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1、2018/12/6,地下工程讲稿,1,3 立井施工 Vertical Shaft Drill Construction,立井，又叫竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、水电工程、城市地铁等市政工程、水利工程以及军事国防工程等都离不开立井的使用和施工。尤其是地下矿山，使用更为广泛，由于它是整个矿井的总出入口，地位显得更加重要。随着我国交通、水利事业的快速发展，长距离的公路、铁路、引水隧道，出于施工和运营的需要，开凿的竖井也越来越多。例如长18km的秦岭公路隧道设置了三处通风竖井，长14.89km的“引大入秦”水利工程中的顶山隧道开凿有8个竖井。学习和掌握立井施工技术是非常重要的。,2018/1
2、2/6,地下工程讲稿,2,3.1 概述,立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条件复杂；相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用先进的施工技术，提高施工机械化水平。 在具有第四纪冲积地层的地域开凿立井时，立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以钻眼爆破法施工为主。,2018/12/6,地下工程讲稿,3,近十几年来，我国立井施工机械化水平有了很大的提高。深孔光爆、锚喷支护、凿岩钻架，0.6m
3、3抓岩机、45m3大吊桶、自动翻矸、大型凿井专用提升机、大吨位凿井绞车、V型凿井井架、高34m金属整体液压脱模模板、混凝土输送管、高扬程吊泵、千米激光指向仪、注浆堵水打干井等凿井设备与技术得到了广泛使用。施工设备和技术水平的提高，大大提高了施工速度。 1974年全国煤矿立井施工平均月成井16.4m； 1997年达到了45m； 2002年又达到70m以上。 据不完全统计，1986年1996年有23次月进度突破100m，而1997年一年就有28次突破100m。1998年有19次突破100m，其中5次超过180m，最高达到216.5m（表土冻结段）。2002年又创造了基岩段月成井220.6m的新纪录
4、。施工速度的提高，大大缩短了井筒的施工期，目前煤炭矿山的立井月进度大多在100m以上，因而涌现出了一批深度600m以上能够当年开工、当年到底的井筒。目前，我国的立井施工水平已达到世界先进水平，已有多家施工企业中标国外立井工程。,3.1.1 我国的立井施工技术水平,2018/12/6,地下工程讲稿,4,3.1.2 立井的类型与结构,采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种：主井、副井和风井。 主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设有箕斗，故又称箕斗井。 副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒称为副井。井筒内通常设有罐笼，故又称为罐
5、笼井。某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。 风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为出风用，也可当作全矿的安全出口。,2018/12/6,地下工程讲稿,5,在隧道和城市地下工程中，一般分为：为运营需要的通风井、为加快施工速度而开凿的措施井（属于辅助坑道）、为安装隧道施工设备的工作井、水利水电工程的管道井等。另外，还有国防工程中的发射井、水利工程中的取水井等。 立井按深度划分时，有浅井、中深井、深井和超深井等。对于矿山而言，一般不足300m深时为浅井、300800m为中深井，8001300m为深井，1300m则可视为超深井了。对于城市地下工程，大多不超过50m深，超过50m可能就
