竖井开挖方法示意图
浅谈反井钻机扩挖大口径竖井施工技术
浅谈反井钻机扩挖大口径竖井施工技术摘要：新八达岭隧道八达岭长城站通风竖井施工中采用了反井钻机施工大口径深竖井，合理利用既有洞室或隧洞开辟空间形成反井钻头安装空间及出渣作业空间及通道，利用反井钻机成孔。
有效利用反井钻反钻孔道作为出渣通道，方便施工的同时缩短作业循环时间。
根据结构物结构尺寸、地理位置等合理配置施工机械，最大限度满足安全、质量、进度、效益、文明施工及环保要求。
关键词：隧道；竖井；反井钻机；扩挖引言竖井是铁路、公路及水电隧道施工中常见的一种辅助坑道，也是地下工程常用的通风井，其施工常采用人工正井法、吊罐法，人工配合机械开挖、出渣。
常规施工方法所需劳动力多，劳动强度高，机械化程度低，尤其在大口径深竖井施工中就显得尤为捉襟见肘。
反井钻机是一种新型竖井施工机械，在实际施工的运用较少，而其在高速铁路隧道大口径深竖井施工中的应用更是少之又少。
新八达岭隧道八达岭长城站通风竖井施工中利用反井钻施工大口径深竖井，本工法是在常规竖井施工方法的基础上采用三步进行：一、在隧道内竖井正投影位置处施做横通道，以保证反井钻机钻头安装空间足够；二、利用反井钻机自上而下钻设导孔，并安装反井钻头进行第一次扩挖；三、人工配合机械采用爆破法进行二次扩挖，形成竖井开挖断面。
施工中利用反井钻第一次扩挖的通道使渣土自然落至井下横通道内，再由出渣车辆运至指定场地。
该工法在本工程通风竖井施工中有效解决了施工效率低、机械化程度低、劳动强度大等问题，与常规的竖井正井法施工相比，具有安全风险低、施工管理成本和直接成本都有降低等优点。
1.工程概况新八达岭隧道：起迄桩号为 DK59+260～DK71+270全长约 12.01公里。
隧道并行一次水关长城及两次穿越八达岭长城，两处浅埋位置为下穿京张铁路和石佛寺村，隧道最小埋深4米，隧道最大埋深432米。
八达岭长城站（地下站）：车站里程为 DK67+815～DK68+285，总长470米，分站台层、站厅层、进出站通道。
竖井开挖
竖井开挖1、土方开挖竖井采用倒挂井壁法施工，竖井平面分为四个部分，竖向分层开挖，采用顺序开挖，当一个区域开挖完成后再进行下一区域的开挖。
开挖土方采用采用小挖机（中风化和微风化岩层采用爆破）开挖。
碴土由提升设备直接提升至地面临时堆土场，再外运。
竖井平面分块见竖井井身平面分为四个部分的原则，逐层向下开挖。
开挖循环进尺根据格栅钢架间距: 0.5，为了便于格栅钢架安装，开挖时往下超挖0.1m左右，安装时采用方木调平。
循环开挖完成后及时施做初期支护。
在开挖过程中如有地下水渗出，在竖井开挖面设置集水坑，利用抽水机将集水坑集水抽水。
集水坑超前开挖面1.0m，随开挖面向下开挖而下移。
2、石方开挖竖井地质为中风化和微风化花岗岩时，采用爆破开挖，爆破采用分部、多段微差微震爆破开挖方式，掏槽方式为浅眼楔形掏槽；横通道处于中微风化岩层地段，采用台阶法微差微震爆破开挖。
一、爆破计算见爆破专项方案二、安全和防护措施方案爆破地震波、飞石、冲击波、爆破噪声、粉尘和有害气体“六大爆破公害”以及在爆破施工中，机械废油及其它可能产生的建筑垃圾，对环境所造成污染，必须引起高度重视，并纳入爆破施工日常工作中，使有害效应减少到最低程度。
三、爆破施工安全管理1）爆破工序开工前，要进行书面安全、技术交底，并讲解安全技术操作方法，预防事故措施和劳动保护要求；交底内容除包括各项安全技术措施外、围岩类别、炮孔种类及数量，装药结构、炮孔堵塞方法、季节性特点的安全生产事项。
2）严格遵守《民用爆炸物品安全管理条例》的规定，按照《爆破安全规程》进行爆破施工。
3）严格按业主及公安机关批准的作业时间内进行爆破作业。
4）爆破物品的存储、运输、使用严格按照广州市公安局关于对爆炸物品的有关规定执行，爆炸物品管理员负责对爆破物品的专门管理，施工队由专人领取，领取使用应进行登记，未用完的及时退库，现场不存放、不遗留爆炸物品。
