监理工程师复习要点：竖井工程开挖与安全支护

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1、概述

竖井工程开挖从目前水电系统常用的方法讲，一般先打竖导井，很少全断面正井法开挖。竖导井有两种施工方法：一种是正导井施工法；另一种是反导井施工法。都是先打成竖导井以后，在从上往下扩挖，井渣从遂洞运走。

2、导井开挖方式

有反井钻机的竖导井开挖，是先用反井钻机打竖导井，导井直径1.2~2.0m，打成竖导井以后，在从上往下边扩挖边支护，是速度快的竖井开挖方式。

没有反井钻条件的，使用手风钻，也是先打竖导井。

2.1、采用正导井施工法的，要根据竖井的地形分贴山体明挖后打露天井的地形和在洞子打遮蔽井的地形。

打露天井，一般表层围岩比较破碎，容易风化变形，这在竖井开挖工程中比较常见。针对这一常见现象，在竖井扩挖前，先机械开挖井口表层围岩3-5m深，最好从设计上就考虑向开挖线外多挖50-60cm，把锁口的钢筋混凝土放到开挖线以外，即锁口后的混凝土面与开挖面齐平，并在井口混凝土面设置控制点，竖井扩挖吊线控制开挖体型尺寸，并在井口安装安全防护栏网和起吊设备结构件。

起吊设备要在竖井扩挖前安装，起吊设备的功能要综合考虑竖井开挖、混凝土浇筑、闸门安装及二期混凝土浇筑的整体使用功能，最好是轨道型移动式的。具备从井内到井外、井外到井内的装卸建筑材料的功能。起吊设备安装调试正常后，打正导井有了出渣手段，但施工用水、地下水在导井中要有出路。给施工用水、地下水找出路的一般做法，是用地质钻机在竖井中心位置打孔，水从钻孔流出，该孔可改善爆破效果，创造临空面。

竖井锁了口，装了防护栏网，有了提渣手段，水有了出路，就具备了正导井开挖的条件。用手风钻打竖导井，直径最好打2.0m，2.0m直径的竖导井，打钻出渣作业方便。同时为竖井扩挖创造了极为有利的条件。无论是平面开挖，还是溜斗形状错数台扩挖，都不怕大石块堵导井。能深孔钻爆，扩挖起来就非常快。竖导井的形状：以圆井为佳。圆井自身稳定能力强，有利于竖导井开挖安全。

导井开挖不同于竖井扩挖，特别是I类破碎围岩上的导井开挖，要边开挖，边及时素喷混凝土5cm左右，辅助围岩自身稳定，确保围岩不变形、不散落。起吊设备深井提渣，人随吊笼上下，为安全起见，应留10倍左右的保险系数，确保升降过程万无一失，是正导井开挖的基本要求。

正导井施工法示意图如下：

2．2反导井开挖

从下往上打导井，一般反导井的施工程序，在从下往上打反导井的同时，竖井顶部表层围岩同时开挖、锁井口、做安全护栏网，安装调试起吊设备。在竖导井打通的时候，竖井锁口、安全防护栏网、起吊设备安装调试也能完成，进入竖井扩挖阶段。

反导井的开挖方式常见的有两种做法：一种是在导井邦打插筋，在插筋上焊挂爬梯点，挂上爬梯上下爬人，运送材料和工具到工作面。人在爬梯上排险、搭架子、在简易架子上钻爆作业。这种开挖方式的优点：施工用水、地下水能自然排走，爆破后的炮渣能直接落到洞子，装载机运输，不用人工清渣；缺点是：每次爆破后的排险，人在下面无处藏身，每放一次炮，风水管，脚手架要撤出一次，重新架设一次。爬梯焊点也要重修一次。

反导井的另一种开挖方式：是在竖井的中心位置用地质钻机打一个孔，从钻孔中下卷扬机钢丝绳提笼、材料、工具、风水管。作业人员均随吊笼上下，并在吊笼里实施钻爆作业。这一开挖方式，虽解决了风水管、脚手架、爬梯焊点每茬炮要撤出、重新架设、修理的难题。但仍有新的缺点：在卷扬机提升过程中，上下联系不便，虽有现代化通讯工具，洞内井下用不上，操作稍有误差，都可能出安全问题。其次是吊笼顶部的危石排下来砸自己。

