高速公路大直徑豎井測量控制和設備選擇研究

賈朝舉

許昌廣蒞公路工程建設有限責任公司，河南 許昌 461000

1 施工方法分析

1.1 豎井開挖及初期支護

豎井開挖Ⅴ級圍巖采用一般挖掘機挖裝，個別較硬處采用風鎬挖松或鑿巖機鉆孔小藥量炸松后挖掘機挖裝；Ⅳ級圍巖采用手持風鉆打眼，非電毫秒雷管簇聯，火雷管起爆，周邊眼采取小藥卷間隔裝藥，以達到光面爆破的效果。

1.2 豎井二次襯砌及防排水

豎井襯砌采用砼拌合站機械集中拌合砼，自動計量，輸送帶送砼至井口卸入豎井投料管，經溜槽溜放至襯砌平臺人工對稱入模。

開挖至一定段高后，即進行上一段高的襯砌。而在上一段高內，在吊盤上自下而上進行襯砌作業，每節襯砌高度控制在3m，襯砌臺車采用液壓襯砌鋼模板臺車，提升機定位，激光指向儀對中，人工絲杠配合液壓頂桿調位和脫模，井壁先行施工，隔墻最后施工。襯砌鋼筋安裝時，預留隔墻搭接鋼筋。

豎井防排水采用全封閉防水設計，在初支表面鋪設300g/m2無紡布及1.2mm防水板，防水板背后按設計要求設環向排水管，滲水經環向排水管流入與之聯接的縱向排水管將水引排至聯絡通道中心水溝。施作防水板及排水管采取從下到上進行，灌注砼前按設計位置安裝縱向排水管，排水管用U形卡固定。防水板采用在井外加工場制成半成品，下至工作面鋪裝，接頭采用熱合技術焊接。

2 測量控制及導向方法

豎井在井外地面采用精密導線網控制，設置三個平面控制點，三個點設在互相通視，交通方便，地基穩定且能長期保存的地方。井內用垂線控制，并定期復測。

井筒開鑿前，通過施工范圍內較高一級三角控制基礎上加密測量平面和高程點，敷設井筒施工用十字中線，在井口標定井筒中心線。自井口往下施工時，用井口設置的專用測量小絞車纏繞彈簧鋼絲，井下懸掛20kg重錘在工作面投點測量井筒掘砌半徑。

為保證井筒施工測量導向精度，滿足施工要求，具體采用以下方法:

1）豎井中心和豎井十字中線，應根據豎井中心的設計平面坐標和高程，豎井十字中線的坐標方位角，利用設計院提供的近井點成果進行標定。標定豎井實際中心坐標和十字中線的坐標方位角按地面一級導線的精度要求實地測定。兩條十字中線垂直誤差應≤10＂。十字基樁點在豎井每側均不少于3個，點間距不少于20m，離井口邊緣最近的十字中線點距豎井的距離大于15m；

2）在固定盤上方1.2m處安置兩根工字鋼，將激光投點儀按已標設的豎井中心位置安在鋼梁上，以確保激光投點儀的穩定性；

3）利用釘于封口盤的特制中線牌子板定期對激光投點儀的位置進行檢查和校正；

4）使用激光儀導向，要適時利用激光管定位螺旋進行調整，使光斑規則，邊緣清晰。利用望遠鏡頭的改正螺絲，使光斑劃圈到最小程度；

5）每次打眼和穩模前，都應安排測量人員對激光投點儀進行檢查校正。必須將儀器精確整平，使水準器的氣泡在各個位置嚴格居中；

6）每隔一段距離要檢查在四個方向上光斑（取光斑中點）是否投在同一個點上，如偏差應即時校正，并每隔50m用垂球對光進行一次檢查和校正。

3 主要鑿井設備的選擇方法

根據總體施工方案，主要機械設備將分期分批進場，并按計劃進行安裝和調試，經驗收合格后方可使用，使用前每臺設備均應制定安全操作規程、安全管理制度和保養維修制度并掛牌上墻。

提升設備選擇及安裝∶

1）提升重量計算:根據工程實際情況，提升機主要用于人員、設備及物料上下運輸，載重量最大時為運輸挖掘機下井，重約12500kg，吊筒凈重700kg。

2）鑿井井架的選擇、安裝調試

麻崖子通風豎井與同類型通風豎井相比較，具有跨度大，深度較深的特點，井筒襯砌后直徑達到9.2m，深度達213m，根據這個特點同時兼顧井口與井身兩段施工設備相結合，本著高效、便于安裝的原則，選擇橋式龍門架作為鑿井主井架，跨徑為20m，起重重量為20T。

