竖井开挖方法示意图

浅谈反井钻机扩挖大口径竖井施工技术摘要：新八达岭隧道八达岭长城站通风竖井施工中采用了反井钻机施工大口径深竖井，合理利用既有洞室或隧洞开辟空间形成反井钻头安装空间及出渣作业空间及通道，利用反井钻机成孔。

有效利用反井钻反钻孔道作为出渣通道，方便施工的同时缩短作业循环时间。

根据结构物结构尺寸、地理位置等合理配置施工机械，最大限度满足安全、质量、进度、效益、文明施工及环保要求。

关键词：隧道；竖井；反井钻机；扩挖引言竖井是铁路、公路及水电隧道施工中常见的一种辅助坑道，也是地下工程常用的通风井，其施工常采用人工正井法、吊罐法，人工配合机械开挖、出渣。

常规施工方法所需劳动力多，劳动强度高，机械化程度低，尤其在大口径深竖井施工中就显得尤为捉襟见肘。

反井钻机是一种新型竖井施工机械，在实际施工的运用较少，而其在高速铁路隧道大口径深竖井施工中的应用更是少之又少。

新八达岭隧道八达岭长城站通风竖井施工中利用反井钻施工大口径深竖井，本工法是在常规竖井施工方法的基础上采用三步进行：一、在隧道内竖井正投影位置处施做横通道，以保证反井钻机钻头安装空间足够；二、利用反井钻机自上而下钻设导孔，并安装反井钻头进行第一次扩挖；三、人工配合机械采用爆破法进行二次扩挖，形成竖井开挖断面。

施工中利用反井钻第一次扩挖的通道使渣土自然落至井下横通道内，再由出渣车辆运至指定场地。

该工法在本工程通风竖井施工中有效解决了施工效率低、机械化程度低、劳动强度大等问题，与常规的竖井正井法施工相比，具有安全风险低、施工管理成本和直接成本都有降低等优点。

1.工程概况新八达岭隧道：起迄桩号为 DK59+260～DK71+270全长约 12.01公里。

隧道并行一次水关长城及两次穿越八达岭长城，两处浅埋位置为下穿京张铁路和石佛寺村，隧道最小埋深4米，隧道最大埋深432米。

八达岭长城站（地下站）：车站里程为 DK67+815～DK68+285，总长470米，分站台层、站厅层、进出站通道。

竖井开挖1、土方开挖竖井采用倒挂井壁法施工，竖井平面分为四个部分，竖向分层开挖，采用顺序开挖，当一个区域开挖完成后再进行下一区域的开挖。

开挖土方采用采用小挖机（中风化和微风化岩层采用爆破）开挖。

碴土由提升设备直接提升至地面临时堆土场，再外运。

竖井平面分块见竖井井身平面分为四个部分的原则，逐层向下开挖。

开挖循环进尺根据格栅钢架间距: 0.5，为了便于格栅钢架安装，开挖时往下超挖0.1m左右，安装时采用方木调平。

循环开挖完成后及时施做初期支护。

在开挖过程中如有地下水渗出，在竖井开挖面设置集水坑，利用抽水机将集水坑集水抽水。

集水坑超前开挖面1.0m，随开挖面向下开挖而下移。

2、石方开挖竖井地质为中风化和微风化花岗岩时，采用爆破开挖，爆破采用分部、多段微差微震爆破开挖方式，掏槽方式为浅眼楔形掏槽；横通道处于中微风化岩层地段，采用台阶法微差微震爆破开挖。

一、爆破计算见爆破专项方案二、安全和防护措施方案爆破地震波、飞石、冲击波、爆破噪声、粉尘和有害气体“六大爆破公害”以及在爆破施工中，机械废油及其它可能产生的建筑垃圾，对环境所造成污染，必须引起高度重视，并纳入爆破施工日常工作中，使有害效应减少到最低程度。

三、爆破施工安全管理1）爆破工序开工前，要进行书面安全、技术交底，并讲解安全技术操作方法，预防事故措施和劳动保护要求；交底内容除包括各项安全技术措施外、围岩类别、炮孔种类及数量，装药结构、炮孔堵塞方法、季节性特点的安全生产事项。

2）严格遵守《民用爆炸物品安全管理条例》的规定，按照《爆破安全规程》进行爆破施工。

3）严格按业主及公安机关批准的作业时间内进行爆破作业。

4）爆破物品的存储、运输、使用严格按照广州市公安局关于对爆炸物品的有关规定执行，爆炸物品管理员负责对爆破物品的专门管理，施工队由专人领取，领取使用应进行登记，未用完的及时退库，现场不存放、不遗留爆炸物品。