遮蔽井的打法与露天井的打法完全相同，不同的是起吊设备的基础是在两边洞邦浇筑的混凝土平台上，平台上安装钢轨，钢轨上安装移动式起吊设备，起吊设备能到井内和井外洞子装卸材料，和闸门安装全过程的吊装任务。

综合正导井开挖方式和反导井开挖方式的利弊，进度的快慢和费用的高低是基本相等的。作业难易、施工安全、正导井开挖优于反导井开挖方式。

3、竖井的扩挖方式

竖井的扩挖方式有两种：一种是平面扩挖，下小型电铲或其它小型设备往导井倒渣；另一种是溜斗形状的错数台扩挖，利用地形向导井自然溜渣。

平面扩挖方式：多在开挖断面较大的竖井扩挖工程上采用。开挖断面在100m2左右的竖井扩挖工程，一般较少采用平面扩挖方式。平面扩挖，要下小型设备倒渣，井下有设备，占地方，且要保护设备不被砸坏，就不能全断面一次扩挖、一次喷护。每一层都分成两次钻爆，无形中增加工序，降低效率。能下井的设备，一般都马力小，倒渣时间长，松动石渣铲不动，清底工作量大，工人劳动强度高，而且底部松动石渣铲不动，打钻卡钎、堵孔、装不进炸药、爆破效果差。平面扩挖方式、工作效率低，生产成本高，工人劳动强度大，在100m2左右的竖井扩挖断面上，是少见平面扩挖方式的。

竖井扩挖的另一种方式：是溜斗形状的错数台扩挖。这种扩挖方式，井下没有倒渣设备占地方，每层都可以全断面深孔错数台一次性扩挖、一次性喷护。炮渣充分利用地形绝大部分自然溜入导井，工作效率高、爆破效果好，生产成本低，在100m2左右的竖井扩挖断面上，广泛采用这一扩挖方式。是正确的选择。这一扩挖方式，能充分创造利用地形地物，减轻工人劳动强度，提高工作效率，降低生产成本为特征。具体做法：1.在最后一个台阶的岩面上，制作一个平台，上铺钢筋网，供打插筋、喷混凝土、安装钢支撑使用。平台又是扩挖面顶部的安全网，由起吊设备升降、一次制作，整个扩挖工程方便使用，省时省工。2.台阶式可以进行深孔爆破，为炮渣绝大部分溜入导井创造了条件，清渣工作量小。孔深按3m计，错台排距按1.2m计，爆破后的台阶顶宽度也就是70-80cm。台阶上存渣有限，从上往下边打钻边清渣，削减了一个倒渣，底部清渣的大施工循环。3.台阶式清渣，距离短、面积小、松动石渣相互夹制作用小，台面上的碎石能清干净，打钻不卡钎、不堵孔、钻孔速度快、爆破效果好。4.台阶式爆破临空面大，爆破网络再稍加调整，就三面临空，最小抵抗线有均面向中心，深孔爆破也不破坏围岩的自身稳定能力，对竖井自身稳定承载及安全支护工作非常有利，在100m2左右的竖井扩挖断面上，应首选溜斗形状错数台扩挖方式为最佳。

4、竖井的安全支护工作

竖井的安全支护工作，要从竖井的正确锁口作起，无论在何种围岩上打竖井，竖井要贴山体垂直下挖，都会影响山体的稳定和周围表层围岩的松散变形。竖井下挖3-5m深后，沿井邦打注浆插筋，钢筋混凝土锁井口，稳定山体和井口表层围岩不松散变形，是正确的锁井口方式。用素混凝土锁口或浆砌石锁口的方式是不可取的。根据经验，在地质条件特别恶劣的情况下，从施工程序上考虑上部20米左右按照设计体形开挖，每5米左右按照永久衬砌进行混凝土浇筑是安全可靠的施工方法。