5）爆破警戒必须统一指挥，配备足够的联络工具。
竖井施工
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(3)冻结段井筒掘砌
采用冻结法施工，井筒的开挖时间要选择适时， 即当冻结壁已形成而又尚末冻至井筒范围以内时最为 理想，此时，既有利于掘进又不会造成涌水冒砂事故。 但是，在冻结井筒掘进过程中很准保证处于理想状态， 往往整个井筒被冻实，对于这种坚硬的冻土也耍采用 钻眼爆破法进行掘进，有条件时也可采用冻土掘进机 掘进。
帮距不超过1.2m），然后用井圈、背板临时 支护，掘一小段后（一般不超过30m），再 由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井 壁。如此，周而复始，直至基岩。这种方法 适用于较稳定的土层。
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2．吊挂井壁施工法
用于稳定性较差的土层中的一种 短段掘砌施工方法。段高一般0.5～ 1.5m。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。为 了防止井壁拉裂或脱落，在井壁内设 置钢筋。
沉井法，就是在设计的井筒位置上构筑带刃脚的沉井井
壁，而后在其保护下挖土，井壁随着掘进面下沉，同时在地
面上相应地砌筑接高井壁。这种沉井方法通常称做沉井法。 为了增加沉井的下沉深度，可采用在沉井上加外荷载
的办法使之强制下沉，这种沉井方法通常称做强制沉井。 从施工情况来看，泥浆护壁淹水沉井法具有很大的优
越性，在国内外用得都比较成功。
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3．简易井架与小绞车提升。 从简易井架的外形可分为人字形、 帐幕式、一面坡、龙门架等几种。 它们配以小绞车和小吊桶，可用于 井筒深度在20～50m范围内的表土 施工。
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4、标准凿井井架。
第十一章-(3)竖井设计与施工
立井井筒的组成自上而下可分为：井颈、井身和井底 三个部分(如图所示)。
井颈的深度可为浅表土的全 厚，也可为厚表土深度的一部分, 一般为15～20m。
井颈部分的井壁不但需要加厚， 而且通常需要配有钢筋。
井颈以下至井底车场水平的井 筒部分叫做井身。井身是井筒的主 要组成部分。
井底车场水平以下部分的井筒 叫做井底。
第二节 井筒断面设计 一、立井筒断面设计
㈠立井井筒断面布置形式 立井井筒横断面形状有圆形和矩形两种。我国
煤矿立井井筒横断面都采用圆形。
井筒横断面布置应力求紧凑，也要保证必要的 安全间隙，以达到既经济合理又安全的目的。
由于井筒的用途和所采用的设备不同，井筒横 断面布置方式是多种多样的。
刚性罐道的布置方
井筒断面尺寸主要指井筒直径。根据选定的井筒 横断面布置方式，提升容器的规格和数量。罐道规格、 梯子间和管路电缆间的尺寸，以及根据预选的罐道梁 型号和有关的安全间隙确定井筒净直径。
1．井筒直径确定步骤如下：
1)根据井筒用途和所采用的提升容器，选择井筒装备的 类型，确定井筒断面布置形式。
2)根据所选用的井筒装备类型，初步选定罐道梁规格和 罐道规格。
2)冻结 (1)制冷过程 整个制冷过程包括三个循环系统，即氨循 系统、盐水循环系统和冷却水循环系统，如图11-21所示。
-25~-35
80~120
16~20
(2)冻结方案
冻结方案有一次冻全深、局部冻结、差异冻结和分期冻 结等几种。
一次冻全深方案的适应性强，应用广泛；
局部冻结就是只在局部涌水部位进行冻结；
定，也可以按经验选择，如表12-2所示。
罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋
