竖井安全施工措施

立井，又叫竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、水电工程、城市地铁等市政工程、水利工程以及军事国防工程等都离不开立井的使用和施工。尤其是地下矿山，使用更为广泛，由于它是整个矿井的总出入口，地位显得更加重要。随着我国交通、水利事业的快速发展，长距离的公路、铁路、引水隧道，出于施工和运营的需要，开凿的竖井也越来越多。例如长18km的秦岭公路隧道设置了三处通风竖井，长14.89km的“引大入秦”水利工程中的顶山隧道开凿有8个竖井。学习和掌握立井施工技术是非常重要的。 立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条件复杂；相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用先进的施工技术，提高施工机械化水平。 在具有第四纪冲积地层的地域开凿立井时，立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以钻眼爆破法施工为主。

矿山立井基本上都是圆形，其它行业可根据需要设计为圆形或矩形。 一般情况下，立井井筒自上而下可分为井颈、井身和井底三部分。根据需要，在井筒的适当部位还设置有壁座。井颈是指靠近地表、井壁需要加厚（由于需承受井架提升及周围建筑物的荷载）的一段井筒，其深度在矿山一般为15～20m，其它行业多2～5m。井颈以下到罐笼出车水平或箕斗装载水平为井身，井身是井筒的主要组成部分。井身以下部分为井底，其深度取决于提升过卷高度、井底装备要求和井底水窝的深度。主井的井底深度一般为35～75m不等，副井的井底深度一般为10m左右，风井井底深度一般为4～5m。 1.2 立井施工的基本工艺 1-天轮；2-凿井井架；3-卸矸台；4-排水管；5-井盖门；6-混凝土搅拌机；7-封口盘；8-混凝土输料管；9-固定盘；10-吊泵通过口；11-吊盘上层盘；12-壁座；13-气动绞车；14-吊盘下层盘；15-金属模板；16-吊泵；17-抓岩机；18-吸水笼头；19-卸矸溜槽；20-溜槽闸门；21-轻便轨道；22-矿车；23-局部通风机；24-空气压缩机房；25-凿井稳车；26-提升机房；27-风筒；28-滑架与保护伞；29-稳绳；30-提升钩头；3l-吊盘裤叉绳；32-喇叭口；33-吊盘定位丝杠；34-输送混凝土的活节管；35-压气管；36-吊盘折页；37-分气器；38-风筒卡子；39-挂钩；40-井圈；41-背板；42-撑柱；43-吊桶 立井井筒施工概貌 2 表土施工 表土层：将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为。

由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，含水量一般比较丰富；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，施工比较复杂。欲要安全、快速地通过表土层，最重要的是根据土层性质正确地选择表土施工方法，以及确定相应的施工设备和设施。竖井安全施工措施稳定表土层；包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。 不稳定表土层：包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。 2.2 锁口砌筑 锁口分类 临时锁口：由井颈上部的临时井壁（锁口圈）和井口临时封口框架组成，在后期砌筑永久井壁时还要拆除，常用砖石、砌块或混凝土砌筑。临时锁口的深度一般为2～3m。

竖井安全施工措施永久锁口：指井颈上部的永久井壁和井口临时封口框架。永久锁口深度视井筒设计而定。锁口框可用钢梁（I20～I45）铺设于锁口圈上，或独立架于井口附近的基础上。 钢结构简易锁口框 1—钢梁；2—U形卡子；3—井圈；4—挂钩；5—背板；6—垫木 2.3 表土掘砌方法 2.3.1 井帮维护方法 降低水位法:工作面超前小井降低水位法 ＋钻孔降水法 板桩法:直板桩＋斜板桩 其他方法:如混凝土帷幕（地下连续墙）法、搅拌桩法、注浆法等，它们在城市地下工程的竖井中得到较多应用。 冻结法：在井筒开挖范围之外，沿井筒四周布置冻结管，对地层进行冻结，待冻土形成一定厚度时再进行开挖。 井圈背板法:先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板（又叫背板）作临时支护。每掘进一段井筒（1～1.5m），便架设一道井圈和背板。掘进一定高度后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、背板，砌筑永久井壁。适用于较稳定的土层。 图2 地面直板桩 1-外导圈；2-内导圈；3-板桩；4-打桩机；5-轨道 图3 斜板桩 1-导向圈；2-中间导向圈；3-副导向圈； 4-斜板桩 2.2.2 井筒的挖掘方法 在设置有井盖（封口盘）的立井，一般用人工使用铁铲挖掘和装土，土质较硬时用风镐挖掘、人工装土，土质较松软时也可用抓岩机挖掘和装土。

