1 前言
随着我国高速公路、高速铁路的快速发展，我国特长隧道通风竖井数量也随之增多，我国竖井施工技术和施工机械水平也有很大提高，目前，国内外绝大部分竖井采用正井法施工，但依旧存在凿井设备陈旧、生产能力低等、施工安全风险高等诸多问题。和榆高速公路为山西省高速公路网“三纵十二横十二环”规划中第七横组成部分，该隧道位于山西省左权县城东北5km处，设计为分离式隧道，隧道全长11408m，最大埋深743米。为解决XX隧道运营通风问题，共设4处地下风机房，三处为斜井通风，一处为竖井通风，其中1号竖井内径8.2m，最大开挖直径9.78m，井深220.4m。竖井初期支护采用锚、（网）钢、喷联合支护形式，二次衬砌采用模筑混凝土浇筑，同时采用钢筋混凝土中隔板将送、排风道分隔。 目前国内外竖井施工主要有正井法、反井法两种施工方法，XX隧道1#竖井为尽早解决正洞施工通风所需，根据工期及现场条件，采取正井法进行施工，在确保施工安全的前提下做到设备综合利用，以新技术、新工艺、新理念进行施工，实现安全、快速、优质的目的。本工法着重根据公路隧道的特殊要求，借鉴煤矿竖井进行技术改进。以XX隧道1#竖井为例，经总结和提高形成本工法。 2 工法特点
2.1 竖井施工井架采用重复率高的煤矿IVG改进型井架，其天轮平台、绞车钢丝绳布设灵活便捷，井架便于装卸和运输； 2.2 井下快速高效排、堵水施工技术，井下渗水段采取半导坑上下导开挖，下导坑作积水区，井壁座设置过滤水箱进行环保节能排水；涌水段采用快速封堵器封堵后进行双液浆注浆封堵，注浆过程中充分利用快速封堵器的特点及时通过排、堵水措施调整围岩富水区水压，提高注浆质量。
2.3 正井法多临空面水压爆破技术，提供多临空面爆破，在减小开挖面水平环向应力影响的同时，有效降低爆破安全风险、用量、粉尘浓度，提高循环进尺、爆破效果，避免欠挖、渣粒径过大等现象。
2.4 采取井壁座于二次衬砌混凝土施工时进行开挖施工的安全施工技术。有效避免常规施工先开挖后施工过程中发生掉块、坍塌等质量安全隐患，减少临时支撑资金成本投入；
2.5 采用小型挖掘机装岩，充分利用小型挖掘机在大直径竖井中工作的优势，提高工作效率、降低安全风险，应用挖掘机防护笼装置对挖掘机在爆破作业进行防护，有效避免爆破产生的飞石、尘烟对挖掘机的损坏及不利影响。
2.6 竖井复合式衬砌，初期支护采用锚、网、喷、钢架联合支护形式，随挖随护，紧跟工作面保证施工安全；
2.7 二次衬砌采用自下而上的施工顺序，井壁二次衬砌与中隔板采用爬模工艺由下而上浇筑成井；
3 适用范围
适合净径>6m，深度在100m以上的富水深大竖井工程。
4 工艺原理
其采用重复用率高的煤矿IVG改进型井架，配合竖井提升设备绞车、稳车、等设备形成单钩双吊桶垂直运输，经济适用性高；竖井富水段采用井下快速排、堵水施工技术，排、堵水效果优质、节能；竖井开挖爆破采用正井法多临空面水压爆破技术，有效降低爆破安全风险、用量、粉尘浓度，提高循环进尺度；采取井壁座安全施工技术，有效避免常规施工先开挖后施工过程中发生掉块、坍塌等质量安全隐患，减少临时支撑资金成本投入，提高经济效益；采用小型挖掘机代替中心回转抓岩机装岩，并对其采取井下悬吊安全防护装置，有效加快施工进度、降低安全风险与资金投入；竖井复合式衬砌采用锚、网、喷、钢架联合支护形式，随挖随护；井壁二次衬砌与中隔板采用爬模工艺由下而上浇筑成井。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