入井壁和用锚杆固定两种。
隧道构造与施工备课课件 第九章： 辅助坑道
平导
120-180m 120-180m
通坑布置示意图
反向 横通道 40°-45°
5 平导施工
➢ 开挖：与隧道相同 ➢ 出渣：采用有轨运输 ➢ 支护：锚喷支护，与隧道相交处应加强支护； ➢ 衬砌：一般可不修筑衬砌。当考虑作为永久通风
道或泄水洞时应作衬砌 。
北天山隧道洞口
辅助坑道类型
1、横洞 2、平行导坑 3、斜井 4、竖井
辅助坑道作用
作用
选择依据
✓开辟新的工作面 ✓加快隧道施工速度 ✓改善施工条件 ✓缩短工期
• 根据隧道长度、施 工工期、地形、地 质，水文条件，结 合运营期间通风、 排水防灾的等需要
，通过技术经济必
选确定
9.1 横洞
1 适用条件
✓ 隧道较长，受工期 限制需要增加工作 面；
✓ 洞口难以施工时。
2 技术条件
✓ 交角 ：正交、斜交40~45 0
✓ 长度：1/7~1/10正洞长度 ✓ 纵断面：从洞内向洞口为下坡
0.3% 。 ✓ 横断面： 单车道、双车道
3 横洞施工
✓ 开挖 ：与一般隧道相同； ✓ 支护：只做锚喷支护，与隧道
相交处应加强支护；
✓ 衬砌：一般不做，如果作为运 营通风口时，需要做衬砌。
➢ 安全措施：
提升速度、提升绞车带有防过卷装置、井口挡车器、声 光电控制；车辆带有短绳保险装置等。
9.4 竖井
一、竖井的设计要点
• （一）竖井的位置选择 • 竖井应设在较低处或沟谷的两侧，防止洪
水危害。 • 竖井可设在隧道一侧，与隧道净距
15m~25m。
• （二）竖井的断面
• 圆形：受力条件好，能承受较大的围岩侧 压力；但断面利用率低，开挖、支撑及衬 砌比较困难。
阳蓄电站超深竖井开挖支护施工关键技术
- 83 -工 程 技 术１ 工程概况阳江抽水蓄能电站高压隧洞主要由上平洞、上竖井、中平洞、下竖井及下平洞组成，水道承受的净水头800 m，动水头1 108 m，是目前国内核准建设单机容量最大、静水头最高、埋深最大的蓄能电站。
竖井如图1所示。
图1 竖井示意图上平洞中平洞下平洞上竖井（382 m）下竖井（385 m）施工支洞其中上竖井总长382 m，下竖井总长385 m，均为花岗岩，开挖直接8.9 m/8.7 m，衬砌厚度0.6 m/0.5 m，衬砌后直径7.5 m，采用正井法进行施工。
竖井开挖支护的精准贯通、安全管控及防堵井等问题亟待解决。
２ 工程施工存在的难题２．１ 竖井深度大，导井贯通精度要求高如果按照规范允许偏差1%进行控制，反井钻机导孔将偏出设计轮廓线，造成大量的超挖超填工程量，施工成本急剧增加，后续施工困难且安全风险非常高。
２．２ 岩石强度高，反井钻机受力大岩性均为花岗岩，实测岩石强度平均为114 MPa，加之竖井深度大，反井钻机在反拉过程中受力较大，极易造成钻杆的断裂或设备的损坏。
２．３ 地质条件复杂，施工困难竖井发育有多条断层，最大断层带宽为5 m，且渗水现象较为突出，在施工过程中容易造成卡钻及导孔偏斜的影响，这给反井钻机纠偏操控带来了巨大的挑战。
２．４ 作业空间狭窄，提升系统布置需要进一步优化竖井开挖支护作业属于有限作业空间，施工通道布置、材料运输困难。
且竖井为90°弯管，提升系统布置需要兼顾开挖支护、衬砌、灌浆及抗侵蚀材料涂刷等多道工序，且竖井深度大，如何确保人员、材料运输困难，需要在提升系统通用性、防坠性能、防旋转设计、可靠性及便于维护等多个方面进行优化提升。
３ 关键技术３．１ 超深竖井导孔精准控制技术通过不断的研究及考察，结合矿山及石油行业钻机特性，采用定向随钻纠偏测斜技术施工导井。
定向钻机参数见表1。
