岩少见。该段竖井以Ⅲ类围岩为主，节理密集带及断层带为Ⅳ-Ⅴ类围岩。地下水埋深28.5m，为基岩裂隙水，水量小，该竖井总涌水量5.6m3/h。

3 工程特点

该工程特点如下：

1)该工程属于深竖井，对施工机械化配套能力要求高，竖井施工存在难度。

2)井身内施工工作面狭小，设备布置紧凑，大型施工设备操作困难。

3)工期紧，强度高，冬季气温寒冷。

4 施工方法

采用立井机械化快速施工方法施工。施工程序：开挖设备的选型 →设备安装调试→井颈段施工→井筒段施工→井底马头门施工。

4.1 设备选型与安装

4.1.1 井架选型

根据井筒直径大小及所选用的提升机、稳车、凿岩设备的规格型号对井架强度、高度的要求，竖井选用V型标准凿井井架，V型标准凿井井架适用于6.5-8.0m井径，1000m以内井深的凿井，适用于伞形钻架钻眼。(井架选型参考简明建井工程手册P382页)，V型井架的主要参数见表1。

表1 V型凿井井架参数表

4.1.2 井架基础处理

井架基础落在凝灰质砂岩上，承载力满足要求，采用钢筋混凝土基础，基础底面积5.5m×4m。混凝土基础浇灌后直至井架安装好20d连续沉降监测，实测最大沉降数值应<6mm。

4.1.3 井架安装

由专业加工厂制作好的井架钢构件运到井口场地后，在现场分片组装，通过2台70t汽车吊车将预先组装好的分片井架拼装成一个整体；最后安装天轮平台、天轮和废石溜槽等。

4.1.4 提升系统选择

采用两套提升系统，提升机的规格型号为2JKZ-3.6/12.96和JKZ-3.2×3.6×19+FC-φ40-1870提升钢丝绳，配5m3吊桶，提升混凝土时配3m3底卸式吊桶。提升机的主要技术参数见表2。

表2 提升机的主要技术参数表

4.2 锁口段施工

0-2.5m第四系全新统洪积或残积碎石土层，结构松散，首先对竖井井口覆盖层进行锁口施工，采用液压反铲挖至基岩高程，平整底板，绑扎钢筋，组合钢模板立模，混凝土连续浇筑完成，井口高于原地面高程1.0m，以防止雨水流入井内，锁口段与井架基础同步施工。

4.3 井身段施工

井筒基岩段施工实行一掘一砌正规循环作业方式，将施工循环分为钻眼爆破、出渣、锚喷支护或衬砌支护、清底找平四大工序，相应成立四个专业班组，实行“滚班”制作业。竖井井筒掘砌施工程序如下：

钻孔爆破→出渣→锚喷支护或衬砌支护→清底找平→下一循环。

4.3.1 钻孔爆破

1)钻孔：

采用YSJZ4.8液压伞钻凿眼，5m长钎杆配直径55mm柱齿合金钻头。炮孔深4.0m。液压伞钻平时吊挂在地面，凿眼前由主提升机下放到工作面后，利用其支撑臂站立在凿眼工作面，即完成伞钻安装过程。打眼施工时，操作活动臂、调整工作臂将液压钻机钎杆钎头对准炮眼设计孔位和方向后，人工操作相应控制阀进行凿眼作业。凿眼完毕后，收拢活动臂、工作臂，利用抓岩机稳车吊挂钩头吊挂伞钻，同时收拢支撑臂，最后用主提升机将伞钻提升到井口，再利用电动葫芦移出到检修位置，进行检修维护待用，完成井上、下伞钻夺钩过程。

2)爆破：

炮眼布置：采用同心圆布置，二阶直眼掏槽。掏槽眼深度分别为4.4m，其它炮眼深4.0m。崩落眼间距800mm，周边眼距550mm。竖井炮眼布置见图1。

图1 竖井炮眼布置图

爆破器材采用岩石型乳化炸药，周边眼采用直径φ45mm药卷，起爆雷管采用毫秒延期非电雷管，电容式专用起爆器。

施工过程中根据岩石硬度、裂隙发育程度和爆破效果调整炮眼布置参数和装药结构，达到炸药用量少，炮眼利用率高，爆破效果好，对围岩的破坏影响小的目的。

4.3.2 出渣

出渣采用HZ-6B型中心回转抓岩机配0.6m3抓斗装5m3吊桶，MWY6/0.3小型挖掘机辅助装渣和清底。主、副提升机将吊桶提升到井架翻渣台，经座钩自动翻渣后通过溜槽落地，再由ZL-50B型装载机装入自卸汽车运至弃渣场或利用料场。