竖井正井法施工以实现安全、优质、快速为目的，根据现有设备，在确保施工安全的前提下做到设备的综合利用，采用新工艺、新技术提高各施工工序衔接，以求得最大效益。竖井施工前先进行设备选型，其涉及井架选型、提升设备、出
渣设备和竖井爬升模板系统等，其后进行锁口圈施工，此时井架基底要同步施工，并保证井架稳定所需的桩基尺寸、深度及强度等。之后进行竖井井架安装施工工序，待所有就绪后进入竖井20m~30m 开挖施工，同时，利用绞车挂钩吊桶进行井筒开挖，开挖至30m 深后，挖掘机进入，工作盘、安全盘、封口盘的组装与吊挂。
筹备工作结束后，进入井筒正式施工期。井筒施工采用短掘短支混合作业施工方法，掘支循环段高2米，锚网（钢）喷与井圈支护、出渣交叉进行。在开挖爆破过程中，将小型挖掘机悬吊在双层吊盘下的保护笼中，与工作面保持一定的安全距离。井筒掘进落底后，工作盘升起同时进行防排水工程施工。安装竖井井壁二次衬砌及中隔板爬模，进行井筒二次衬砌与中隔墙的施工。明洞施工时先拆除安全盘和封口盘、溜杆槽，再进行明洞施工，最后进行设备的拆除。
图 5.1-1 竖井
施工工艺流程
设备选型
锁口圈施工 井架安装 竖井开挖20m~30m 施工 ②安全盘施工 ①挖掘机进入 ③封口盘施工
爆破开挖及初期支护 二次衬砌及中隔板施工 拆除封口盘、安全盘、工作盘及溜矸槽 明洞施工 拆除设备
图5.1-2 封口盘、安全盘、挖掘机、工作盘位置示意图
5.2 操作要点：
5.2.1 竖井机械化配套设备选型
摆度1 井架选型：根据1#竖井净直径8.2米，并参考井架设计标准图，采用煤矿IVG改进型井架。其特点：其由钢管杆件组成，单件质量轻，便于装、卸和运
输，井架复用率高，天轮平台允许
四面出绳，天轮和地面提升设备布
置灵活。井架可现场加工，现场拼
装使用。井架由天轮平台、翻碴平
台、扶梯、基础等部分组成；井架
4根支腿安装在C20混凝土浇筑的
基础上。改进后钢管井架天轮平台
高20.68m，地脚跨度13.96m×
13.96 m。
图5.2.1-1 竖井IVG改进型井架
2 提升设备：竖井提升设备主要由提升机、井架、封口盘、安全盘组成。提升机分为主绞车、副绞车和稳车。主绞车主要承担出碴任务和爆破时提升挖掘机，副提绞车主要运送人员和支护材料。在出碴时，主、副绞车可同时承担出碴运输任务，形成单钩双吊桶出碴而缩短出碴时间。稳车包括安全盘稳车、主副稳车、吊泵稳车、爬模稳车。
图5.2.1-2 竖井提绞设备平面图
图5.2.1-3 施工稳车及绞车
封口盘是井内施工作业
时的重要安全防护设施，设
于井口处。封口盘用型钢作
骨架，上铺防滑钢板，其型
钢骨架嵌在井口锁口圈的混
凝土中。封口盘上设有封口盘门和其他悬吊设备通过口，与提升安全盘、工作盘一一对应。封口盘门在吊桶通过前开启，通过后关闭，采用卷扬机开合。其他孔口不通过悬吊物时用盖板盖严，无法盖的孔口设防护栏围挡。
安全盘用来保护井底作业人员的安全，拉紧吊桶提升稳绳、悬吊设备和安全绳。安全盘由2根扁担梁和型钢及钢圈焊成骨架，上铺钢板组成保护盘。盘上布置有通过吊、吊泵、安全梯和各种管线路的孔口，其位置与封
图 5.2.1-4 封口盘布置平面图口盘位置必须在同一铅垂线上。安全盘的尺寸比井筒净空小100～200mm，盘周边设有可伸缩的丝杆，丝杆伸出时顶住井壁以固定安全盘。
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