表1 定向钻机参数ＤＬ４５０Ｔ定向钻机参数项目参数电动机功率额定转速／（ｋＷ／ｒｐｍ）１３２／１ ４９０最大顶力／ｋＮ ２７０最大回拖力／ｋＮ４５０最高转速／ｒｐｍ８２最大扭矩／（Ｎ·ｍ）２１ ８２４入射角／°５５￣９０动力头最大顶进／回拖速度／（ｍ／ｍｉｎ）１０．９／６．８２机重／ｔ１０ ｔ外形尺寸／（长×宽×高）５９９９０×２６２０×２５２２定向随钻纠偏测斜技术原理包括2个：1）利用随钻测斜仪的脉冲发生器将探测的数值发送至地面计算机进行编码。
【专业知识】竖井工程开挖与安全支护
【专业知识】竖井工程开挖与安全支护1、概述竖井工程开挖从目前水电系统常用的方法讲，一般先打竖导井，很少全断面正井法开挖。
竖导井有两种施工方法：一种是正导井施工法；另一种是反导井施工法。
都是先打成竖导井以后，在从上往下扩挖，井渣从遂洞运走。
2、导井开挖方式有反井钻机的竖导井开挖，是先用反井钻机打竖导井，导井直径1.2~2.0m，打成竖导井以后，在从上往下边扩挖边支护，是速度快的竖井开挖方式。
没有反井钻条件的，使用手风钻，也是先打竖导井。
2.1、采用正导井施工法的，要根据竖井的地形分贴山体明挖后打露天井的地形和在洞子打遮蔽井的地形。
打露天井，一般表层围岩比较破碎，容易风化变形，这在竖井开挖工程中比较常见。
针对这一常见现象，在竖井扩挖前，先机械开挖井口表层围岩3-5m深，最好从设计上就考虑向开挖线外多挖50-60cm，把锁口的钢筋混凝土放到开挖线以外，即锁口后的混凝土面与开挖面齐平，并在井口混凝土面设置控制点，竖井扩挖吊线控制开挖体型尺寸，并在井口安装安全防护栏网和起吊设备结构件。
起吊设备要在竖井扩挖前安装，起吊设备的功能要综合考虑竖井开挖、混凝土浇筑、闸门安装及二期混凝土浇筑的整体使用功能，最好是轨道型移动式的。
具备从井内到井外、井外到井内的装卸建筑材料的功能。
起吊设备安装调试正常后，打正导井有了出渣手段，但施工用水、地下水在导井中要有出路。
给施工用水、地下水找出路的一般做法，是用地质钻机在竖井中心位置打孔，水从钻孔流出，该孔可改善爆破效果，创造临空面。
竖井锁了口，装了防护栏网，有了提渣手段，水有了出路，就具备了正导井开挖的条件。
用手风钻打竖导井，直径最好打2.0m，2.0m直径的竖导井，打钻出渣作业方便。
同时为竖井扩挖创造了极为有利的条件。
无论是平面开挖，还是溜斗形状错数台扩挖，都不怕大石块堵导井。
能深孔钻爆，扩挖起来就非常快。
竖导井的形状：以圆井为佳。
圆井自身稳定能力强，有利于竖导井开挖安全。
导井开挖不同于竖井扩挖，特别是I类破碎围岩上的导井开挖，要边开挖，边及时素喷混凝土5cm左右，辅助围岩自身稳定，确保围岩不变形、不散落。
竖井劈裂开挖施工工法
竖井劈裂开挖施工工法竖井劈裂开挖施工工法一、前言竖井劈裂开挖施工工法是一种常用于建筑施工中的开挖方法。
它通过使用特殊的机具设备和采取相应的技术措施，能够高效地进行井身的开挖，提高工程进度和质量。
本文将介绍竖井劈裂开挖施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点竖井劈裂开挖施工工法的特点主要包括以下几个方面：1. 高效快速：该工法利用特殊的机具设备，使得井身开挖速度大幅提升，工程进度得到保证。
2. 施工质量好：采用该工法，能够精确控制井身的开挖尺寸和形状，从而保证施工质量。
3. 对现场影响小：由于采用机具设备进行开挖，减少了人工劳动和爆破挖掘的使用，使得施工现场对周围环境的影响大大减小。
4. 适应性强：竖井劈裂开挖施工工法适用于多种地质条件，并且可以根据具体情况进行调整。
三、适应范围竖井劈裂开挖施工工法适用于以下情况：1. 地下井身开挖：无论是建筑物的地下室还是井筒等地下结构的开挖，都可以采用竖井劈裂开挖施工工法。
2. 地下管道施工：该工法适用于地下管道的开挖和铺设。
3. 施工现场狭窄：如果施工现场狭小，无法使用传统的开挖方法，竖井劈裂开挖施工工法可以提供一种有效的替代方案。
四、工艺原理竖井劈裂开挖施工工法的工艺原理是通过使用机具设备在地下进行锚固和切割，实现井身的劈裂和开挖。
