一种竖井施工方法与流程

1.本技术涉及管道施工技术领域，具体涉及一种竖井施工方法。


背景技术：

2.目前，竖井施工难度较大，尤其是在一些不良地质条件下施工，例如竖井所在位置岩石裂隙发育稳定性差，直接开挖难以成型，大多以iv、v类围岩为主、围岩分布主要为加里东期花岗闪长岩，呈强风化、中风化，局部具麻状构造，原岩结构、构造大部分破坏，节理裂隙发育，稳定性较差。按照一般的施工方法难以组织施工，从而影响总体施工进度目标的实现。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种竖井施工方法，解决了现有技术中不良地质条件下施工竖井时按照一般方法施工时，施工效率低，施工过程中稳定性差的技术问题。
4.本技术提供了一种竖井施工方法，包括：井口段施工；在井口段施作超前支护；井身开挖；施作井身段模筑混凝土，形成井身一衬；马头门施工；以及由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板。
5.在本技术一实施例中，所述井身开挖包括：对井身基岩段进行掘进；利用钻机对井身基岩段进行超前探水；以及当工作面的涌水量大于10m3/h时，对所述工作面进行超前注浆；或当所述工作面的涌水量小于或者等于10m3/h时，继续在所述工作面上对所述井身岩段进行掘进。
6.在本技术一实施例中，所述利用钻机对井身基岩段进行超前探水，包括：在所述工作面埋设孔口管；采用起吊勾头的方式从井口将钻机进行下放，钻机下放时，与所述起吊勾头对应的绞车匀速行驶，且所述钻机的下放速度小于或者等于2m/s；钻机下放到工作面后，根据所述钻孔位置以及所述方位通过打锚杆地锚把钻机在工作面固定牢靠；将所述钻机移到位，根据所述孔口管角度摆正，使得所述钻机与所述孔口管对中，将所述钻机的钻头放入所述孔口管内，所述钻机实施钻进作业。
7.在本技术一实施例中，所述在所述工作面埋设孔口管包括：采用φ108
×
4mm无缝钢管制作孔口管；用水灰比0.5：1的水泥浆对所述孔口管进行灌注，所述水泥浆充满所述孔口管及所述孔口管的孔壁空隙；所述水泥浆凝固后，采用c-s水泥液浆对所述孔口管进行注浆加固；所述c-s水泥液浆凝固48小时后，用四根锚杆及钢板对所述孔口管进行固定。
8.在本技术一实施例中，所述锚杆为树脂锚杆。
9.在本技术一实施例中，在所述采用φ108
×
4mm无缝钢管制作孔口管之前，所述在所述工作面埋设孔口管还包括：当所述工作面岩层破碎、软弱或有断层时，对所述工作面施作混凝土止浆垫。
10.在本技术一实施例中，在井口段施作超前支护，包括：布置多个小导管的分布位置，其中，每3m设置一环所述小导管，且每环中相邻两个小导管之间的环向间距为40cm；采
用yt-28凿岩钻机将多个所述小导管打入地层，且所述小导管的端头置于岩层内；以及对多个所述小导管进行注浆。
11.在本技术一实施例中，所述小导管的外插角20～22
°
。
12.在本技术一实施例中，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板时，所述分瓣式机械一体化滑模法中的液压滑升模板为二次衬砌和中隔板一体化模板。
13.在本技术一实施例中，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板时，所述井身二衬为单侧滑模施工，所述中隔板为双侧滑模施工。
14.本技术提供的竖井施工方法，包括：井口段施工；在井口段施作超前支护；井身开挖；施作井身段模筑混凝土，形成井身一衬；马头门施工；以及由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板。在井身开挖之前对井口段施作超前支护，增强了后续井身开挖过程中的稳定性；另外，在马头门施工之后，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板，即竖井为复合衬砌，由一次衬砌与二次衬砌组成，其中一次衬砌为承载结构，二次衬砌为装饰、防水等辅助功能，增强了竖井的稳定性以及防水性，使得能够在恶劣自然条件下施工竖井，同时可作为安全储备并起到减少运营期间通风阻力的作用。
