竖井施工方案.docx
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竖井施工方案
4.4.竖井的施工方案、技术措施、施工工艺和方法
4.4.1.概况
芨芨沟竖井设计为进口端通风竖井，井口断面为圆形，净空直径3米；井口顶面高程2930.93米，井底高程2615.93米，井身长315米。
竖井开挖5044m3；井身采用C20喷射砼支护，模筑砼衬砌，竖井衬砌1793m3；
竖井井身除地表附近为第四系地层外，其余绝大部分位于三叠系地层之中，由浅黄色、黄绿色砂岩、页岩夹薄层煤组成。
井身自上而下地层依次为粘质黄土层，厚2.53米；碎石土层，厚4米；砂岩夹页岩及薄煤层，软硬相间，节理发育～很发育，属较软岩及软岩，弱富水，厚308.07米。
。
。
。
。
。
4.4.2.总体施工方案
竖井采用钻爆法施工，自上而下边开挖边支护；HK-4中心回转式抓岩机装碴，卷扬机提升吊桶运输；开挖中采用吊泵排水；湿式砼喷射机喷混凝土支护，下行式金属模板模筑砼衬砌。
洞外采用8T自卸矿车运碴到弃碴场。
4.4.3.竖井快速机械化施工配套方案
为使竖井能够快速、安全、优质的施工，本着尽量提高竖井施工机械化程度的原则，配置竖井施工的各种机械。
竖井快速施工的机械化配套方案参见表4-XX。
4.4.4.竖井的施工工艺
竖井的施工工艺流程图参见图4-XX。
竖井快速施工机械配套表表4-XX
序号
设备名称
规格型号
能力
数量（台）
备注
1
环形钻架
φ3600（mm）
1
凿岩
2
抓岩机
HK-4
40m3/h
1
装碴
3
座钩式吊桶
Φ1320
2m3
2
提碴
3
翻碴装置
座钩式
1
4
自卸汽车
CZ141
5T
2
洞外运碴
5
主提升
2JK-3.5/20
6.6m/s
118.5t
1
提升设备
6
副提升
JK-2.5/20
4.7m/s
60.8t
1
提升设备
7
井架
拼装钢井架
1副
8
吊盘
双层
1
平台、保护
9
吊泵
80DGL-7-150
150KW
1
抽、排水
10
空压机
L-22/7
22m3/min
2
11
砼喷射机
TK-961
5m3/min
2
12
金属模板
MJY
1套
模筑衬砌
13
砼搅拌机
JSY500
12m3/h
2
砼施工
4.4.5.竖井的施工方法
4.4.5.1.开挖
竖井开挖采用钻爆法施工，环形钻架（与YTP-26HJ钻机配套使用）钻孔，直眼掏槽，光面爆破，视围岩地质条件，每排炮进尺1.5～2m，开挖后及时进行喷砼支护。
竖井开挖的炮眼布置参见图4-XX竖井开挖炮眼布置图。
爆破参数见表4-19炮眼爆破掺数表。
炮眼爆破参数表表4-19
开挖面积
钻孔直径
眼距
最小抵抗线
炸药直径
装药集中度
（m2）
（mm）
（cm）
（cm）
（mm）
（Kg/m）
12.57
40
50～70
70
22～32
0.15～0.45
说明：
表中小数值为周边眼的爆破参数，大数值为掘进眼的爆破参数。
4.4.5.2.开挖技术措施
4.4.5.2.1.环形钻下井安装前，进行地面预组装试验。
风水管路应通过压力为8×105pa的试压15min，不降压、无渗漏。
4.4.5.2.2.使用前，将环形形钻架水平对中，以保证打眼质量。
4.4.5.2.3.使用时作业面与环形形钻架间，环形形钻架与吊盘间设安全软梯，便于人员上下。
建立可靠的联系信号，防止吊桶降落损坏外伸跑道，和在井下发生涌水或其它事故时，保证人员设备安全。
4.4.5.2.4.钻眼结束，将环形形钻架提升至适当的安全高度，防止爆破损坏环形钻架部件、凿岩机具、风水管路等。
4.4.5.2.5.悬吊机具应保持完整无损，经常检查悬吊风动绞车制动装置是否牢靠，确保安全。
4.4.5.2.6.钻眼后进行吹孔，并用炮棍检查深度是否合格，合格后立即用木楔将炮孔口临时堵塞，以免碴子落入孔中。
木楔长约50cm，有水时应高出井底水面。
4.4.5.2.7.竖井装药采用串装法，即把几个药卷串在一起装入炮眼。
竖井内有水时，用防水药包或胶质炸药。
装药时，禁止在两个吊盘上进行其它作业。
4.4.5.2.8.竖井内运送起爆药包时，须将药包放在专用木箱中，不得使用底卸式吊桶，禁止同时运送起爆药包和炸药。
