竖井施工方法及结构要点

竖井是在隧道上方开挖的与隧道相连的竖向坑道。当隧道较长而某些地段埋深较浅，具备提升设备，施工中又需增加工作面时，则可采用竖井增加工作面。竖井深度一般不超过150 m，否则造价过高，施工也复杂，且效率低。当隧道设两个以上竖井时，其间距不宜小于300 m，应作经济性分析，以保证工程造价不致过高。竖井的位置、断面形状和尺寸，应根据施工要求、通风、是否作为永久通风道、造价等因素综合考虑确定。

1．竖井设计要点

竖井的位置以设在隧道中心线一侧为宜，竖井中心线与隧道中心的距离一般为15～25 m，其间用通道联结。如图10-1-5，竖井与隧道正洞的连接可采用单向垂直通道双联式或双向环形通道双联式。竖井承担正洞施工段落短、出渣量较少时，可采用单向垂直通道双联式；竖井承担正洞施工段落长，且要求快速施工时，可采用双向环形通道双联式，这种方式施工安全、对正洞施工干扰少，但通风效果差。

图10-1-5　竖井与正洞连接示意

竖井也可设置在隧道正上方，此法运输方便、提升较快、通风效果好、不需另设水平通道、造价也低，但施工干扰大、施工中不太安全、在竖井地段衬砌防水设施较难，故较少采用。

竖井的断面形状常用矩形和圆形两种。圆形断面的竖井利用率低，但施工较方便，且能承受较大的地层压力，并可留作隧道永久通风道。竖井断面尺寸根据提升能力、机具设备、通风排水等铺设的管道、安全梯等设备的布置以及安全间隙等因素确定，常用直径4～6 m的圆形断面（图10-1-6）。竖井较浅时，受力明确，可选择矩形断面。

竖井构造包括井口圈、井筒、壁座、井筒与隧道间的连接段、井下集水坑等部分（图10-1-7），井筒内应设置安全梯或其他升降安全设施。竖井为主洞出渣通道时，人行步梯与出渣通道宜设置钢筋混凝土隔离墙。

井口应设置防雨设施，井口的锁口圈应采用钢筋混凝土结构并应在井身掘进前完成，应高出地面0.5 m或浇筑环形挡墙，并做好井口场地排水设施；并应和下部井颈、井壁连成整体，作为井架基础时应与井架结构连成整体。井筒与井底车场连接处（称为马头门）应能满足通过隧道内所需的材料和设备的要求，应做模筑衬砌。壁座是为防止井壁下滑而设置的，竖井在一般地质条件下可不设壁座，但在井口段、地质条件较差的井身段及马头门的上端应设壁座，以扩散承受负荷，其间距视地质情况、施工方法及支护类型而定，一般为30～40 m。

竖井现均做永久衬砌，开挖面与衬砌之间的距离不宜超过30 m，衬砌厚度由设计计算确定，并不小于30 cm。

图10-1-6　竖井断面规划示例示意图（尺寸单位：mm）

图10-1-7　竖井主体结构

2．竖井施工要点(www.xing528.com)

根据地质及水文条件，竖井可采用钻爆开挖、下沉沉井等方法进行施工。施工中，在井口、井底需有必要的安全措施，以防施工时发生事故。井口要特别注意防洪，加强排水防洪设施。井口与井底间应设置联系用的通信信号设备。井口四周应设安全栅栏（高1.2 m）和安全门，通向井口的轨道应设阻车器。

（1）开挖与支护。

竖井施工方法有全断面开挖法和导井开挖法。全断面开挖法通常是自上向下开挖，条件许可时也有自下向上开挖的。导井开挖法是在竖井中先行开凿一个小口径先导孔，再扩挖竖井的施工方式，其开挖方式有正井（自上向下开挖导井）、反井（自下向上开挖导井）或正反井结合法。反井施工包括吊罐法、爬罐法、深孔分段爆破法、反井钻机法。导井与主洞贯通后，自上向下开挖竖井可利用导井由正洞出渣。导井不易塌孔，或者塌孔对施工影响不大时，采用导井法施工可提高工效、降低成本。

竖井支护应及时施作，井口段、马头门及地质较差的井身地段宜采用钢筋混凝土衬砌，衬砌分节宜自下而上进行，并按需要设置壁座安设锚杆。

竖井开挖钻爆施工时，井身开挖宜采用直眼掏槽，岩层倾斜较大且裂隙明显时可采用楔形或其他形式掏槽，有地下水时可采用立式梯台超前掏槽法。每掘进5～10 m应核对一次中线，及时纠正偏斜。竖井开挖应进行机械通风，降低有害气体浓度，作业环境应符合健康及安全标准要求。

（2）装渣与运输。

竖井装渣宜采用抓岩机或抓斗，出渣可采用井架吊桶或罐笼，井架宜采用龙门架。但出渣时应采取钢丝绳稳定、防过卷、防过放等安全保证措施。

竖井施工的垂直运输系统应进行设计和检算，竖井井架结构的荷载按下列两种组合进行计算：① 常荷载，应包括井架自重、附属设备重、提升悬吊钢丝绳的工作荷载。② 特殊荷载，应包括提升钢丝绳的断绳荷载、共轭钢丝绳的2倍工作荷载、50% 的风荷载。

采用罐笼提升时，罐笼提升应设置安全可靠的防坠器。凡兼作升降人员用的单绳提升罐笼，必须设置安全保险装置。罐笼提升时，深井宜采用钢丝绳罐道，浅井宜采用单侧布置的刚性罐道。罐笼提升的加速度值，升降人员时，不得大于0.75 m/s；升降物料时，不得大于1 m/s2。提升速度大于3 m/s的提升系统，应设防撞梁和托罐装置，防撞梁不得兼作他用。钢丝绳罐道应在井口和井底进出车处安设承接装置和一段刚性罐道。

吊桶提升所用的钩头连接装置应牢固，不得自动脱钩，并应有缓转器。吊桶沿稳绳升降时最大加速度值不应大于0.5 m/s2；吊桶在无稳绳段升降的最大加速度值不应大于0.3 m/s2。

工作吊盘的载重不应大于吊盘的设计载重能力。

竖井提升作业提升机械不得超负荷运行，并应有深度指示器、防过卷过速保护装置、限速器和松绳信号等。提升用的钢丝绳和各种悬挂使用的钩、链、环、螺栓等连接装置，应具有规定的安全系数，使用前应进行拉力试验，合格后方可使用，使用中应定期检查、修理和更换。不得超员、超载，不得人物混运，严禁用自动翻转式、底卸式吊桶升降人员。

提升机、罐笼、绞车应符合现行《矿井提升机和矿用提升绞车　安全要求》（GB 20181）和现行《罐笼安全技术要求》（GB 16542）的有关规定，并制定操作规程。

3．投料孔

在长大隧道工程中，如果隧道中间区段埋置较浅，且地表有场地，交通运输也较为方便，则可以考虑增设投料孔。投料孔可看作一种小断面简易竖井，用于向洞内投放砂、石材料甚至混凝土等。这样可以缩短混凝土运输时间，加快模筑混凝土衬砌施工速度。投料孔常采用大直径潜孔钻钻孔，用钻井的方法施作，其断面不需要太大，只要能够满足输料管的安装就可以了。投料孔常与斜井或竖井配合使用，以减少进料对斜井或竖井运输的要求，从而提高斜井的生产能力。需要时应作技术经济比较。