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摘要：文章以某省中部城市引水隧洞工程总干线4#调压兼通风竖井为例，阐述竖井施工工艺过程及相关施工技术要点。
关键词：竖井；开挖；施工
1工程概述
某省中部城市引水隧洞工程总干线，位于某市某区，桩号为92+605-109+525.8，长16920.8m。4#井为调压井兼做通风竖井，与主洞相交桩号103+979，总深度92.35m，顶面标高314.45m，井底标高224.10m，其中上部覆盖层段8.10m，为碎块石含粘性土（Ⅴ类围岩），其下22.2m为全风化花岗岩（Ⅳ类围岩），中、下部分别为强风化花岗岩28.8m（Ⅲ类围岩）、弱风化花岗岩32.7m（Ⅱ类围岩）。
竖井设计断面为圆形，开挖直径6.52m/6.16m/6.1m（井口段/井身段/井底段），衬砌后净空直径5.1m，圆形锁口砼高度2m,厚0.55m，四周设置排水沟，以避免地面汇水流入井内。
2主要施工技术参数
井身衬砌砼：0～30.3m，0.55m厚C25F200W6钢筋砼；30.3m～91.8m, 0.45m厚C25F200W6钢筋砼；
初期支护：0～8.1m，架设间距800mm型钢拱架封闭成环支护，Ф22锚杆@1500mm，L=3m，下插角10°～15°梅花型布置，挂Φ8@150×150钢筋网支护，喷C20砼0.16m厚；8.1～30.3m，局部架设型钢拱架支护，Ф22锚杆@1500mm，L=3m，下插角10°～15°梅花型布置，挂网支护，喷C20砼0.16m厚；30.3～59.1m，随机锚杆（Ф22锚杆，L=2.5m ），局部挂Φ8@200*200钢筋网支护，喷C20砼0.08m厚；59.1～91.8m，随机锚杆（Ф22锚杆，L=2.5m），喷C20砼0.05m厚。
3 施工工艺
3.1 总体施工顺序
施工准备→井口段锁口支护→开挖、格栅支护→衬砌→井身段开挖、出渣、支护、衬砌施工。
3.2 施工准备阶段
首先工程管理、技术、施工人员全部到位，部分施工所需机械设备已经进场并满足前期竖井开挖施工需要。再根据设计图稿，对竖井口位进行明确的定位，同时确定竖井口开挖边线。
3.3 竖井井口段施工
竖井井口段工程步骤主要为：井口段开挖→出渣→前期支护→井口段衬砌。
3.3.1井口段开挖
井口开挖前，按要求做好井口边坡截水沟，完善排水系统。同时，在对井口进行削坡开挖时，其顺序要保证自上向下，严令杜绝采用上下垂直的开挖方式。做好危石清理、坡面加固等工作。
借助于挖掘机进行挖装，并在修复开挖轮廓线时采用人力作业，同时把开挖段高设定为1m上下。
3.3.2出渣及运输
出渣采用挖掘机开挖，自卸车运至弃渣场。
竖井人员通过专用吊笼,小型机具及材料的通过出渣吊桶，以保证施工安全。
3.3.3初期支护
在初期支护时，支护方式主要以锚喷支护为主，其中将喷射砼的尺寸和规格设定为厚16CM，以C20砼为主。
（1）喷射砼
在施工阶段，在井外平台位置装置好喷射机，同时，在对覆盖层段进行喷浆作业时，所采取的方法主要以接长喷浆管方法为主，从而确保喷砼质量。并在完成这一环节的作业后，把全部的喷浆设备运离井外。
（2）型钢拱架、钢筋网片
型钢拱架和钢筋网均在加工厂集中加工成型后，采用平板车运抵井口现场。
在挑选竖井井口覆盖层的初期支护时，应当以型钢拱架为主，并且在装置位置上，将其设定在井下开挖初喷后的位置区域，并用螺栓紧固。