抓岩机固定在下层吊盘，并通过16t稳车进行悬吊保护。爆破通风、安全检查完成之后，将吊盘下放到合适高度，然后采用中心回转抓岩机抓渣。

装岩前首先用将爆堆简单平整、抓出罐窝以方便人员挂钩、甩吊桶及排水。然后将吊桶下放至罐窝内进行装岩工作。

装岩时为了提高装岩、排渣效率，应遵循以下原则：吊盘到井底工作面必须有足够的照明；在满足挂钩、甩罐、信号的前提下工作面尽量少安排其他无关人员；井深较浅时装岩能力小于提升能力，工作面座底罐个数应尽量满足抓岩机装岩要求；井深较深时装岩能力大于提升能力，工作面座底罐数量尽量满足两台提升机连续提升要求。

4.3.3 锚喷支护及型钢支护

1)锚杆施工：

锚杆采用手风钻造孔，钻孔达到设计深度后，用高压风清除孔内岩屑，然后用MZ-30注浆机将配制合格的砂浆注入孔内，利用作业平台将加工好的杆体插入锚孔，井壁锚杆采用先注浆后插杆的程序施工。锚杆施工必须及时跟进开挖，以确保施工安全。

2)喷混凝土支护：

喷混凝土采用PZC-7混凝土喷射机，安装在下层吊盘，喷浆料在地表拌制后，由底卸式吊桶下放通过分灰器分流至喷射机进料仓。喷混凝土支护随开挖跟进，喷虎前先将开挖后的岩面浮渣、松动块体清理干净。喷混凝土作业采用自下而上的施工顺序分层进行，井壁每层喷混凝土厚度控制为3-5cm，人工进行喷水或洒水养护，保持混凝土面湿润，直至养护期结束[1]。

3)型钢支护：

钢支撑在洞外分节加工制作成型，洞内焊接，钢支撑采用锁脚锚杆固定，钢支撑之间采用联系钢筋连接。钢支撑不得侵占衬砌断面，钢支撑安装后，应对破碎软弱地段的围岩稳定进行监测，遇到危险情况，应及时增强钢支撑或衬砌。

4.3.4 混凝土浇筑

本工程混凝土主要包括井颈混凝土、壁座混凝土、井筒混凝土衬砌。 基岩段衬砌采用MJY型液压整体移动金属模板(段高4.2m、刃角0.2m)。混凝土施工工艺流程见图2。

采用1.25m段高组合金属模板砌壁，根据施工循环砌筑高度，每5m一个循环，每个循环需四层组合金属模板。模板由下向上层层拼装、浇筑。衬砌混凝土由设置在井口的混凝土拌合系统拌制，采用DX-3m3底卸式吊桶下放混凝土，双分料管可360°转动的QFH型混凝土分料器，实现对称浇筑，ZNQ-50型插入式高频混凝土振捣器，振捣混凝土。浇筑工作连续进行，间歇时间不得超过混凝土初凝时间，超过时要先用镐凿成毛面，用水冲净，铺上一层水泥浆，然后再行浇筑。

图2 凝土施工工艺流程图

4.3.5 清底找平

清底找平工作主要由小型挖掘机完成，为了给下道工序(钻孔爆破)创造条件，挖掘机升井前必须对未支护的井帮撬毛，清除浮石。小型挖掘机采用提升机下放到工作面，在通过吊盘、井盖门时控制提升速度。

4.4 马头门施工

4.4.1 掘进

井筒的永久井壁施工到马头门净顶板以上1.5m时即进入马头门段井筒、马头门施工阶段。马头门段井筒与马头门同时由上向下台阶式掘进，为了方便马头门排渣，马头门退后井筒一个台阶；马头门形成掘进工作面后利用YT-28气腿式风钻钻孔爆破。

4.4.2 排渣

井筒排渣方法与井筒正常掘砌相同，马头门、井筒开口处排渣利用小型挖掘机将工作面废渣倒运到井筒再由中心回转抓岩机装吊桶。

4.4.3 混凝土浇筑

马头门段井筒与马头门采用喷锚临时支护方式，马头门和马头门段井筒同时立模进行混凝土浇筑。模板采用组合钢模板，组装马头门模板时，马头门与井筒相贯线平滑、顺畅。

4.5 壁座施工

为了减少爆破对壁座围岩的破坏影响，壁座与井筒分开掘进。先将井筒掘进到壁座的底部标高，按照设计的壁座倾斜角度，打浅孔，密集布置炮眼，少装药，光面爆破。待壁座尺寸达到设计尺寸后，找平工作面，绑扎壁座钢筋，并与井筒壁钢筋相连，壁座混凝土与相关段井身一次性浇筑完成。