4.4.5.2.9.炸药装好后，立即按爆破设计堵塞炮孔。
炮孔堵得密实，可以提高爆破效果使掌子面爆得平整；若堵得不密实或不堵塞，则会使炮根段的岩石爆破得很碎，给清底及进一步施钻等下步工作带来困难。
4.4.5.2.10.起爆时，禁止使用火雷管、导火索起爆。
起爆雷管严格防水，起爆前要严格检查，以免出现瞎炮。
4.4.5.4.通风排烟
4.4.5.2.1风量计算
以工作人数计算：
需要风量87m3/min；
按洞内同一时间爆破使用的最大装药量计算：
需风量为53m3/min；
洞内无内燃设备，无须按内燃设备计算风量。
按井内最小风速验算：
需要风量：
113m3/min；
风机工作风量：
风筒直径600mm，百米漏风率1.5%，Q=PQ隧则Q=113×1.05=119m3/min；
4.4.5.2.2风量修正
竖井井口顶面高程2930米，风量应进行修整，修正按以下公式计算：
Q高=（760/516）×186=175m3/min；
4.4.5.2.3风压计算
竖井的摩阻系数取0.025，风筒直径600mm，管道内摩阻系数取0.021。
通风总阻力=风管段阻力+隧道段阻力,通过计算风压为945Pa。
4.4.5.2.4风压修正
竖井井口处空气密度取0.92kg/m3，海平面空气密度1.2kg/m3，修正后风压为1228Pa。
4.4.5.2.5风压选型
根据以上计算结果,选用JBT52-2型风机，风量145～225m3/min；风压500Pa～2400Pa。
风机布置在洞口外地面上，采用直径600mm的风筒向竖井内压入通风。
4.4.5.4.管、线路
竖井内的管、线路采用井内固定吊挂法，在井壁上打短锚杆，将各种管、线路靠近井壁固定。
参见图4-25井内管路固定示意图。
管线包括高压风管、高压水管、排水管、砼振动下料管、动力电缆、照明电缆、信号电缆、通风筒、吊桶喇叭口等。
参见图4-26，吊盘结构示意图。
4.4.5.4.井盖和吊盘
竖井井盖采用钢梁和木梁制作骨架，骨架上铺钢板。
骨架嵌在井口的井壁上。
井盖上设有井盖门及其他悬吊设备通过的孔口，井盖门在吊桶通过前开启，通过后关闭。
其他孔口不通过悬吊物应用盖板盖严。
当竖井作为施工竖井时，出碴采用罐笼，井盖上铺设钢轨，与井口运输轨道连接。
吊盘选用双层吊盘，由钢圈和钢梁做骨架、上铺木版组成，盘上布置通过吊桶、吊泵、安全梯和各种管线路的孔口，位置与井盖布置相对应；盘边设可伸缩的插销以固定吊盘的位置。
4.4.5.4.竖井出碴
竖井采用HK-4靠壁式抓岩机装碴，生产能力40m3/h；井内设吊桶，吊桶容积2m3，采用2JK-3.5/20卷扬机提升，提升速度6.6m/s。
井口设拼装钢井架及座钩式翻碴装置，碴提升至井口后，由自卸汽车运到弃碴场。
参见图4-27，井口拼装钢架示意图。
4.4.5.4.喷砼支护
竖井开挖后，要及时进行喷砼支护。
喷砼采用湿喷工艺。
当井深较浅时，将砼喷射机布置在井口地面上，喷射手在井下进行喷射。
井深较深时，将喷射机移至井内吊盘上，搅拌机仍设在井口，用砼振动溜管送料，湿喷机喷射砼支护。
参见图4-29井下喷射砼布置示意图。
4.4.5.5.竖井模筑衬砌
竖井井壁模筑衬砌混凝土，采用下行式金属滑模工艺，根据围岩稳定程度，每开挖2～5m后，进行模筑衬砌。
搅拌机设在井口，混凝土经漏斗、套管、输料管、缓冲器、活节溜筒输送到模板内。
为防止混凝土产生离析和堵管现象，混凝土的水灰比不大于0.65，坍落度用8～12cm。
为使灌注混凝土后能尽早进行爆破作业，混凝土内掺速凝剂。
下行式金属滑模主体在井筒圆周上，由上中下三个槽钢圈及立柱形成刚性支撑框架，框架上焊接钢板作为模板，滑模长3.5米，每板可浇筑3米左右。
滑模框架用钢丝绳悬吊在吊盘地面上。
模板下设单独悬吊的托盘。
下行式金属滑模工艺可以与工作面的开挖平行作业。
参见图4-30砼筑壁施工示意图。
4.4.5.6.竖井砼壁座
竖井井壁砼施工中，在第四系与三叠系的岩层分界处设砼壁座，砼壁座的形式参见图4-31竖井砼壁座形式图。
图4-31竖井砼壁座形式图
4.4.5.7.井内排水
工作面开挖临时集水坑，采用80DGL-7-150吊泵排水，也可以采用立式立式梯台开挖以便于及时排水。