在装置钢筋网时，主要由井下人工完成，并且在形状设置上，要和开挖岩面高度保持一致，从而实现与型钢拱架的整体连接。
3.3.4井口段衬砌
根据设计图稿对竖井井口段实施钢筋砼衬砌。在进行衬砌阶段时，所采用的模式以最常见的短段掘砌为主，从而实现衬砌与支护同步进行的要求。并且在衬砌时其段高按照1.5m的设计进行，挑选0.3m×1.5m的组合钢模板，对其进行捣固。
采用C25砼对竖井进行衬砌。并且在施工现场设置砼罐车，同步进行溜槽入仓浇筑，并且把内模设定为组合钢模，采用插入式振捣棒对其进行捣固。
3.4 竖井井身段施工
竖井井身采用LM-200型反井钻机，先期形成直径2.0m溜渣导洞，再用手风钻扩挖成型的施工工艺。
3.4.1溜渣导洞施工
（1）反井钻机导孔钻进
本工程选定的导孔直径为φ216mm。
在施工时，开孔水准符合不仅会严重干扰钻进偏斜率，同时还会严重干扰后期的排渣作业，对钻具寿命造成极大损伤。因此必须按下述要求进行施工。
①首先采用短钻杆开孔。
②在进的活动中，首要的任务即是开水，并且在充分的条件下采用小钻压低转速开孔，并及时打扫孔内残留的岩渣。
③打完短钻杆后，先停机后停水。再装上一根钻杆，低转速钻进。当钻孔深满足基本条件后，即大于3m时，则可以采用标准参数钻进。
④接杆操作：每钻进1m，必须装上一根钻杆。
⑤在进行钻设导孔作业时，如果遭遇地质情况较差、或者遭遇断层等特殊情况时，则应当利用泥浆保护孔壁，如果当完成护壁作业后，依然出现塌孔情况，则灌注C15砼，并停工作业，等到4天后在持续钻进。
（2）溜渣导洞施工
本工程选定的溜渣导洞直径为2.0m。
①φ216mm导孔钻通后，则及时在竖井底部配备好扩孔刀盘，并且借助于吊具拼接好刀盘和钻杆。通过对讲机或其他信息（敲击钻杆等）与上部操作者联系，上提钻杆，将刀盘吊正后取出吊具，指挥操作者将钻杆丝扣接上，旋紧。
②在溜渣导洞下部工作面区域，必须要求其保持极度平整光滑的状态，从而提高刀盘滚刀的均匀受力，提高其工作效率。
③在开始扩孔后，应该使用循序渐进的方式推进，仔细调整拉力和转速，并且要等到刀盘中全部的滚刀都触碰到岩石以后，才能够采用常规压力进行扩孔。
④在扩孔的进程里面，遭遇岩层破碎带的可能性极大，因此当面对这种情况时，要相应的缩减推进拉力。直到完全穿过破碎层后，才能够用常规压力正常扩孔。
⑤溜渣导洞钻至反井钻机砼基础时结束。
⑥ 溜渣导洞出碴视导洞开挖情况，在钻机停机时集中进行，采用装载机装车经9#施工支洞运至渣场。
（3）反井钻拆除和移位
反导洞钻进结束后，首先利用井口龙门吊，将扩孔刀盘悬掉牢固，然后拆除反井钻机，再用人工凿除基础砼，最后吊起扩孔刀盘。
3.4.2井身扩挖、支护
在完成导洞作业后，便可以正式开展钻爆扩挖。人工钻爆扩挖前，利用龙门吊牵引吊笼，供人员及设备进行运输。同时在井壁设爬梯，井口设护栏确保安全。
3.4.2.1井身扩挖
竖井扩挖炮孔布置如图1所示。
(注：1-内圈崩落孔；2-中圈崩落孔；3-周边孔)
3.4.2.2井身初期支护
在进行初期支护工作时，要严格按照施工设计图稿进行。做到支护紧跟开挖，确保施工安全。
（1）锚杆施工
当完成出渣作业，以及整平虚渣初喷以后，严格根据设计图稿把眼孔设定在对应的井壁位置，所使用的工具有孔径为φ42mm的YT-28风钻钻孔；锚杆则挑选全长粘结式砂浆锚杆，在施工作业时，则采用先注浆后装置锚杆的方法完成作业。
如有地下水，在初支背后埋设排水管，引至井底排水系统。
（2）喷射砼