具体来说，该工法的实施步骤包括以下几个部分：1. 锚固：使用专用设备将锚杆或支撑系统固定在地下，以确保施工安全和稳定。
2. 切割：使用锯片或其他合适的切割工具进行切割，使得地下岩石或土壤劈裂开来。
3. 井身开挖：通过削减切割后的地下物质，实现井身的开挖。
4. 清理和处理：清理开挖的地下物质，并进行相应的处理。
五、施工工艺竖井劈裂开挖施工工法的施工工艺主要包括以下几个阶段：1. 确定施工方案：根据具体工程要求和地质条件，确定施工方案和工艺流程。
2. 锚固设备安装：根据施工方案，安装锚杆或支撑系统，以确保施工安全和稳定。
煤矿立井施工(PPT41页)
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（3~4m）} 后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。
50～60年代，立井施工作业方式以短段单行作业为主，掘砌段高一 般30m（不是一次性）左右，用挂圈背板作临时支护，料石砌壁。
为了减轻笨重的体力劳动和提高砌壁质量，60年代后期井壁结构改 为混凝土，用分节小模板支模。
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。
04吊盘固定装置 （吊盘定位丝杠）
第三节 立井井筒的施工工序
立井井筒施工工序分三步：
表土段掘进 ❖ 第一步：立井井筒掘进
基岩段掘进
形成地下空间
普通法 特殊法
“三步” 是从大方 向上说
❖第二步：砌壁工作
永久支护
❖第三步：安装工作
安装井筒装备（不讲）
课程主要讲普通法掘进、永久支护（第一、二步）
第四节 立井井筒施工
三 第三阶段：混合作业
70年代末期，液压滑模（没见过）得到了成功应用。由于单行作业 存在着工序转换时间长和质量差等问题，作业方式逐渐过渡到混合作业。
目前普遍采用伸缩式金属整体移动式模板，作业方式还是混合作业。
混合作业的特点是不需临时支护，掘砌可以适当地平行作业，使掘 砌工序在同一循环内完成，工序转换时间少，施工速度快，而且安全。
3.立井施工
2023年12月28日星期四
《地下工程讲稿》
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图3-4 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
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《地下工程讲稿》
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3.2.2.3 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。
《地下工程讲稿》
横梁 电动葫芦
钢管立柱 斜撑 竖井
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图3-8 简易帐幕式井架 1-天轮；2-300×300×2000mm方木；3-螺栓；4-木锁口梁；5-基础
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《地下工程讲稿》
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3.4 装岩与排矸
1.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）
2023年12月28日星期四
《地下工程讲稿》
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3.2.4 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