6、属于深井了。,2018/12/6,地下工程讲稿,6,至今,第四时代,立井井筒的形状与结构,立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形为多。矿山立井基本上都是圆形，其它行业可根据需要设计为圆形或矩形。 一般情况下，立井井筒自上而下可分为井颈、井身和井底三部分。根据需要，在井筒的适当部位还设置有壁座。井颈是指靠近地表、井壁需要加厚（由于需承受井架提升及周围建筑物的荷载）的一段井筒，其深度在矿山一般为1520m，其它行业多25m。井颈以下到罐笼出车水平或箕斗装载水平为井身，井身是井筒的主要组成部分。井身以下部分为井底，其深度取决于提升过卷高度、井底装备要求和井底水窝的深度。主井的井底深度一般为3575m不等
7、，副井的井底深度一般为10m左右，风井井底深度一般为45m。,2018/12/6,地下工程讲稿,7,3.1.2 立井施工的基本工艺,井筒正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸矸平台。同时进行井筒锁口施工，安设封口盘、固定盘和吊盘。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井筒的正式掘进工作。立井是垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在井筒内，且随工作面的推进而下放或接长。 立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，当井筒掘够一定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁
8、交替进行。每一段高内的工艺顺序是先打眼放炮、再装岩出矸，最后进行砌壁。,2018/12/6,地下工程讲稿,8,1-天轮；2-凿井井架；3-卸矸台；4-排水管；5-井盖门；6-混凝土搅拌机；7-封口盘；8-混凝土输料管；9-固定盘；10-吊泵通过口；11-吊盘上层盘；12-壁座；13-气动绞车；14-吊盘下层盘；15-金属模板；16-吊泵；17-抓岩机；18-吸水笼头；19-卸矸溜槽；20-溜槽闸门；21-轻便轨道；22-矿车；23-局部通风机；24-空气压缩机房；25-凿井稳车；26-提升机房；27-风筒；28-滑架与保护伞；29-稳绳；30-提升钩头；3l-吊盘裤叉绳；32-喇叭口；33-吊
9、盘定位丝杠；34-输送混凝土的活节管；35-压气管；36-吊盘折页；37-分气器；38-风筒卡子；39-挂钩；40-井圈；41-背板；42-撑柱；43-吊桶,立井井筒施工概貌,2018/12/6,地下工程讲稿,9,3.2 表土施工,表土层：将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为。 由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，含水量一般比较丰富；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，施工比较复杂。欲要安全、快速地通过表土层，最重要的是根据土层性质正确地选择表土施工方法，以及确定相应的施工设备和设施。 稳定表土层；包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不
10、大的砾（卵）石层等。 不稳定表土层：包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。,2018/12/6,地下工程讲稿,10,3.2.2 锁口砌筑,在井筒进入正常施工之前，不论采用哪一种施工方法，都应先砌筑锁口，用以固定井筒位置、铺设井盖、封严井口和吊挂临时支架或井壁。,锁口分类,临时锁口：由井颈上部的临时井壁（锁口圈）和井口临时封口框架组成，在后期砌筑永久井壁时还要拆除，常用砖石、砌块或混凝土砌筑。临时锁口的深度一般为23m。,永久锁口：指井颈上部的永久井壁和井口临时封口框架。永久锁口深度视井筒设计而定。锁口框可用钢梁（I20I45）铺设于锁口圈上，或
