立井施工

2020年3月11日星期三1立井施工VerticalShaftConstruction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。2020年3月11日星期三2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。1概述2020年3月11日星期三3近十几年来，我国立井施工机械化水平有了很大的提高。深孔光爆、锚喷支护、凿岩钻架，0.6m3抓岩机、4～5m3大吊桶、自动翻矸、大型凿井专用提升机、大吨位凿井绞车、V型凿井井架、高3～4m金属整体液压脱模模板、混凝土输送管、高扬程吊泵、千米激光指向仪、注浆堵水打干井等凿井设备与技术得到了广泛使用。施工设备和技术水平的提高，大大提高了施工速度。•1974年全国煤矿立井施工平均月成井16.4m；•1997年达到了45m；•2002年又达到70m以上。据不完全统计，1986年～1996年有23次月进度突破100m，而1997年一年就有28次突破100m。1998年有19次突破100m，其中5次超过180m，最高达到216.5m（表土冻结段）。2002年又创造了基岩段月成井220.6m的新纪录。施工速度的提高，大大缩短了井筒的施工期，目前煤炭矿山的立井月进度大多在100m以上，因而涌现出了一批深度600m以上能够当年开工、当年到底的井筒。目前，我国的立井施工水平已达到世界先进水平，已有多家施工企业中标国外立井工程。1.1我国的立井施工技术水平2020年3月11日星期三41.2立井的类型与结构•采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种：主井、副井和风井。•主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设有箕斗，故又称箕斗井。•副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒称为副井。井筒内通常设有罐笼，故又称为罐笼井。某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。•风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为出风用，也可当作全矿的安全出口。2020年3月11日星期三5•在隧道和城市地下工程中，一般分为：为运营需要的通风井、为加快施工速度而开凿的措施井（属于辅助坑道）、为安装隧道施工设备的工作井、水利水电工程的管道井等。另外，还有国防工程中的发射井、水利工程中的取水井等。•立井按深度划分时，有浅井、中深井、深井和超深井等。对于矿山而言，一般不足300m深时为浅井、300～800m为中深井，800～1300m为深井，1300m则可视为超深井了。对于城市地下工程，大多不超过50m深，超过50m可能就属于深井了。2020年3月11日星期三6至今第四时代立井井筒的形状与结构立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形为多。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。2020年3月11日星期三71.2立井施工的基本工艺•井筒正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸矸平台。同时进行井筒锁口施工，安设封口盘、固定盘和吊盘。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井筒的正式掘进工作。立井是垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在井筒内，且随工作面的推进而下放或接长。•立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，当井筒掘够一定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。每一段高内的工艺顺序是先打眼放炮、再装岩出矸，最后进行砌壁。2020年3月11日星期三81-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2020年3月11日星期三92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。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。2020年3月11日星期三102.2锁口砌筑•在井筒进入正常施工之前，不论采用哪一种施工方法，都应先砌筑锁口，用以固定井筒位置、铺设井盖、封严井口和吊挂临时支架或井壁。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。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。2020年3月11日星期三11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2020年3月11日星期三122.3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。2020年3月11日星期三13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2020年3月11日星期三142.2.2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。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。2020年3月11日星期三15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2020年3月11日星期三162.2.3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。2020年3月11日星期三172.4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2020年3月11日星期三18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2020年3月11日星期三191.抓岩机械中心回转抓岩机（HZ型）环行轨道抓岩机（HH型）靠壁式抓岩机（HK型）钢丝绳悬吊式抓岩机（HS型）2.抓岩机的选择——装岩机必须生产力的计算、类型及斗容的选择3.排矸翻矸方式（人工和自动翻矸）储矸与运矸4装岩与排矸2020年3月11日星期三20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2020年3月11日星期三21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2020年3月11日星期三224.2抓岩机的选择抓岩机是立井施工设备选择中必须最先进行的设备，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。2103600kktpqq≤qB2020年3月11日星期三23•立井掘进时，矸石吊桶提至卸矸台后，通过翻矸装置将矸石卸出，矸石经过溜矸槽或矸石仓卸入自翻汽车或矿车上，然后运往排矸场。•翻矸方式有人工翻矸和自动翻矸两种。自动翻矸装置有座钩式、双弧板链球式和翻笼式三种，其中以座钩式最为普遍。4.3排矸2020年3月11日星期三24人工翻矸：•吊桶提至翻矸水平，关闭卸矸门，人工将翻矸吊钩挂住桶底铁环，下放提升钢丝绳，吊桶随之倾倒卸矸。这种翻矸方式提升休止时间长，速度慢，效率低，用人多，吊桶摆动大，矸石易倒在平台上，不安全，使用大吊桶提升时问题更突出。现已较少