竖井是在隧道上方开挖的与隧道相连的竖向坑道。当隧道较长在覆盖层较薄的地段或不宜设置斜井、具备提升设备、施工中很需要增加工作面时,可采用设置竖井增加工作面、增加出渣与进料运输线路。
竖井深度一般不宜超过150m,否则,其工程造价过高,施工更复杂,并且施工与运输效率较低。当有两个以上的竖井时,其间距不宜小于300m。
其井口也不能设在被供水淹没处,井口位置标高应高出洪水频率1/100的水位至少0.5m,并要加强井口的防洪、排水措施。
竖井位置以设隧道中心线一侧为宜,与隧道的距离一般为15~25m之间。其间采用通道联通,施工安全、干扰少,但通风效果差。竖井也可设在隧道正上方直接联通,此方法出渣与进料运输方面快速,不需另设水平通道,通风效果较好,造价较低,但施工干扰大,施工不太安全。
竖井断面形状有长方形和圆形两种。圆形断面可以承受较大的地层压力,受力条件好,施工较方便,并可留作隧道永久通风道。
竖井的位置、断面形状与尺寸,应根据施工要求、所使用的提升机具大小、通风管道、排水管道设备的尺寸、是否作永久通风道及造作等因素综合考虑确定。多采用直径为4~6m圆形断面。
竖井施工方法,最为常用是自上而下单行作业法施工,并采用分段作业,完成一段后再进行下段作业。而自下往上的开挖方法必须以正洞已超前竖井位置为前提才能使用。两种施工方法比较,前者较后者为安全,但需要提升出渣,因而施工速度较慢,造价较高。后者施工方法的优点是可利用自由落体出渣,无须提升石渣,施工进度较快,造价较低。但后者向上钻炮眼、装药、爆破等均有一定的难度,施工安全措施亦应加强。
竖井构造包括井口圈、井壁、壁座、井筒与隧道间的连接段、井下集水坑等部分。井口段常处于松软土壤中,从地面往下1~2m(严寒地区至冻结线以下0.25m)应设置钢筋混凝土锁口圈。
当围岩较破碎时需修永久衬砌,开挖面与衬砌之间的距离不宜超过30m,衬砌厚度由设计计算确定,并不小于20cm。壁座是为防止井壁下滑而设置的,视地质情况及衬砌结构确定壁座间距,一般为30~40m。施工中井口与井底间应设置联系用的通信信号设备。
根据工程地质和水文条件,竖井可采用人工开挖或下沉沉井的方法进行施工。(www.xing528.com)
竖井施工开挖应符合下列技术要求:
(1)为了能用多台钻机打眼和降低爆破抛掷高度,减少对井筒设备的损坏,开挖宜采用直眼掏槽。为使开挖底面平坦,炮眼深度要求一致。有地下水时,应采用立式梯台超前掏槽法开挖。立式梯台开挖是将开挖面分成两部分交替向下掘进,每次爆破成上下两台,有利排水。钻好的炮眼,为防止流沙流入应将眼口临时堵塞。此外,爆破时因需将水泵等提起,就会暂时积水,为防止漏电应对连线绝缘加以保护。
图5-1-3 竖井
(2)每次爆破后应检查断面,不得欠挖。每掘进5~10m,应核对中线及时纠正偏斜。若采用自下往上开挖的方法,一般是先在地表面竖井中央钻一个直径为13cm的中心孔直至井底,又称主孔。该主孔可与地质钻孔相结合,精度要求较高,主孔用来穿挂悬吊由下往上开挖所用罐的钢丝绳。主孔壁要求光滑且坚固(在钻孔过程中可采用灌注水泥、水玻璃加固其围岩,并用水泥砂浆扫孔封闭)。另距主孔1.0m范围内再钻一个直径为10cm的副孔,作为通风和设置通信电缆及喷射混凝土输料管。
在地表处应平整场地,安装提升卷扬机。卷扬机和通过主孔的钢丝绳升降吊罐自下往上开挖导向。
(3)竖井开挖装渣宜采用抓岩机,其操作高度宜保持距开挖面3~6m范围内。抓岩顺序为有水时先抓出水窝,及时排水,以便使石渣露出水面,然后抓出桶窝,放置吊桶,以降低吊桶高度,缩小抓起落高度,达到减少装渣时间加快吊桶出渣速度的目的。
(4)竖井采用锚喷支护时,每次支护高度视围岩稳定程度而定。但随着竖井井深的增加,供水管内承压亦将加大,为使供水管内水压与风压相适应,保证喷射混凝土的质量,应在供水管上设置降压阀以调节管路水压。在竖井井口段、马头门及地质较差的井身地段,当采用混凝土衬砌时,应按需要设置壁座或打设锚杆,以增强井筒的稳定。
(5)竖井内应设安全梯和提升罐道,提升罐应有防坠设备。竖井提升设施的使用能力、安全装置的种类和组装、使用、保养过程中应做到的事项,应按有关规定及结合实际施工工作中的提升方式和各种设备,制定出实施性的操作、维修细则,才能达到安全施工的目的。
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