附图说明
15.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
16.图1所示为本技术一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
17.图2所示为本技术另一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
18.图3所示为本技术另一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
19.图4所示为本技术一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
20.图5所示为本技术一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
21.图6所示为本技术一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图；
22.图7所示为本技术一实施例提供的竖井施工方法中的超前支护中小导管的设置方式示意图；
23.图8所示为本技术另一实施例提供的竖井施工方法中的超前支护中小导管的设置方式示意图。
具体实施方式
24.本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系
统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.图1所示为本技术提供的一种竖井施工方法的流程示意图，如图1所示，该竖井施工方法包括以下步骤：
28.步骤s101：井口段施工；
29.在步骤s101中，井口段开挖分为2个阶段进行施工：
30.第一施工阶段：在井架安装前，采用挖掘机、吊车配合爆破开挖、出渣，挖掘机用于装渣，吊车用于出渣；在第一施工阶段中，需要注意以下事项包括：
31.(1)、开挖期间，加快稳绞设备安装、井架制作；
32.(2)、优先进行2m爆破开挖施工，待出渣完成后，进行二次钻孔爆破，第二次钻孔爆破的爆破深度4m，再次出渣2m后(预留2m)安装模板，底部预留2m虚渣待混凝土浇筑完成后进行出渣，以加大爆破与混凝土浇筑时间和距离，确保混凝土质量；
33.(3)、组装作业区域设置在吊车回转半径以外，确保施工安全。
34.第二施工阶段：在井架(含天轮平台)、绞车、临时封口盘安装完成后，采用伞钻钻孔、抓岩机装渣、挖机清底、绞车提升出渣。在第二施工阶段需要注意以下事项：
35.(1)、利用安装完成的提升系统进行人员、设备及出渣的运输，井内设临时爬梯。
36.(2)、采用挖掘机配合中心回转抓岩机掘进。
37.(3)、岩石等特殊地层采取钻爆法施工，井口采用临时封口盘保护。
38.步骤s102：在井口段施作超前支护；
39.步骤s103：井身开挖；
40.步骤s104：施作井身段模筑混凝土，形成井身一衬；
41.在步骤s104中，在井口15m范围内(冻土段)安装保温层，其他段落不予设置。在开挖完成、超欠挖处理完成并清除松散渣体后安装5cm厚泡沫塑料板，采用自攻螺栓配合工程塑料膨胀钉固定泡沫塑料板；增加竖井的保温性。
42.在施作井身一衬时，施作步骤主要循环下述四个步骤：安装模板、校准模板、混凝土浇筑以及脱模。
43.(1)在安装模板以及校准模板时，由信号工与井上稳车房联系，下放模板到预定位置开始校正，将高压阀门打开到减压位置，使模板恢复到设计尺寸。通过封口盘、吊盘预留的孔道下放1.2-1.4mm的钢丝绳，采用激光水平仪进行模板调平，采用吊线锤进行模板校核，将模板找正稳固牢靠，打开模板上的脚手架杆，将脚手架杆支好，合格后模板即组立完成。
44.(2)在混凝土浇筑过程中，采用ca45混凝土进行浇筑，正常段混凝土抗渗等级p8，涌水段混凝土抗渗等级p10。模板立好经检查符合设计要求后，即可浇注混凝土，浇筑混凝土时采用分层分圈进行浇筑，即混凝土应分层、对称、均匀浇注。为防止混凝土壁后出现空洞，并在模板上按照一定的间距预留注浆孔。及时采用地质雷达等手段逐模对模筑混凝土的背后空洞进行检测，发现壁后空洞等采取注浆措施。