11、独立架于井口附近的基础上。,2018/12/6,地下工程讲稿,11,钢结构简易锁口框 1钢梁；2U形卡子；3井圈；4挂钩；5背板；6垫木,2018/12/6,地下工程讲稿,12,3.2.3 表土掘砌方法,3.2.3.1 井帮维护方法,降低水位法:工作面超前小井降低水位法 钻孔降水法,板桩法:直板桩斜板桩,其他方法:如混凝土帷幕（地下连续墙）法、搅拌桩法、注浆法等，它们在城市地下工程的竖井中得到较多应用。,冻结法:在井筒开挖范围之外，沿井筒四周布置冻结管，对地层进行冻结，待冻土形成一定厚度时再进行开挖。,井圈背板法:先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板（又叫背板）作临时支护。每掘进一段井
12、筒（11.5m），便架设一道井圈和背板。掘进一定高度后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、背板，砌筑永久井壁。适用于较稳定的土层。,2018/12/6,地下工程讲稿,13,图3-2 地面直板桩 1-外导圈；2-内导圈；3-板桩；4-打桩机；5-轨道,2018/12/6,地下工程讲稿,14,图3-3 斜板桩 1-导向圈；2-中间导向圈；3-副导向圈； 4-斜板桩,2018/12/6,地下工程讲稿,15,3.2.2.2 井筒的挖掘方法,在设置有井盖（封口盘）的立井，一般用人工使用铁铲挖掘和装土，土质较硬时用风镐挖掘、人工装土，土质较松软时也可用抓岩机挖掘和装土。 表土施工一般采用短段掘砌施工
13、方法。为保持土的稳定性、减少土层裸露时间，段高一般取0.51.5m。按土层条件，分别采用台阶式或分段分块、并配以超前小井降低水位的挖掘方法。,2018/12/6,地下工程讲稿,16,图3-4 表土施工挖土方法 （a）台阶式环挖法；（b）分块对称开挖法 1-水窝；2、3-开挖顺序；4-环形集水沟槽,2018/12/6,地下工程讲稿,17,3.2.2.3 井壁的砌筑方法,表土段一般采用短段掘砌法，即挖掘一定高度便进行砌筑井壁，从上向下逐段施工。施工时，首先将工作面整平，然后绑扎钢筋，架立模板和浇注混凝土。当采用素混凝土井壁时，在上段井壁砌好后，下部土被挖去，井壁就会处于悬空状态，为防止因混凝土强度
14、不够或混凝土与井帮间的摩擦力不够（土对井壁的围抱力小）而使井壁发生环向拉开裂缝或沿井帮下滑，应采用吊挂井壁法施工，即在井壁中专门设置用于吊挂井壁的钢筋，钢筋的下端为圆环，上端为钩子。井壁砌筑时将钢筋的钩子挂到上段井壁预埋的钢筋环上，下端插入刃脚模板下方，然后浇注混凝土。,2018/12/6,地下工程讲稿,18,3.2.4 表土的提升,按表土性质、埋深和设备条件，表土施工的提升方法有下列几种： 汽车起重机提升 简易龙门架提升 矩形框架式井架提升 帐幕式井架提升 直接利用标准凿井井架和凿井专用设备提升 先用简易设备、后改用凿井专用设备的提升 直接利用永久井架（塔）及永久提升设备提升,2018/12
15、/6,地下工程讲稿,19,图3-6 龙门架 1-槽钢；2-工字钢横梁；3-连接钢板；4-450mm钢管立柱；5-开式索具螺丝扣；6-锚注桩；7-0.6m天轮；8-连接板,2018/12/6,地下工程讲稿,20,横梁,行车梁,土斗,电动葫芦,钢管立柱,斜撑,竖井,图3-7 矩形框架式井架,2018/12/6,地下工程讲稿,21,图3-8 简易帐幕式井架 1-天轮；2-3003002000mm方木；3-螺栓；4-木锁口梁；5-基础,2018/12/6,地下工程讲稿,22,1.抓岩机械 中心回转抓岩机（HZ型） 环行轨道抓岩机（HH型） 靠壁式抓岩机（HK型） 钢丝绳悬吊式抓岩机（HS型） 2.抓岩
16、机的选择装岩机必须生产力的计算、类型及斗容的选择 3.排矸 翻矸方式（人工和自动翻矸） 储矸与运矸,3.4 装岩与排矸,2018/12/6,地下工程讲稿,23,图3-13 中心回转抓岩机 1-抓斗；2-臂杆；3-提升机构；4-回转机构；5-变幅机构；6-机架；7-司机室；8-变幅推力油缸9-行走小车；10-抓斗；11下层吊盘,2018/12/6,地下工程讲稿,24,图3-14 环行轨道抓岩机 1-抓斗；2-提升机构；3-操纵室；4-行走机构；5-中心回转机构； 6-环行小车；7-环行轨道；8-吊盘固定装,2018/12/6,地下工程讲稿,25,3.4.2 抓岩机的选择,抓岩机是立井施工设备选择中必须最先进行的设备，它的合理性与否直接关系到整个井筒机械化配套的合理性。选择抓岩机时首先应根据施工进度要求估算必须的抓岩能力，然后结合与其它设备、工艺的配套要求选出抓岩机的类型和数量。 抓岩机类型的