参见图4-33立式梯台开挖剖面图。
图4-33立式梯台开挖剖面图
4.4.5.8.井底斜井段的施工
井底斜井段采用有轨运输，小型电动装碴机装碴，矿车运碴，提升容器由吊桶改为罐笼，将矿车推入罐笼后，再由卷扬机提升到井上。
4.4.5.9.进度指标
根据竖井施工的机械配套及综合生产能力，结合竖井井身段所处的围岩地质条件，竖井每月进度为55米。
4.4.5.10.竖井信号
竖井信号采用传统与现代技术相结合的原则进行布置。
首先，在井下布置音视频双功能电子监视器，连接到洞口值班房和井口信号员处，设专职人员全天不间断地通过监视器对井下情况进行监视，并通过井口信号员指挥升降机的操作。
传统的信号设施主要有电铃和色灯，凡罐笼或吊桶的提升、下降、慢行、上人、下人、运长材料、运炸药以及井筒的闭塞和开通，用明确的音响和色灯信号显示，并加设专用电话。
信号系统以井口为中心，在井口设总信号显示，在井口与井底之间和井口与提升机房之间分别设信号信号电缆及装置，用铃声、色灯、音视监视器联系井上、井下的作业。
凿井时在吊盘上加设信号机。
4.4.5.11.竖井安全设施
4.4.5.11.1.要保证提升装置上深度指示器和防过卷装置能正常工作。
4.4.5.11.2.当采用矿车出碴时，通向竖井的井口轨道设阻车器，防止车辆坠入井内。
4.4.5.11.3.罐笼提升时，罐顶设铁盖，罐底必须满铺钢板并不得有孔洞。
4.4.5.11.4.竖井井架天轮棚加装避雷针，利用钢井架角柱作为引下线，引下线设置两条。
防雷装置接地电阻超过10Ω时，应增加接地极。
4.4.7.竖井施工总体布置及规划
4.4.7.1.人员安排
本标段设竖井工程队，专业进行竖井的施工及管理。
工程队设管理人员18人，包括行政管理、施工技术、计划、财务、材料供应、劳动工资、办公室、后勤勤杂等人员。
施工队设掘进工班、临时支护工班、出碴清底工班、立模砌壁工班、机电工班等人员，共计98人。
竖井施工的劳力配置参见表4-26竖井施工劳力配置表。
竖井施工劳动力配置表表4-26
序号
工种类别
单位
井下工
地面工
在册
1
管理人员
个
18
2
掘进工班
个
14
4
22
3
临时支护工班
个
6
6
15
4
出碴清底工班
个
13
5
20
5
立模砌壁工班
个
10
7
21
6
机电
个
20
7
个
116
4.4.7.2.施工规划
根据竖井工期的要求，并根据现场平导的施工进度，竖井施工队安排在2004年5月份进场或提前，进场后先进行场地清理、临建设施修建、机电设备安装调试等工作，竖井的施工确保在平导掘进至竖井前三个月贯通。
4.4.7.2.1.临时占地和临时房屋
竖井施工临时占地1200m2，其中井口、井架及卷扬机占地400m2，生产及生活房屋、场地占地800m2。
参见图4-31
4.4.7.2.2.施工及生活用水
竖井井口附近没有可利用水源，通过现场踏勘，用汽车拉水是较为经济的方案。
因此，施工时，用水车从隧道进口拉水，供竖井施工及生活使用。
4.4.7.2.3.施工及生活用电
从乌鞘岭隧道隧道进口至竖井架设临时10KV电力干线6.0km，在竖井临时场地内设一台1600KVA变压器及配电房。
4.4.8.竖井优化方案
兰州至武威南段增建第二线建设项目，是国家开发大西北的战略中铁路部门实施的重要工程之一；尽早开通兰武第二线，将给开发大西北战略带来极大的积极影响。
而乌鞘岭隧道是兰武第二线的控制工期工程，因此，如何尽早开通乌鞘岭隧道也就成了本工程中需要首要解决的问题。
原设计方案中，竖井井筒直径3米，设置的主要目的是为了解决特长隧道的通风排烟问题，对隧道的工程进度无太多的帮助。
而由于工期的要求，隧道各项进度指标均较高，单靠平导独头掘进，工期难以有质的提高；因此，如果将通风竖井改为施工兼通风竖井，在平导和右线隧道中增加了工作面。
能够大大减轻平导施工工作面的压力，缩短工期。
4.4.8.1.具体方案
一旦竖井优化为施工竖井，则要解决三个问题：
一、施工竖井能够满足快速出碴；二、竖井本身的成井要快；三、竖井要尽早开工，尽早形成平导施工的工作面。
所以：
4.4.8.1.1.将竖井井筒直径由3米优化为5米。
