豎井開挖施工技術與質量控制研究

黃勝宏 吳巨雄 方濤

1.廣州開發區財政投資建設項目管理中心 廣東 廣州 510000 2.廣州市市政工程監理有限公司 廣東 廣州 510000

隨著現代基礎設施建設的不斷發展和進步，豎井開挖施工技術在市政工程中的應用越來越廣泛。豎井作為一種特殊的基礎設施，其開挖施工的質量對于整體工程的安全性和穩定性有著至關重要的影響。然而，豎井開挖施工受到多方面因素的影響，如地質條件、施工設備、技術水平等，使得其施工難度較大。尤其在當前市政工程項目建設日益復雜且建設要求越來越高的背景下，以豎井開挖施工技術來解決項目建設中的一些難題，能夠形成更妥善的施工方案。因此，實踐中對豎井開挖施工技術與質量控制進行不斷研究和探索，找到科學的施工技術路徑，對于提高豎井施工質量和安全性具有重要的現實意義。

1 豎井開挖施工方案

1.1 正井開挖

豎井開挖技術在各類工程中應用十分廣泛。正井開挖方案需要在井口地面布設好控制點，明確開挖位置和尺寸，采用自上而下的順序進行導井開挖，常用的開挖方式可分為人工和機械兩種類型。傳統的正井開挖方式為人工操作，采用手風鉆機進行人工鑿巖爆破，并人工裝渣，采用吊桶將爆破渣運出施工場地，通常操作量大，施工速度慢，人工成本高，并且安全風險高，需要采取復雜的安全保障措施。后來隨著科技發展，地質鉆機等各類機械設備逐漸投入使用，代替人力完成鑿巖爆破及清渣工作，從人工開挖模式逐漸轉為機械化開挖模式。機械化施工過程中，清運裝卸爆破渣通常利用抓斗完成，但由于相應的設備、技術仍有不足之處，清渣質量有待提升，對爆破渣的處理不夠干凈。

1.2 反井開挖

反井開挖是當前豎井施工中較常用的技術方案，也就是自下而上的順序進行鑿井，主要包括鉆井法、爬罐法和吊罐法等類型，其中鉆井法是當前礦山、水電站等區域進行豎井施工時應用最廣泛的反井開挖方式，主要借助反井鉆機自上而下挖出導孔，孔徑通常為216毫米，使孔洞與施工平洞聯通，然后再從下而上進行豎井擴寬施工，形成孔徑在1200毫米至1600毫米之間的豎井[1]。爬罐法則主要是通過爬罐方式自下而上進行鉆爆，并通過平洞機械將爆渣清運出去。這種技術具有開挖速度快、爆渣清運效率高等優勢，但也存在明顯的不足之處，主要體現在導軌故障率高，在施工過程中容易被破壞，需要頻繁返修，導致維修成本增高，而且由于無需鉆導孔，爆破施工時產生的煙霧難以排出，導致工作環境比較惡劣[2]。吊罐法則主要是將鉆機置于吊籠中，自下而上進行鉆爆，并通過平洞機械進行爆渣清運，其主要優勢在于開挖孔徑大，豎井直徑可達到2000毫米以上。

2 豎井開挖施工技術

2.1 施工機具

機械化是當前豎井開挖施工中的一個重要特點，不僅提高了施工效率，加快了工程進度，而且有效減輕了施工人員工作量和工作強度，人力要求較低，開挖施工的過程安全性也得到明顯提升，但大量機械設備的使用維護以及相關輔助技術的應用，使得正井開挖的成本隨之增高，并且大型機械設備進場，對施工場地及周邊道路具有更高的要求，使得道路建設成本也有所增加。豎井開挖過程中使用到的機器設備較多，包括地質鉆機、吊籠、卷揚機、交捻鋼絲繩、小型運輸設備等。由于吊籠需要兩人操作，操作人員要與井底值班人員保持溝通，因此還需配備低壓照明裝置、通訊裝置等。

吊籠由高強度鋼筋焊接而成，通常依據實際情況自行設計，選用直徑16厘米左右的鋼筋，格柵之間形成的孔洞面積要求不超過5平方厘米，吊籠頂部則設置厚度超過2.5毫米的保護鋼板，其上再鋪設一層膠墊，以防止鉆爆過程中掉落的石塊對吊籠內的人員造成傷害[3]。為了保證施工安全，吊籠具有較高的強度要求，焊接成吊籠的骨架必須符合強度標準，還需高度重視焊接質量，尤其在關鍵部位需要進行加固，以保障施工安全。此外，為了確保吊籠使用安全，在豎井中爆破前需將其移出豎井。卷揚機、小型運輸設備等主要用于對爆渣的清運工作，在傾倒、運送的過程中需注意保護周圍的各類機具。反井鉆機到金發采取反鉆進原理，以電機為動力，驅動液壓馬達，并傳導至鉆具系統，驅動鐮齒盤形滾刀發生旋轉、上下運動，對巖體進行沖擊、擠壓和剪切，達到破碎巖體的目的[4]。反井鉆機具有效率高、鉆進速度快的優勢，且無需進行爆破操作，甚至無需施工人員長時間停留在豎井內部，安全性更強，具有較高的應用價值，目前在豎井開挖施工中應用很廣泛。