5 施工辅助措施

5.1 井筒排水

施工过程中防治水原则：“截、导、堵、注” 。

截：井壁截水：对于井壁淋水采取在淋水段井壁下方2-3m位置沿井筒周圈安装截水槽，井壁淋水由截水槽集中导入转水站或导入吊盘水箱。

导：井壁砌混凝土前对毛井少量裂隙水、集中淋水安装导水管将裂隙水、集中淋水到处模板以外，后期集中进行壁后注浆。

堵：对于壁后没有压力、没有补给水源的小型岩溶水、破碎带水、较大裂隙水采用特制的快速胶结材料堵水，将水源封堵在井壁以外。

注：快速注浆封水。围岩条件许可时孔口止浆塞快速注浆封水，实现边注浆边掘进。

根据地质资料，该竖井总涌水量5.6m3/h。故竖井施工期间，原则上不安装排水设施，工作面积水用风动潜水泵排至吊桶，提到地表。考虑到吊桶排水的低效率及地下工程的不确定性，在井筒施工平面、天轮平台、吊盘、稳车布置时预留排水设施位置。

在施工过程中，涌水量已达到10m3/h，吊桶排水严重影响出渣效率，直接导致施工进度缓慢。水量增大后，在预留位置安装排水管稳车及排水管，吊盘上层盘安装水箱，下层盘安装吊泵。排水泵采用80DGL-75×10型吊泵2台(一备一用)，其单机流量为46m3/h，扬程为798m,，电机功率为178kW。

5.2 雨季施工措施

1)竖井周边生产场地利用防洪堤设置的排水沟，确保积水顺利流到工作面以外低处。井口封口盘面标高高于施工场地面标高1.0m。

2)在施工场内高地设置材料库，小型设备、工具、零散材料的堆放棚架，防止雨水侵蚀。

3)施工材料做到下铺上盖，钢材使用前必须除锈。

4)雨季来临前彻底检查地面供电线路，确保无破皮、露线，保证无露电现象。

5.3 冬季施工措施

入冬前，做好冬季施工的人员培训与交底，对管理人员、操作人员进行冬季施工技术交底，使每一个人都清楚冬季施工的技术要求及做法，避免盲目施工。确定防寒重点工程，并对施工顺序、施工方法、工艺进行相应的调整，以适应冬季施工。冬季施工措施重点对象为混凝土施工。当日气温稳定在5℃以下时，混凝土浇筑按冬季施工方法进行。

5.3.1 混凝土拌制

通过热水拌和骨料、拌合站保暖等手段提高混凝土的拌和温度，保证混凝土的出机口温度达到8℃-15℃，同时在拌和时掺用抗冻早强剂，以降低混凝土的结冰温度，以使混凝土在结冰前的强度达到抗冻临界强度。

5.3.2 混凝土运输

在运输过程中对运输工具进行保温并尽量缩短运输的时间，混凝土从拌合站的出机口到浇筑仓面，罐车车身采用保温布包裹，混凝土运输过程中减少倒运次数，做到不随意停车、施工现场不押车，以缩短运输时间，

5.3.3 仓面浇筑保温措施

在低温季节开仓时间应安排在白班，并在夜间气温达到最低之前收仓，浇筑过程中，在钢模板外侧框格黏贴5cm厚苯板进行保温，采用蓄热法进行养护。

6 结 语

施工采用了国内最先进的液压伞钻，在提高凿孔效率的同时，减少了环境噪音和粉尘。电动挖掘机下井，既能辅助装渣，又能清帮和清底，特别是马头门、硐室施工排渣，大大节省出渣清底的时间。钻孔、出渣、支护三大工序的设备配置合适。本工程井架及附属工程施工期为0.5个月，设备安装及调试工期为1个月，凿井工期为4.5个月，平均月进尺106m，高峰月进尺120m。本工程在合同工期内较好的完成了施工任务，说明该施工方案及设备配置在竖井施工的正确性和适应性，其施工经验及施工方法值得其他类似工程借鉴。

[1]中华人民共和国水利部.SL677-2014水工混凝土施工规范[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

1007-7596(2017)07-0160-04

2017-06-20

张万军(1984-)，男，甘肃武威人，工程师，从事施工组织设计、水工设计工作。

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