其一，竖井井筒直径扩大为5米，可以进行双罐笼提升出碴，加快施工进度；其二，竖井井筒扩大为5米后，便于竖井本身的机械化快速施工，缩短竖井的施工工期。
4.4.8.1.2.施工竖井的井底由原设计的位置降低到与平导底板平的位置，便于平导内有轨运输，采用提升罐笼的方式出碴。
4.4.8.1.3.如果竖井优化为施工竖井，竖井施工队伍要尽早进场、尽早准备、尽早开工。
4.4.8.2.优化后竖井机械化快速施工方法
4.4.8.2.1.技术特点
4.4.8.2.1.1.合理配置机械化设备，实现快速施工。
4.4.8.2.1.2.施工各工序之间紧密衔接，实现正规循环作业。
4.4.8.2.1.3.井筒开凿后，立即进行永久支护，当井筒涌水量不大时，不需进行临时支护，节省临时支护时间和材料，既简化了施工工艺，确保了施工安全，又有利于加快进度，降低工程成本。
4.4.8.2.1.4.各工种实现专业化，按“滚班制”作业。
4.4.8.2.1.5.在地质条件允许的情况下，尽量提高每循环掘进进尺。
4.4.8.2.2.工艺原理
工艺核心：
“四大一深”。
即提升选用凿井专用“大提升机”，配“大吊桶”；出碴选用“大抓岩机”；凿井采用“伞钻深孔”光面爆破。
断面布置图参见图4-35，机械化配套示意图参见图4-36。
4.4.8.2.2.工艺流程及操作要点
4.4.8.2.2.1.工艺流程
4.4.8.2.2.2.操作要点
4.4.8.2.2.2.1.配备足够的提升能力满足快速施工的需要。
选用2JK-3.5/20卷扬机作为主提升，JK-2.5/20卷扬机作为副提升。
4.4.8.2.2.2.2.选用FDJ-6型伞钻，配YGZ-70导轨式高频凿岩机凿眼，优化爆破设计方案，在围岩稳定条件允许的情况下，尽量提高掘进进尺。
4.4.8.2.2.2.3布置两台HZ-6型中心回转抓岩机同时出碴，缩短出碴时间。
4.4.8.2.2.2.4采用MJY型整体金属刃脚下行模板，该模板脱模力强、刚度大、变形小、立模方便，由3～4台稳车悬吊，段高2～4m。
混凝土由混凝土搅拌站提供，强制式搅拌机拌料，混凝土输送管下料。
4.4.8.2.2.2.竖井机械化快速施工配套设备选型
参见表4-35竖井机械化快速施工配套设备表
竖井机械化快速施工配套设备表表4-XX
序号
设备名称
规格型号
能力
数量（台）
备注
1
伞钻
FDJ-6
1
凿岩
2
抓岩机
HZ-6
50m3/h
2
装碴
3
座钩式吊桶
Φ1650
3m3
2
提碴
3
翻碴装置
座钩式
1
4
自卸汽车
KB212
8T
2
洞外运碴
5
主提升
2JK-3.5/20
6.6m/s
118.5t
1
提升设备
6
副提升
JK-2.5/20
4.7m/s
60.8t
1
提升设备
7
井架
拼装钢井架
1副
8
吊盘
双层
1
平台、保护
9
吊泵
80DGL-7-150
150KW
1
抽、排水
10
空压机
L-22/7
22m3/min
2
11
砼喷射机
TK-961
5m3/min
2
12
下行式金属模
MJY
1套
模筑衬砌
13
砼搅拌机
JQ-1000
40m3/h
2
砼施工
14
罐笼
2#单层
2.2t
2
15
风机
JBT61-2
390m3/min
说明：
当竖井作为施工竖井，隧道施工出碴时，将提升容器由吊桶改为罐笼。
4.4.8.2.2.进度指标
按照优化方案，根据地质条件并结合类似工程的经验，竖井施工每月成井80米。
4.4.8.2.2.优化方案后的工期比较
优化方案后，竖井自2003年2月1日开始做施工准备；施工准备及设备安装调试时间为三个月，竖井自2003年5月1日开始施工，2003年8月底可以建成。
竖井建成后，立即承担左线平导的施工，每月综合平均进尺按80米考虑；平导自2003年4月1日进洞，（进洞里程为DK163+350）施工到竖井处（DK168+750）需29.4个月，则竖井承担平导施工的时间约为24个月，可承建平导1920米左右，可节约总工期9.6个月。
4.4.8.2.2.工程成本
竖井采取优化方案，需增加工程成本300万元。
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