2.2 導井施工技術

豎井開挖施工時極少采取全斷面正井法，所以大部分正井施工、反井施工技術都需要先打豎導井，施工過程中需要先挖出導孔，其作用主要有懸掛吊籠鋼絲繩、為施工區域通風、排煙排粉塵等，并為后續擴孔施工做準備。需要采用地質鉆機在豎井平臺上從上而下施工鉆孔，孔徑為150毫米，可在鉆導孔的同時進行水平洞施工，使其互相連通。為了保證導孔完全貫通，在施工完成后可通過泥漿泵向其中灌入洗井液，使其通過整條導井，然后由排水孔排出，既能檢驗導孔貫通情況，也能沖洗導井中的石渣，使其隨水流被排到排渣槽中。檢驗豎導井施工質量合格后即可進行擴孔施工。

2.3 豎井擴挖施工技術

豎井擴挖施工對于施工人員專業技術和施工經驗的要求較高，一旦鉆機開始工作，就很難直接測量到孔內的各項參數，大部分需要依靠經驗對孔內偏差進行控制。在實際施工中，需充分考慮巖層特點，依據巖層類型不同，調整擴孔施工的操作方式，調整主泵、副泵的轉速、壓力等參數，以控制鉆機工作速度。如何安全、高效地清運爆渣是豎井開挖施工中面臨的一個重要問題，為了提高清渣效率，降低相關工作量，可在設計鉆孔工作面時設計35°的傾斜角度，利用重力作用將爆破產生的石渣引到水隧洞中。施工時需及時清理槽孔，保證槽孔與周邊孔之間的偏差控制在50毫米以內，與其他炮孔的偏差則控制在100毫米內[5]。若擴挖斷面達到100平方米，擴挖時可采用溜斗形狀的錯數臺擴挖方法，用火雷管進行爆破。由于豎井開挖施工中每層區域通常需要進行至少2次鉆爆，涉及許多機具，其工序繁瑣，施工時間長，效率低，為了加快進度，可安排多個鉆孔設備，同時進行擴挖施工，并在擴挖完成后及時完成支護工作[6]。爆破結束應及時利用手風鉆的供風管進行排煙處理，并通過灑水方式降塵。若鉆井深度不足，可采用添加施工支洞的方式進行處理，但會導致成本增加。相對而言，豎井擴挖施工時采取人工爆破的方式最節省成本，但同時也具有效率低、速度慢的缺陷，施工時需要依據現場情況和實際需求進行合理選擇。

2.4 圍巖支護技術

在豎井開挖施工中，鉆爆操作可能對周圍巖體造成影響，為了保證豎井施工的安全穩定，需做好支護工作。目前常用的支護方法有鋼拱架支護、噴射混凝土等方法，前者是采用預制鋼拱架進行支護，在施工現場采用螺栓將其連接成榀，依據擴挖進度采用錨桿、螺栓結合焊接等方式進行分段安裝固定；采用噴射混凝土的方式完成支護，則需要先清洗井壁作業面，確保表面平整潔凈，然后通過人工綁扎的形式安裝鋼筋網，使其貼緊巖石表面，并設置深度20厘米左右的插筋，然后采用噴射機在表面均勻噴射加了速凝劑的混凝土，依據由下往上、分片分層、先凹后凸的施工順序進行操作，使混凝土層厚度維持在5厘米左右。待混凝土終凝后2h，需進行噴水養護，若空氣濕度達到85%以上或氣溫低于5°的情況下可無須噴水，共養護7天以上。

3 豎井開挖施工質量控制措施

3.1 工程測量質量控制

測量是工程施工前的一項關鍵性工作，測量質量直接關系到后續施工能否順利推進，加強質量控制非常有必要。應由專業人員來到施工現場采用線錘、全站儀等測量裝置進行測量放樣，并采用軸線控制，準確定位施工區域和具體位置，做好井口鎖口和排水施工。利用挖掘機配合人工挖出井口，深度達標、質量合格后及時封閉井壁，在井口位置綁扎鋼筋，支設模板，向其中澆筑混凝土。在井口位置設置4個觀測點，采用全站儀進行沉降、位移的觀測。豎井開挖施工過程中，每次爆破結束后都需要重新測量放樣，在作業面標定中心位置，參照中心位置標出擴挖輪廓線，然后再進行開挖作業。施工時每個循環進尺的距離應在一個鋼架構以內，每個循環都需要做好支護工作，以保證周圍巖石的穩定，并且加強對井身的安全觀測，以便于嚴格控制好孔深、孔徑、傾斜角度等，也便于及時發現異常問題。