表土施工一般采用短段掘砌施工方法。竖井安全施工措施为保持土的稳定性、减少土层裸露时间，段高一般取0.5～1.5m。按土层条件，分别采用台阶式或分段分块、并配以超前小井降低水位的挖掘方法。 图4 表土施工挖土方法 （a）台阶式环挖法；（b）分块对称开挖法 1-水窝；2、3-开挖顺序；4-环形集水沟槽 2.2.3 井壁的砌筑方法 表土段一般采用短段掘砌法，即挖掘一定高度便进行砌筑井壁，从上向下逐段施工。施工时，首先将工作面整平，然后绑扎钢筋，架立模板和浇注混凝土。当采用素混凝土井壁时，在上段井壁砌好后，下部土被挖去，井壁就会处于悬空状态，为防止因混凝土强度不够或混凝土与井帮间的摩擦力不够（土对井壁的围抱力小）而使井壁发生环向拉开裂缝或沿井帮下滑，应采用吊挂井壁法施工，即在井壁中专门设置用于吊挂井壁的钢筋，钢筋的下端为圆环，上端为钩子。井壁砌筑时将钢筋的钩子挂到上段井壁预埋的钢筋环上，下端插入刃脚模板下方，然后浇注混凝土。

表土的提升，按表土性质、埋深和设备条件，表土施工的提升方法有下列几种： 汽车起重机提升、简易龙门架提升、矩形框架式井架提升帐幕式井架提升，直接利用标准凿井井架和凿井专用设备提升。先用简易设备、后改用凿井专用设备的提升直接利用永久井架（塔）及永久提升设备提升，图6 龙门架1-槽钢；2-工字钢横梁；3-连接钢板；4-φ450mm钢管立柱；5-开式索具螺丝扣；6-锚注桩；7-φ0.6m天轮；8-连接板 4 装岩与排矸 图13 中心回转抓岩机 1-抓斗；2-臂杆；3-提升机构；4-回转机构；5-变幅机构；6-机架；7-司机室；8-变幅推力油缸9-行走小车；10-抓斗；11—下层吊盘 图14 环行轨道抓岩机 1-抓斗；2-提升机构；3-操纵室；4-行走机构；5-中心回转机构；6-环行小车；7-环行轨道；8-吊盘固定装，吊盘（稳盘）是竖井立井开挖掘进安全保障掌子面（迎头）工作面作业人员安全唯一保证，也是各种工作必须的平台。

抓岩机的选择，抓岩机是立井施工设备选择中必须属先进行的设备，它的合理性与否直接关系到整个井筒机械化配套的合理性。选择抓岩机时首先应根据施工进度要求估算必须的抓岩能力，然后结合与其它设备、工艺的配套要求选出抓岩机的类型和数量。 抓岩机类型的选择，抓岩机类型可根据井筒的深度、直径、围岩稳定性、机械化配套方案、现有设备状况、操作维修水平等选择。 抓岩机斗容的选择 式中：p0－根据施工进度和循环时间确定的装岩生产率，m3/h； t—放炮后开始抓岩到清底前这一阶段抓斗抓取一次的时间，25～35s； K1—抓岩机工时利用率。与很多因素有关，一般可取0.6～0.9； K2 —抓斗抓满系数。第一阶段抓岩时，可取1.0～1.1。 q ≤qB 4.3 排矸 图15 挂钩式翻矸方式 1-溜矸槽；2-提升绳；3-吊桶；4-吊钩；5-卸矸门 图16 座钩式自动翻矸装置 1-吊桶；2-座钩；3-托梁；4-支架；5-卸矸门 5 提升与悬吊。