淺析水利工程豎井施工技術

張生林

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730000）

1 工程概況

泉州市惠女至菱溪黃塘引調水工程C2A 標段輸水隧洞輸水線路總長9.8 km，共有4 個工作區，3條支洞和1 條豎井。豎井位于泉州市泉港區國有筆架山林場，工程位置為輸水隧洞樁號ZL16+920 處，由于該區域支洞征地條件達不到，故在該區域空曠平地處設置豎井一個，用作隧洞上下游開挖的出渣垂直運輸通道。豎井工作區上游洞挖任務為4.6 km，下游為2.2 km。該豎井深度182.52 m，斷面采用圓形斷面，開挖斷面半徑3.15 m，襯砌厚度0.4 m，采用隨開挖隨支護原則，在圍巖破碎區域隨機設置錨桿支護，間距1.5 m，梅花型布置，深度3 m[1]。

2 施工方法

2.1 豎井結構

豎井井口設現澆鋼筋混凝土鎖口圈梁，井身隨開挖、隨襯砌。豎井井身采用手風鉆鉆孔，石渣由抓巖機配合人工裝渣，然后由渣桶吊運至豎井口平臺卸渣，再由挖掘機配自卸汽車出渣。井身襯砌混凝土采用豎井滑模自上而下、緊跟開挖進行襯砌施工。混凝土由現場拌制，由機動翻斗車運輸至井口，經負壓溜筒輸送至澆筑部位，附著式振搗器振搗密實。

2.2 豎井設備及輔助系統

豎井主要由井架和絞車組成，配套提升卷揚機組和其他設備，豎井井筒內布置一套提升系統，2 個3 m3吊桶，1 臺HZ-6 型中心回轉抓巖機，一趟壓風管，一趟安全梯，一趟￠600 膠質風筒，風筒及壓風管采用井壁吊掛。豎井設備平面布置如圖1 所示。

2.3 豎井設備選型和安全計算

根據井身技術狀況，選用IIIG 型鋼管井架，溜渣槽傾角為38°～40°，該型井架的有關參數如表1 所示。

表1 井架參數

圖1 豎井平面布置圖

2.3.1 主提升系統的選型計算 根據允許承載和實際荷載計算能滿足施工要求的數據。有關絞車的計算數據如下：提升鋼絲繩地面懸垂高度為25.970+0.3+1.5+0.63=28.4 m；鋼絲繩最大懸垂高度為H=180+28.4=208.4 m，取209 m；根據現場實際情況，提升機主軸中心至鋼絲繩懸垂點間距取b=40 m。

2.3.2 豎井懸吊鋼絲繩、穩車、天輪選型 選用吊盤采3 繩懸吊，配套JZ-10/600A 穩車3 臺，￠650 天輪6 個，其中3 個作導向用，金屬模板選用4.2 m 段高掘模板。

壓風系統風量計算如表2 所示。根據施工工藝和循環圖表，用風量最大時為打眼，同時風泵排煙。

3 豎井施工工藝流程

豎井施工工藝流程如圖2 所示。

4 豎井開挖和襯砌施工

4.1 井身開挖

豎井井身正式施工之前在井口處設立型號為IIIG 的井架當做提升設施，以鋼板或者型鋼為材料制作2 個容量為3 m3的吊桶，用來裝卸廢渣；運用人力掘進方式，石方依據巖層狀況可運用人力風鎬鑿挖的方法，如果碰到硬度較強的巖石，運用爆破的方法清除，循環進尺的距離為2 m，每個工作日完成兩個循環；土石方用型號為IIIG 的井架輔以裝碴筒運輸到井口處，然后依托座鉤完成翻渣作業，地表用汽車或者鏟車出渣，使用裝載機輔以具有自卸功能的汽車運輸到提前確定好的棄土場；每挖進1 m 都要采用恰當的舉措對井壁進行保護，若井壁層的穩固性不佳，應當減短護臂分節的距離，將護臂的高度調節為50 cm，如有需要，應當使用加厚型的護壁鋼筋，保證工程作業的安全；變頻機、抽水機、潛水泵完成排水作業；當豎井掘進距離超過15 m 之后應在井口處配置鼓風機，依托軟風管實現井內通風；一邊施工一邊觀察且繪制周圍巖石情況，及時剖析巖層的穩固性，繪制地質柱狀圖，確保作業安全。

表2 壓風系統風量計算

圖2 豎井施工工藝流程

4.2 豎井二襯施工工藝流程

運用YJM-4.2 m 將金屬模板砌壁向下移動，模板利用穩車進行懸吊，砼依托井口處的集中攪拌站制作完成，然后進入倉內，進入倉內的砼依托風動插入型振動棒進行振搗。

4.2.1 模板系統 模板系統主要由提升架、圍圈、模板、輻射梁等組成。其中模板包括2 種類型：特種模板和組合鋼模。圍圈的功能是幫助固定模板承擔橫向與縱向的負載，把荷載其分散到提升架與輻射梁等處。圍圈運用角鋼桁架型架構，斷面的規格是90 cm×50 cm。輻射梁混凝土側面的荷載大多依托圍圈分散至輻射梁處，由4 根以對稱方式布設的輻射梁承擔砼側面的壓力。提升架主要由鋪板與橫梁構成，周邊設置欄桿，在混凝土澆灌時使用[2]。

4.2.2 操作平臺系統 該系統由上端的受力料平臺、中心位置的操作平臺和下端的抹面平臺構成。受力料平臺包括梁、鋪板、立柱3 個部分。操作平臺主要使用木板制成，鋪裝到圍圈上，上端布設多種操作機器，是砼澆筑作業者的作業場地。抹面平臺在施工人員進行澆灌時使用，主要包括護欄、吊桿、腳手板、橫梁等部分，上面調到圍圈的桁架上，寬度為0.72 m。

4.2.3 液壓滑升系統 該系統為滑膜上的動力設施，主要包括油路、液壓千斤頂、控制臺、支撐桿等。爬桿是千斤頂向上爬升的通道，以型號為ф48×3.5 mm的鋼管制成，每根長度在3～6 m 左右，連接時同個高程上的接頭不低于25%，并且臨近支撐桿的接頭應當在不同位置，接頭的地方以絲牙連在一起。液壓千斤頂用穿心型楔塊千斤頂（QYD-60A），利用油壓實現油的供給與停止。液壓控制臺與油路系統用來供千斤頂運行且確保千斤頂油壓滿足要求。液壓控制臺大致包括壓力表、電動機、開關、溢流閥、油泵、換向閥等幾個部分。油路系統是將控制臺和千斤頂連在一起讓油液流動的通道，大致包括針閥、管接頭、油管、分液器等部分[3]。

4.2.4 滑模型式及面板選擇 依據供水隧洞豎井確定斷面的大小，把滑模設定為桁架型，使用一套滑模完成豎井的澆灌，選擇桁架組裝型。為讓重量減小、費用降低、功效提升，將小塊模板拼合為面板，面板厚度保持在3.5 mm 左右。

4.2.5 豎井滑模的安裝 依托豎井隔離平臺完成滑模的裝設，原料機械以懸吊的方式由井口運輸到平臺上。

5 安全管理

由于井架承擔了垂直運輸的任務，存在工作面交叉施工的影響，應該把控以下安全點：井口及時封閉，井內建立工作平臺；日常檢查設備的制動系統；做好操作間和工作面的信息傳遞工作；做好開挖和降水的準備；備用電源要1 備1 用。