3.2 爆破質量控制

爆破是豎井開挖施工中非常常用的施工手段，也是一項十分危險的工作，做好爆破質量控制直接關系到豎井開挖質量、效率以及施工安全性。裝藥爆破過程中，必須嚴格按照設計圖紙和設計參數進行裝藥、爆破，監理工程師必須在現場進行指導和監督，確保爆破工作按計劃、按設計方案完成施工。鉆爆施工時需要充分考慮斷層破碎情況，調整進尺參數，控制火藥用量，此外還需依據實際情況設計周邊鉆眼、裝藥參數、裝藥結構等，并對爆破設計進行嚴格的檢測和爆破試驗，不斷優化調整各項參數，在保證安全的基礎上提升爆破質量，并盡可能地保護豎井周邊巖層，降低爆破對巖層穩固性的影響。填置時需堵塞好爆破孔，并加強對爆破網、引爆線的檢查，確保引爆線長度適宜，達到安全距離。爆破施工時每一個環節的操作都需要嚴格地進行檢查，不可為了爭搶進度而有所忽略，以免影響爆破質量和施工安全。

3.3 導井施工質量控制

導井施工過程中，若施工質量不佳，容易出現導井堵塞問題，拖慢工程進度，增加施工人員工作量，因此需要做好質量控制。首先需要對爆破粒徑進行嚴格控制，若粒徑過大，在導井中排出困難，就容易出現阻塞問題，因此需保證石渣粒徑在孔徑的三分之一以下。在擴挖施工時也需控制石渣粒徑和爆破規模，科學合理地設計爆破參數，嚴格控制微差爆破時的間隔時間，相鄰段間隔時間應在50毫秒以上，遵循“多鉆孔、均裝藥、高單耗、低單響、短進尺”的原則進行擴挖作業。若出現導井堵塞，需立即封鎖通道，暫停一切施工作業，指派專人負責值班看守，直至查明阻塞部位、阻塞原因，并處理完成，確認導井暢通后再繼續展開作業。處理導井阻塞通常采用裸露爆破法或灌水沖刷法，較少使用鉆孔爆破的方法，若必須采取此法，需要先進行安全論證，做好安全可靠的防護措施。

3.4 施工安全控制措施

豎井開挖施工的環境較為惡劣，大部分操作需要在地下進行，安全隱患多，在進行施工質量控制過程中，保障施工安全尤為重要，也是提高施工質量的前提和基礎。在施工現場，無論是管理人員、操作人員，都需要強化安全生產意識的培養，使其始終對安全措施保持高度重視和高度警惕，嚴格做好保護措施，嚴格按照規范和標準要求進行操作。強化豎井開挖施工安全管理，可從以下角度進行規范：

第一是在重要位置設置醒目的安全標識。例如，井口需設置隔離帶，懸掛醒目的“正在施工”安全標識，提醒眾人下方正在作業，防止意外事故。在豎井上方應搭建2米以上的安全棚，并在棚頂上方采用松軟物質設置保護層，使安全棚將豎井完全遮蓋，以防落石墜入井中，對下方施工人員以及機械設備造成傷害。

第二是增強施工人員安全保護意識，使其自覺做好自身保護工作。施工作業時應在井壁上設置插筋，便于懸掛安全繩。施工人員在作業前需反復地檢查安全繩的固定情況以及各類施工設備是否正常，若發現老舊、磨損情況需及時維修、更換，防止意外發生。

第三是加強爆破安全管理，每次爆破結束，都應當先由專業人員進行安全檢查，處理掉作業面上松動的巖石和土坯。施工人員則在確保安全后再入場作業。

第四是做好排煙工作，為了改善豎井開挖時的施工環境，施工前需提前30分鐘對豎井進行排煙除塵，確保煙塵完全排出后再下井，施工作業的過程中也不可關閉排煙機器。若井下作業環境煙塵異常增多，需立即停止作業，返回地面，查看排煙機器是否出現問題，清除煙塵后再繼續下井作業。

第五是加強出碴安全防護，上導井出碴工作中需要在洞底設置安全棚，在上方2米左右的洞壁上置入插筋，鋪設保護板，以鐵絲固定，大小應在洞的橫斷面的二分之一左右。作業時工作人員將土渣裝筐后需返回安全棚下，再將土渣運出，土渣裝填量也不可超過筐的容量的四分之三，以防出碴過程中土碴從空中掉落，砸傷下方操作人員。

4 結語

豎井開挖施工的作業環境較為惡劣，涉及的設備工具、施工技術也較為復雜，在實際施工時，還需要綜合考慮施工現場實際情況選擇適宜的技術方案，完善每一道施工工序的細節，明確施工技術的操作方法、注意事項，嚴格遵守相關標準要求進行施工，加強對爆破、測量、導井施工等方面的質量控制和安全控制，如此提升豎井開挖施工的效率和質量。然而該技術的應用對工程建設人員也提出了較高要求，所以在未來的市政工程項目建設中，還需要進一步總結成功經驗，并結合工程實際情況探索科學可行的施工技術方案，形成更有效的質量控制措施，以不斷提升豎井開挖施工的整體技術水平，為現代市政工程項目建設提供更多技術支撐，輔助完成更高難度的市政工程建設。