45.(3)在脱模过程中，液压伸缩整体下移式钢模板有一条伸缩缝，脱模是靠安装在伸缩缝两侧的四个液压油缸同时向内收缩，带动模板进行收模工作，从而达到脱模的目的。
46.步骤s105：马头门施工；以及
47.步骤s106：由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板。
48.本技术提供的竖井施工方法，包括：井口段施工；在井口段施作超前支护；井身开挖；施作井身段模筑混凝土，形成井身一衬；马头门施工；以及由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板。在井身开挖之前对井口段施作超前支护，增强了后续井身开挖过程中的稳定性；另外，在马头门施工之后，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板，即竖井为复合衬砌，由一次衬砌与二次衬砌组成，其中一次衬砌为承载结构，二次衬砌为装饰、防水等辅助功能，增强了竖井的稳定性以及防水性，使得能够在恶劣自然条件下施工竖井，同时可作为安全储备并起到减少运营期间通风阻力的作用。
49.图2所示为本技术另一实施例提供的一种竖井施工方法的流程示意图，如图2所示，步骤s103(井身开挖)具体包括如下步骤：
50.步骤s1031：对井身基岩段进行掘进；
51.在对井身基岩段进行掘进时，采用伞钻钻孔爆破施工。采用伞钻打眼，光面爆破，配合b25mm中空六角钢成品钎杆，φ52mm十字形钻头。在爆破过程中，采用非电毫秒延时起爆网络，选用乳化炸药。
52.(1)装药结构及起爆顺序：采用连续装药正向起爆结构，起爆顺序自内向外逐圈起爆。
53.(2)联线爆破：经检查装药无误后，即可进行连线工作。电雷管采用串联方式将各个雷管正负极逐个连接，测试网络是否连通无短路，测试网络电阻是否在起爆范围内，爆破电缆四芯并两芯用，电缆上头悬吊在吊盘位置，再由两根铜芯电缆下至井底，导线穿入电磁环内，形成回路，将吊盘及其它设备提至安全高度，人员升到地面作安全撤离后，开启井盖门，进行爆破。
54.步骤s1032：利用钻机对井身基岩段进行超前探水；
55.步骤s1033：当工作面的涌水量大于10m3/h时，对工作面进行超前注浆；
56.步骤s1034：当工作面的涌水量小于或者等于10m3/h时，继续在工作面上对井身岩段进行掘进。
57.考虑到竖井区域地质条件较差、地下水发育，裂隙水极为发育，水量大且受突水、突泥的威胁，竖井施工过程已受到其严重影响，施工期间出现坍方、涌水突泥和其他安全事故的可能性较大。因此，在对井身挖掘过程中，对井身基岩段正常施工时，同时利用sgz28150煤矿用坑道钻机进行超前探水，当工作面的涌水量大于10m3/h时，对工作面进行
超前注浆，从而增加了竖井施工的稳定性以及安全性。
58.图3所示为本技术另一实施例提供的竖井施工方法的流程示意图，如图3所示，步骤s1032(利用钻机对井身基岩段进行超前探水)具体包括如下步骤：
59.步骤s10321：在工作面埋设孔口管；
60.步骤s10322：采用起吊勾头的方式从井口将钻机进行下放，钻机下放时，与起吊勾头对应的绞车匀速行驶，且钻机的下放速度小于或者等于2m/s；
61.步骤s10323：钻机下放到工作面后，根据钻孔位置以及方位通过打锚杆地锚把钻机在工作面固定牢靠；
62.步骤s10324：将钻机移到位，根据孔口管角度摆正，使得钻机与孔口管对中，将钻机的钻头放入孔口管内，钻机实施钻进作业。
63.在本技术一实施例中，图4所示为本技术另一实施例提供的竖井施工方法的流程示意图，如图4所示，步骤s10321(在工作面埋设孔口管)包括如下步骤：
64.步骤s1：采用φ108
×
4mm无缝钢管制作孔口管；
65.孔口管的开孔孔径130mm，开孔深度视岩帽强度确定,孔口部分做成后下入孔口管；
66.每个无缝钢管的长度根据需要加工，下入孔内长度根据岩帽强度决定，若工作面岩层破碎、软弱或有断层时，需要在孔口管外部分加工成抗拔台阶；在距法兰盘0.5米的位置焊接0.5
×
0.5m方型钢板，厚度为10～20mm，并在铁板四角割孔。焊接法兰盘厚度20mm，配φ108mm﹑20mpa高压阀门。
