浅析水利工程竖井施工技术

张生林

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730000）

1 工程概况

泉州市惠女至菱溪黄塘引调水工程C2A 标段输水隧洞输水线路总长9.8 km，共有4 个工作区，3条支洞和1 条竖井。竖井位于泉州市泉港区国有笔架山林场，工程位置为输水隧洞桩号ZL16+920 处，由于该区域支洞征地条件达不到，故在该区域空旷平地处设置竖井一个，用作隧洞上下游开挖的出渣垂直运输通道。竖井工作区上游洞挖任务为4.6 km，下游为2.2 km。该竖井深度182.52 m，断面采用圆形断面，开挖断面半径3.15 m，衬砌厚度0.4 m，采用随开挖随支护原则，在围岩破碎区域随机设置锚杆支护，间距1.5 m，梅花型布置，深度3 m[1]。

2 施工方法

2.1 竖井结构

竖井井口设现浇钢筋混凝土锁口圈梁，井身随开挖、随衬砌。竖井井身采用手风钻钻孔，石渣由抓岩机配合人工装渣，然后由渣桶吊运至竖井口平台卸渣，再由挖掘机配自卸汽车出渣。井身衬砌混凝土采用竖井滑模自上而下、紧跟开挖进行衬砌施工。混凝土由现场拌制，由机动翻斗车运输至井口，经负压溜筒输送至浇筑部位，附着式振捣器振捣密实。

2.2 竖井设备及辅助系统

竖井主要由井架和绞车组成，配套提升卷扬机组和其他设备，竖井井筒内布置一套提升系统，2 个3 m3吊桶，1 台HZ-6 型中心回转抓岩机，一趟压风管，一趟安全梯，一趟￠600 胶质风筒，风筒及压风管采用井壁吊挂。竖井设备平面布置如图1 所示。

2.3 竖井设备选型和安全计算

根据井身技术状况，选用IIIG 型钢管井架，溜渣槽倾角为38°～40°，该型井架的有关参数如表1 所示。

表1 井架参数

图1 竖井平面布置图

2.3.1 主提升系统的选型计算 根据允许承载和实际荷载计算能满足施工要求的数据。有关绞车的计算数据如下：提升钢丝绳地面悬垂高度为25.970+0.3+1.5+0.63=28.4 m；钢丝绳最大悬垂高度为H=180+28.4=208.4 m，取209 m；根据现场实际情况，提升机主轴中心至钢丝绳悬垂点间距取b=40 m。

2.3.2 竖井悬吊钢丝绳、稳车、天轮选型 选用吊盘采3 绳悬吊，配套JZ-10/600A 稳车3 台，￠650 天轮6 个，其中3 个作导向用，金属模板选用4.2 m 段高掘模板。

压风系统风量计算如表2 所示。根据施工工艺和循环图表，用风量最大时为打眼，同时风泵排烟。

3 竖井施工工艺流程

竖井施工工艺流程如图2 所示。

4 竖井开挖和衬砌施工

4.1 井身开挖

竖井井身正式施工之前在井口处设立型号为IIIG 的井架当做提升设施，以钢板或者型钢为材料制作2 个容量为3 m3的吊桶，用来装卸废渣；运用人力掘进方式，石方依据岩层状况可运用人力风镐凿挖的方法，如果碰到硬度较强的岩石，运用爆破的方法清除，循环进尺的距离为2 m，每个工作日完成两个循环；土石方用型号为IIIG 的井架辅以装碴筒运输到井口处，然后依托座钩完成翻渣作业，地表用汽车或者铲车出渣，使用装载机辅以具有自卸功能的汽车运输到提前确定好的弃土场；每挖进1 m 都要采用恰当的举措对井壁进行保护，若井壁层的稳固性不佳，应当减短护臂分节的距离，将护臂的高度调节为50 cm，如有需要，应当使用加厚型的护壁钢筋，保证工程作业的安全；变频机、抽水机、潜水泵完成排水作业；当竖井掘进距离超过15 m 之后应在井口处配置鼓风机，依托软风管实现井内通风；一边施工一边观察且绘制周围岩石情况，及时剖析岩层的稳固性，绘制地质柱状图，确保作业安全。

表2 压风系统风量计算

图2 竖井施工工艺流程

4.2 竖井二衬施工工艺流程

运用YJM-4.2 m 将金属模板砌壁向下移动，模板利用稳车进行悬吊，砼依托井口处的集中搅拌站制作完成，然后进入仓内，进入仓内的砼依托风动插入型振动棒进行振捣。

4.2.1 模板系统 模板系统主要由提升架、围圈、模板、辐射梁等组成。其中模板包括2 种类型：特种模板和组合钢模。围圈的功能是帮助固定模板承担横向与纵向的负载，把荷载其分散到提升架与辐射梁等处。围圈运用角钢桁架型架构，断面的规格是90 cm×50 cm。辐射梁混凝土侧面的荷载大多依托围圈分散至辐射梁处，由4 根以对称方式布设的辐射梁承担砼侧面的压力。提升架主要由铺板与横梁构成，周边设置栏杆，在混凝土浇灌时使用[2]。

4.2.2 操作平台系统 该系统由上端的受力料平台、中心位置的操作平台和下端的抹面平台构成。受力料平台包括梁、铺板、立柱3 个部分。操作平台主要使用木板制成，铺装到围圈上，上端布设多种操作机器，是砼浇筑作业者的作业场地。抹面平台在施工人员进行浇灌时使用，主要包括护栏、吊杆、脚手板、横梁等部分，上面调到围圈的桁架上，宽度为0.72 m。

4.2.3 液压滑升系统 该系统为滑膜上的动力设施，主要包括油路、液压千斤顶、控制台、支撑杆等。爬杆是千斤顶向上爬升的通道，以型号为ф48×3.5 mm的钢管制成，每根长度在3～6 m 左右，连接时同个高程上的接头不低于25%，并且临近支撑杆的接头应当在不同位置，接头的地方以丝牙连在一起。液压千斤顶用穿心型楔块千斤顶（QYD-60A），利用油压实现油的供给与停止。液压控制台与油路系统用来供千斤顶运行且确保千斤顶油压满足要求。液压控制台大致包括压力表、电动机、开关、溢流阀、油泵、换向阀等几个部分。油路系统是将控制台和千斤顶连在一起让油液流动的通道，大致包括针阀、管接头、油管、分液器等部分[3]。

4.2.4 滑模型式及面板选择 依据供水隧洞竖井确定断面的大小，把滑模设定为桁架型，使用一套滑模完成竖井的浇灌，选择桁架组装型。为让重量减小、费用降低、功效提升，将小块模板拼合为面板，面板厚度保持在3.5 mm 左右。

4.2.5 竖井滑模的安装 依托竖井隔离平台完成滑模的装设，原料机械以悬吊的方式由井口运输到平台上。

5 安全管理

由于井架承担了垂直运输的任务，存在工作面交叉施工的影响，应该把控以下安全点：井口及时封闭，井内建立工作平台；日常检查设备的制动系统；做好操作间和工作面的信息传递工作；做好开挖和降水的准备；备用电源要1 备1 用。