主井架拼裝完成后按照井筒施工要求，安裝提升卷揚機、制動裝置、減速器、深度指示器、過卷平臺、穩車、滑輪組等施工相關的提升配套設施。

3）提升吊桶的選擇

依據現有的提升機進行吊桶的選擇，現有提升機核定提升重量為20T，故選用1個4.5m3的吊桶（尺寸為2m×2m×1.5m）。

4）鋼絲繩的選擇及驗算

（1）鋼絲繩最大懸垂高度H0，單位m；

其中HSH-井筒深度；

HJ-井口水平至井架平臺垂高；

可得H0=213+10=223m

（2）提升荷重載Q，單位:kg

當提升物料時Q=Km×VTB×yg +0.9（1-1/KS）×VTB×ysh

Km-裝滿系數，取0.9；

VTB-標準吊桶容積，m3，取4.5m3；

KS-巖石松散系數，取1.8；

yg-巖石松散容重，千克/m3，取1500kg/m3；

ysh-水容重，千克/m3，取1000kg/m3；

根據計算:Q=7875kg

當提升設備時，最大設備重量為12500Kg，此時Q=12500Kg。

（3）提升鋼絲繩終端荷重Q0，單位:kg

其中:QZ－提升容器自重，當提升最大設備時，將吊桶暫時拆除。

Q0=12500kg

（4）鋼絲繩單位長度重量Pk，單位:kg/m

其中:

n-所用鋼絲繩的根數，在此取2根；

б-鋼絲繩鋼絲的極限抗拉強度，取1850Mpa；

γ-鋼絲繩的重度，取90KN/m3；

ma-鋼絲繩安全系數，《煤礦安全規程》對鋼絲繩安全系數的規定如下:提人≥9，提人、提物≥9，提物≥6.5，懸吊吊盤、水泵、水管≥6，懸吊風管、壓風管、混凝土輸送管和拉緊裝置≥5，懸吊安全梯≥9，穩繩≥5，在此處取ma=6.5。

根據計算Pk=2.12kg/m

（5）選擇直徑26.0mm鋼絲繩，其每米鋼絲繩標準重量PS0為2.468kg/m，

（6）安全系數校核

其中Qd-所選鋼絲繩所有鋼絲破斷力總和，47800×2=95600 Kg

鋼絲繩滿足需要。

5）操作穩盤構造及相關驗算

移動操作穩盤亦稱吊盤，當井身掘進達40m后就要在井內安裝，它既可用來保護井下掘進工人的安全、還是井筒支護的工作平臺。穩盤主要由型鋼組成，使用I18工字鋼作主梁，14號槽鋼作圈梁，根據井內鑿井設備布置的需要，使用I14工字鋼設副梁，并留出各通過孔口，其位置與井口蓋布置相對應，盤面鋪設4mm厚防滑網紋鋼板，盤的直徑比井筒初支直徑小20cm。為了便于穩盤移動，在穩盤四周均勻布設8個直徑40cm的橡膠輪胎，穩盤與井壁間的間隙用麻袋或膠皮堵塞。為了避免盤面因荷載不均而傾斜或翻轉，穩盤采用雙層結構，層距為5m，使用6根I14工字鋼將其聯結到一起。

在鎖口盤上距井筒中心3.5m的兩側各布設2根HW400×400mm型鋼用來安裝天輪，單根型鋼長度為8m，兩端頭打設φ22鎖腳錨桿使之與鎖口盤緊密連接在一起，設置2臺起重重量為8T的卷揚機用來提升穩盤。

（1）HW400×400mm型鋼驗算

承重荷載:

移動穩盤自重:7464Kg

穩盤上重物（含人員、電焊機、鉆機等）按2000Kg計

鋼絲繩重量:選用6×7（1+6）=42鋼絲繩，直徑26mm，每延米重量為2.468Kg/m，每根鋼絲繩長度215m，重530.6Kg，穩盤需兩根鋼絲繩提升，總重量為1061.2Kg。

型鋼自重:通過查閱《五金手冊》，HW400×400mm型鋼延米重量為172.3Kg/m。

單根型鋼承受荷載:（7464+2000+1061.2）/4+172.3*8=2631.3+1378.4=4009.7Kg。

根據簡支梁結構計算力偶M=Ql/4+ql2/8=2631.3×10×8/4+172.3×82/8=54004N·m

通過查閱《五金手冊》，HW400×400mm型鋼IZ=669000000mm4，b=400mm。

б容=140 Mpa

б=M·b/IZ=54004 N·m×400mm/669000000 mm4=32.3Mpa＜б容

型鋼滿足需求。

（2）鋼絲繩驗算

選用6×7（1+6）=42鋼絲繩，直徑26mm，鋼絲破壞拉力總和為478000N。

鋼絲繩安全系數是鋼絲繩全部鋼絲破斷拉力總和與鋼絲繩最大靜負荷的比值，《煤礦安全規程》對鋼絲繩安全系數的規定如下:提人≥9，提人、提物≥9，提物≥6.5，懸吊吊盤、水泵、水管≥6，懸吊風管、壓風管、混凝土輸送管和拉緊裝置≥5，懸吊安全梯≥9，穩繩≥5。