施工时，拌合站拌料，料车运至现场。顶部开挖时，喷射机安设于井外，当开挖深度＞20m时，将砼喷射机和拌合好的料通过龙门吊吊入井底；利用人工上料，依次穿过溜灰管、缓冲器、软胶管的方法完成喷砼施工。喷射砼施工工艺及施工方法见图2。
（3）型钢拱架、钢筋网片施工
竖井设计中采用型钢拱架作为钢支撑，型钢拱架在加工厂分节加工试拼装，平板车运输至施工现场，安装在开挖初喷后进行，型钢拱架的竖井运输采用钢丝绳分节悬吊入井，人工安设。
钢筋网在加工厂焊接成钢筋网片，运至现场、在井下成片铺设。钢筋网与锚杆或钢架焊接牢固，搭接长度不小于200mm。
3.4.3井身衬砌
衬砌采用钢筋砼衬砌，在施工中滑动模板进行衬砌。在对滑模进行作业时，要求一次性装完所有的模板，并且在上方规划出施工平台，供操作人员施工作业。可实现快速浇筑砼工作，并能保证质量。竖井衬砌砼输送方式：下部采用地泵泵送，上部采用导管或串筒输送。滑模施工原理及布置如图3：
3.5竖井通风、信号、管线布置
把1台20m3空压机设定在竖井口位置，保持通风的顺畅性，并利用DN80钢管紧挨着井壁导入至井内开挖面区域，并且伴随竖井向下扩挖的趋向而同步伸展，最后连接至用风设备。安装风管时，确保风管牢牢固定于井壁上，做到不影响施工且能保证施工安全。
竖井井内区域设定高压水管、通风管、施工照明线路、动力电线。
3.6 排水
3.6.1井口排水
以地面为基准，要求锁口圈的高度均高于地面200cm，并且在作业平台的外侧位置设定坡度，从而构成排水系统，并接入排水沟。
3.6.2竖井井筒排水
竖井井身渗水，先引排至井底主洞集水坑，再采用潜水泵将水逐级抽至洞外排水沟中排出，经三级沉淀处理后再进行排放。
3.7 施工测量
3.7.1竖井施工控制测量
（1）竖井定位
借助于竖井附近的高程控制点和平面控制点，从而把竖井坐标精确的计算出来。
（2）竖井断面控制
在对竖井进行作业时，借助于全站仪放线定位的方式来确保测量精度，并在确定井口坐标之后，利用“悬垂重球”的方式控制施工作业，保障竖井施工的精准性。
（3）竖井开挖测量检测
为保证竖井施工准确无误，周期性采用仪器对井口投点进行检查。并且在规定时间内检查所有的断面仪，从而提高竖井开挖的精确度。
（4）在作业过程中，如果由于水文气候等原因而导致施测数据出现差异时，应当在保证安全的背景下微调施测数据，从而确保工期如期完成。
3.7.2测量精度控制措施
（1）在挑选项目部测量组成员时，应当以具备高学历、高专业、高经验的员工，并提供先进的高精度测量仪器。
（2）所使用的测量仪器要定期到授权的测量仪器鉴定单位检定。在仪器使用前项目部测量组将有关资料和检定报告报监理工程师，监理工程师确认后方可投入使用。
（3）安排专业人士来管理测量数据和结果，并且实时更新记录，定期交付给监理核查。
4结语
通常情况下，在进行竖井施工时，所运用的开挖方法，都以手风钻全断面掘进的方式为主。这套施工方案具备工序繁杂，排烟效率较差，安全性低等多种缺陷。采用反井钻机施工配合人工钻爆开挖的施工工艺，有利于缩短工期，保证工程施工安全质量，创造更好的经济效益。
参考文献
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论文作者:张跃君
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/9
标签：竖井论文; 井口论文; 作业论文; 钢筋论文; 钻杆论文; 型钢论文; 钻机论文; 《基层建设》2017年3期论文;