67.步骤s2：用水灰比0.5：1的水泥浆对孔口管进行灌注，水泥浆充满孔口管及孔口管的孔壁空隙；
68.步骤s3：水泥浆凝固后，采用c-s水泥液浆对孔口管进行注浆加固，以防止在钻进过程中水泥浆强度不够孔口管松动造成涌水。c-s水泥液浆中c:s＝1:1；
69.注浆加固时，将4个半截汽油桶(1个清水桶、1个水泥浆桶)及1台注浆泵均放置于平整的底板上。
70.步骤s4：c-s水泥液浆凝固48小时后，用四根锚杆及钢板对孔口管进行固定。
71.孔口管固定后，扫孔至孔口管下端0.5～1m深度后，做耐压试验，试验压力不低于静水压力的1.5倍,孔口管不松动不漏水方可继续施工，否则应重新固结孔口管。
72.优选的，锚杆为树脂锚杆，树脂锚杆是以合成树脂为黏结剂把锚杆杆体与孔壁岩石连结成整体的一种新型锚杆。它具有承载快、锚固力大、安全可靠、操作简便、劳动强度小和有利于加快开挖速度等优点。树脂锚杆还克服了砂浆锚杆中砂浆收缩引起的不可靠因素，因此，采用树脂锚杆以及钢板对孔口管进行固定，可以确保孔口管的抗拔力。
73.在本技术一实施例中，图5所示为本技术另一实施例提供的竖井施工方法的流程示意图，如图5所示，在步骤s1(采用φ108
×
4mm无缝钢管制作孔口管)之前，步骤s10321(在工作面埋设孔口管)还包括如下步骤：
74.步骤s10：当工作面岩层破碎、软弱或有断层时，对工作面施作混凝土止浆垫。
75.具体的，在井底工作面施作混凝土止浆垫时，根据下面公式计算所得厚度bn的c40混凝土止浆垫。当采用平底止浆垫，混凝土等级确定为ca45时，止浆垫厚度bn计算如下：
76.bn＝p0r/〔
ó
〕+0.3r(公式一)
77.在(公式一)中，bn——止浆垫的厚度m；po——注浆终压mpa；po＝(2～4)pwmpa；pw——注浆点静水位压力(mpa)；r——井身荒半径m；〔
ó
〕—混凝土允许抗压强度mpa；〔
ó
〕＝r3—7＝40
×
(2
÷
3)＝26.7mpa
78.r3—7——混凝土3～7d的极限抗压值(取28d强度的三分之二)mpa
79.另外，在施作混凝土止浆垫施工时，要保持连续不得中断，工作面要分片用振捣捧振捣，待混凝土止浆垫养护期3天，达到所需的强度后，必须对其进行承压试验；具体方法为：用钻机将预埋钻孔孔口管扫孔5.5m，进行清水耐压试验，试验压力取静水压力的2倍，若试压不合格，出现漏水和从其他地点渗水等情况，则进行注浆加固，注浆时可采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆的水灰比为1:1，单液水泥浆与水玻璃的配比为1:0.6，注浆时可适当减小泵量，待漏水及渗水点不出浆时，再加压注浆，并达到注浆结束标准。待全部加固完毕并凝固后，再次进行清水耐压试验，直至止浆垫承压合格。
80.在本技术一实施例中，图6所示为本技术另一实施例提供的竖井施工方法的流程示意图，如图6所示，步骤s102(在井口段施作超前支护)具体包括如下步骤：
81.步骤s1021：布置多个小导管的分布位置，其中，每3m设置一环小导管，且每环中相邻两个小导管之间的环向间距l为40cm，如图7所示；
82.小导管用热轧无缝钢管加工制成，直径42mm，壁厚4mm。小导管管壁钻注浆孔，孔径为8mm，孔间距10cm，呈梅花形布置。尾部30cm不钻注浆孔作为止浆段。
83.步骤s1022：采用yt-28凿岩钻机将多个小导管打入地层，且小导管的端头置于岩层内；
84.小导管端头置于岩层内，以防小导管外漏端头破坏保温材料。
85.步骤s1023：对多个小导管进行注浆。
86.注浆材料采用纯水泥浆(w/c＝1.0)，地下水大时采用水泥-水玻璃浆，其参数为：水泥浆/水玻璃＝1:0.8(体积比)，水泥浆w/c＝1.0，水玻璃模数m＝2.6，浓度35-40be'，注浆压力0.5-1.0mpa；如圈岩裂隙较不发育，整体性较好，则采用水泥砂浆(w/c＝0.5-0.8)，以充填导管孔，注浆水泥的强度等级为42.5。
87.可选的，如图8所示，小导管100的外插角α为20～22
°
。
88.在本技术一实施例中，步骤s106：由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板时，分瓣式机械一体化滑模法中的液压滑升模板为二次衬砌和中隔板一体化模板。本技术采用竖井衬砌采用分瓣式机械一体化滑模衬砌施工，具有如下特点：