打插筋、钢筋混凝土锁井口，井邦以外3~4m以内的表层围岩形成了承载环。竖井顶部表层围岩不松散变形，往下的竖井承载靠自身的稳定。保护围岩自身稳定，要从开挖过程做起。控制光爆造孔间距，深度，垂直度完全一致，严格控制超欠挖，限制光爆孔的装药量，确保起爆后光爆残留半孔壁上没有裂纹，井壁齐平。要做到两茬炮接茬处，上部按测量线下钻，不超不欠。下部超挖不大于10cm，平均超挖不大于5cm。不得进行二次欠挖处理，破坏围岩自身稳定。开挖过程能做到不破坏围岩自身稳定，一般ⅠⅡ类围岩比较坚硬，完整，不容易分化，竖井锁口，光爆处理井壁打注浆插筋，就满足了竖井工程的安全。但光爆残留半孔壁上有裂纹，或进行过二次欠挖处理。就破坏了表层围岩的自身稳定，应薄喷混土3-5cm，防止岩碴散落伤人。

Ⅲ类水平岩层上的竖井支护。在水平岩层上打竖井，围岩自身承载能力很强，竖井锁口，光爆处理井壁，打注浆插筋，就能满足竖井工程的安全需要。要是立起的Ⅲ类岩层，竖井扩挖后，有两边井壁是大光面，井壁上基本没有光爆残留半孔的痕迹，就不能满足竖井工程的安全需要。对这类形状的岩层支护，一般是打注浆锚杆或锚索铆钉两边大光面。锚杆孔外部分弯沟，使用大于32mm的钢筋横向平行与弯钩焊接，锚杆距离2.5m左右，排间高度2.0m左右，排与排之间W字形状焊接成整体，钢筋挂网，喷混凝土10cm左右，就能满足竖井工程安全。

IV类水平岩层上的支护。按Ⅲ类立起岩层标准进行，就能满足安全需要。要是IV类立起岩层或破碎围岩，弯沟锚杆孔处应改成钢格栅或工字钢支撑。接连方式与喷混凝土厚度不变。

V类围岩上的竖井支护。锁井口与各类围岩相同，钢筋混凝土。但保护V类围岩自身承载，在竖井工程上就显得特别重要。围岩自身不能承载，钢支撑也支不住。保护V类围岩自身承载最经济简便的办法是对井邦进行密孔减震处理，光爆密孔距15-20cm之间，留2空孔或3空孔间隔分散装药。每米孔的装药量控制到50克左右，分散粘到导爆索上，起爆后井邦光爆残留半孔基本完好的，围岩自身承载能力没有被破坏，及时初喷混凝土，保持围岩自身稳定不松散。再打插筋，距离2.5m左右。支钢格栅或工字钢，高度2.0m左右，与前排支撑W字形状焊接成整体，钢筋挂网，再喷混凝土，两次合计喷射厚度10cm左右，就能满足竖井工程的安全需要，这是不破坏围岩自身稳定的安全支护。

减震光爆起爆后，井邦垮塌，找不到光爆残留半孔。围岩自身稳定能力已经被破坏。出现这种状况，有两种原因：一种可能是自身的，造孔不规范，起不到减震的作用，没有分散装药，或用药量过大，都会造成以上状况。能排除自身原因的，就是自然原因。这类围岩是较破碎，易倾倒的Ⅰ类围岩。在较破碎，易倾倒的Ⅰ类围岩上安全支护，除保留密孔减震光爆措施外，必要时增加超前锚杆稳定井邦，系统注浆插筋适当加深，钢格栅或工字钢支撑高度适当降低，喷混凝土添加钢针或纤维，并适当增加厚度，在井邦周边打灌浆孔灌浆，辅助围岩自身稳定，是较破碎，易倾倒的Ⅰ类围岩自身承载。保护围岩的自身稳定，要从开挖过程做起。钻爆过程不破坏围岩的自身稳定，是竖井安全支护的关键所在，也是竖井工程安全的关键所在。

5、结语

竖井开挖施工过程中，选择正确的施工程序和施工方法是非常重要的。对于复杂的地质条件的大断面开挖井，井口的处理是关键工序，是作好其他工作的基础，必须按照要求做扎实，最好按照设计尺寸开挖和支护，避免额外开挖增大断面引起不安全因素和产生额外的费用。在竖井的开挖中切忌一开始就抢进度，应该在中、下部地质条件好时靠抓施工组织与管理抢进度。