安全系數ma=Qd/Fzd=2×478000/[（7464+2000+1061.2）×10]=9.1＞6

鋼絲繩安全系數滿足規定。

（3）卷揚機的驗算

移動穩盤自重:7464Kg

穩盤上重物（含人員、電焊機、鉆機等）按2000 Kg計

鋼絲繩重量:選用6×7（1+6）=42鋼絲繩，直徑26mm，每延米重量為2.468Kg/m，每根鋼絲繩長度215m，重530.6Kg，穩盤需兩根鋼絲繩提升，總重量為1061.2Kg。

起重荷載:7464+2000+1061.2=10525.2Kg

卷揚機核定起重重量＞起重荷載

卷揚機滿足需求。

6）封口盤構造

井蓋也稱為封口盤，是防止從井口向下掉落雜物、保護井上井下工作人員安全的結構物，同時又是升降人員、上下物料、設備和裝拆各種管路的工作平臺。

封口盤以I18工字鋼為骨架、上鋪4mm厚防滑網紋鋼板作面層，骨架嵌入井口的鎖口盤上。根據井內鑿井設備布置的需要，使用I14工字鋼設副梁，并留出各通過孔口，其位置與操作穩盤布置相對應，封口盤各通過孔口主要有吊桶通過孔、挖掘機通過孔、中心測錘通過孔、吊泵通過孔以及其他管線通過孔。

吊桶通過孔位于豎井右線排風口位置，尺寸為3m×3m，孔口設置成喇叭口型，高度1.2m，并加蓋井蓋門，在吊渣時將井蓋門打開，不起用時關閉，以防人員、雜物意外掉落。

挖掘機通過孔與吊桶通過孔位于同一位置，尺寸為6.5m×3.5m，井蓋門與封口盤連接為一起，爆破后在出渣之前，將封口盤及操作穩盤上該部位的井蓋門打開，摘下出渣吊桶，使用主提升鋼絲繩將挖掘機由井口下放到井底，關閉井蓋門進行出渣作業，出渣結束后按同樣的順序將挖掘機提出井口。

7）罐道鋼絲繩的選用

罐道是提升容器的導向裝置，是豎向連接結構物，它消除了提升容器在上下運行時的橫向擺動，保證了提升容器的高速、平穩、安全運行。

鋼絲繩罐道是一種柔性罐道，上端固定在龍門架上，下端固定在井筒中吊盤上，與剛性罐道相比，具有結構簡單、安裝維修及更換鋼絲繩方便的優點。

（1）罐道鋼絲繩的選擇按照規范要求執行

（2）罐道的布置

鋼絲繩罐道布置于吊桶的單側兩角處，在龍門架上垂直于罐道的位置安裝2個天輪，在龍門架下方與罐道繩呈45°的方向安裝卷揚機。

8）卸渣臺的設置

豎井施工時，吊桶提出的渣石，要在地面轉卸入自卸車，然后運往棄渣場，為此在井口上方、提升吊桶通過處，設置卸渣設施用的卸渣臺。

卸渣臺支撐架采用φ180×10mm無縫鋼管，共布置4根，縱向間距為2.8m，橫向間距為3.8m，無縫隙鋼管設置在井口封口盤上，為保證該部位穩定，使用I18工字鋼斜撐于初支砼上。

卸渣槽為梯形斷面，底寬1.5m，上寬2.5m，高度1.2m，采用6mm厚鋼板制作，槽底和側幫使用I18工字鋼進行加固，并用角鋼補強。

為方便吊桶上下，位于吊桶以下部分的卸渣槽為可移動的，如圖所示，當吊桶提升至該位置時，將卸渣槽縱向推移，吊桶到過提升高度時，將卸渣槽推回到原位置，吊桶打開，將石渣卸下，運至棄渣場。

9）人員及小型設備的上下運輸吊桶

人員及小型設備進出井口主要依靠主提升卷揚機吊運，使用φ20及φ12的鋼筋分別焊接兩個長2.0m、寬1.5m、高1.3m的鋼筋骨架吊桶，當進行井下施工時，利用主提升卷揚機將人員和小型設備分別運送至井底，施工結束后再運送至井口或穩盤上。

[1]高光.盲豎井井位選擇的可行性研究[J].黃金科學技術，2006(5).