89.(1)采用分瓣式整体钢结构模板与“开”型钢架，井壁衬砌与中隔板衬砌可同时滑模成型，实现滑模机械一体化。
90.(2)实现连续不间断施工，模板定位、调整方便，施工速度快。
91.(3)通过控制施工中心线和施工边线确保其垂直度，衬砌实体、外观质量优良。
92.可选的，由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板时，井身二衬为单侧滑模施工，中隔板为双侧滑模施工。
93.在由井底自下而上采用分瓣式机械一体化滑模法施作井身二衬以及中隔板时，主要包括如下施工步骤：
94.步骤(1)：分瓣式机械一体化滑模系统组装；
95.步骤(2)：钢筋绑扎
96.步骤(3)：分瓣式机械一体化滑模系统调试；
97.步骤(4)：混凝土浇筑；
98.在混凝土浇筑过程中，严格按照分层、平起、对称、均匀地浇筑混凝土，各分层浇筑的间隔时间，不得超过允许间隔时间，每次浇筑高度控制在300mm。
99.振捣混凝土时，不得将振捣器触及支撑架、预埋件、钢筋、模板，振捣器插入下层混凝土的深度，宜为50mm左右，模板滑动时严禁振捣混凝土。
100.另外，在浇筑混凝土过程中，应及时把粘在模板、支撑杆上的砂浆、钢筋上的油渍和被油污的混凝土清除干净。
101.步骤(5)：分瓣式机械一体化滑模系统中的滑模模板滑升；
102.滑模模板滑升过程中，混凝土浇筑后必须露出最上面一层水平筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层水平钢筋基本呈一水平面，上、下层之间接头要错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头需错开，安装垫块确保保护层。
103.另外，每次滑升高度可与浇筑厚度相适应，或与横向间距一致。
104.步骤(6)：爬杆接长与钢筋绑扎；
105.爬杆在同一水平内接头不超过1/4，第一套爬杆应有4种以上规格，错开布置。正常滑升时，每根爬杆长3.0m，要求平整无锈皮，当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，应接长爬杆，接头对齐，不平处用角磨机找平，爬杆同环筋相连焊接加固。
106.步骤(7)：滑模模板检查以及校正；
107.井身二衬混凝土表面平整直接关系送、排风效果，是关系的结构外表和保护层质量的工序。因此，滑模模板脱离混凝土表面后，需要对裸露混凝土表面进行检查和修饰。对于一般的蜂窝、麻面情况应采用细砂砂浆进行抹平修正；对于较大的坑洞应立即凿除，并采用同标号混凝土填充抹平，同时应注意混凝土浇筑质量和振捣过程控制。
108.另外，为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在滑模底部设环向洒水管对混凝土进行养护。
109.循环步骤(4)-步骤(7)，直至井身二衬以及中隔板施工完毕。
110.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
111.本技术中涉及的装置仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些装置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
112.还需要指出的是，在本技术的装置和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
113.本技术提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者
使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
114.以上所述仅为本技术创造的较佳实施例而已，并不用以限制本技术创造，凡在本技术创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术创造的保护范围之内。