5）爆破警戒必须统一指挥，配备足够的联络工具。

- 83 -工 程 技 术１　工程概况阳江抽水蓄能电站高压隧洞主要由上平洞、上竖井、中平洞、下竖井及下平洞组成，水道承受的净水头800 m，动水头1 108 m，是目前国内核准建设单机容量最大、静水头最高、埋深最大的蓄能电站。

竖井如图1所示。

图1 竖井示意图上平洞中平洞下平洞上竖井（382 m）下竖井（385 m）施工支洞其中上竖井总长382 m，下竖井总长385 m，均为花岗岩，开挖直接8.9 m/8.7 m，衬砌厚度0.6 m/0.5 m，衬砌后直径7.5 m，采用正井法进行施工。

竖井开挖支护的精准贯通、安全管控及防堵井等问题亟待解决。

２　工程施工存在的难题２．１　竖井深度大，导井贯通精度要求高如果按照规范允许偏差1%进行控制，反井钻机导孔将偏出设计轮廓线，造成大量的超挖超填工程量，施工成本急剧增加，后续施工困难且安全风险非常高。

２．２　岩石强度高，反井钻机受力大岩性均为花岗岩，实测岩石强度平均为114 MPa，加之竖井深度大，反井钻机在反拉过程中受力较大，极易造成钻杆的断裂或设备的损坏。

２．３　地质条件复杂，施工困难竖井发育有多条断层，最大断层带宽为5 m，且渗水现象较为突出，在施工过程中容易造成卡钻及导孔偏斜的影响，这给反井钻机纠偏操控带来了巨大的挑战。

２．４　作业空间狭窄，提升系统布置需要进一步优化竖井开挖支护作业属于有限作业空间，施工通道布置、材料运输困难。

且竖井为90°弯管，提升系统布置需要兼顾开挖支护、衬砌、灌浆及抗侵蚀材料涂刷等多道工序，且竖井深度大，如何确保人员、材料运输困难，需要在提升系统通用性、防坠性能、防旋转设计、可靠性及便于维护等多个方面进行优化提升。

３　关键技术３．１　超深竖井导孔精准控制技术通过不断的研究及考察，结合矿山及石油行业钻机特性，采用定向随钻纠偏测斜技术施工导井。

定向钻机参数见表1。

表1 定向钻机参数ＤＬ４５０Ｔ定向钻机参数项目参数电动机功率额定转速／（ｋＷ／ｒｐｍ）１３２／１　４９０最大顶力／ｋＮ　２７０最大回拖力／ｋＮ４５０最高转速／ｒｐｍ８２最大扭矩／（Ｎ·ｍ）２１　８２４入射角／°５５￣９０动力头最大顶进／回拖速度／（ｍ／ｍｉｎ）１０．９／６．８２机重／ｔ１０　ｔ外形尺寸／（长×宽×高）５９９９０×２６２０×２５２２定向随钻纠偏测斜技术原理包括2个：1）利用随钻测斜仪的脉冲发生器将探测的数值发送至地面计算机进行编码。

【专业知识】竖井工程开挖与安全支护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。

竖井劈裂开挖施工工法竖井劈裂开挖施工工法一、前言竖井劈裂开挖施工工法是一种常用于建筑施工中的开挖方法。

它通过使用特殊的机具设备和采取相应的技术措施，能够高效地进行井身的开挖，提高工程进度和质量。

本文将介绍竖井劈裂开挖施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。

二、工法特点竖井劈裂开挖施工工法的特点主要包括以下几个方面：1. 高效快速：该工法利用特殊的机具设备，使得井身开挖速度大幅提升，工程进度得到保证。

2. 施工质量好：采用该工法，能够精确控制井身的开挖尺寸和形状，从而保证施工质量。

3. 对现场影响小：由于采用机具设备进行开挖，减少了人工劳动和爆破挖掘的使用，使得施工现场对周围环境的影响大大减小。

4. 适应性强：竖井劈裂开挖施工工法适用于多种地质条件，并且可以根据具体情况进行调整。

三、适应范围竖井劈裂开挖施工工法适用于以下情况：1. 地下井身开挖：无论是建筑物的地下室还是井筒等地下结构的开挖，都可以采用竖井劈裂开挖施工工法。

2. 地下管道施工：该工法适用于地下管道的开挖和铺设。

3. 施工现场狭窄：如果施工现场狭小，无法使用传统的开挖方法，竖井劈裂开挖施工工法可以提供一种有效的替代方案。

四、工艺原理竖井劈裂开挖施工工法的工艺原理是通过使用机具设备在地下进行锚固和切割，实现井身的劈裂和开挖。

具体来说，该工法的实施步骤包括以下几个部分：1. 锚固：使用专用设备将锚杆或支撑系统固定在地下，以确保施工安全和稳定。

2. 切割：使用锯片或其他合适的切割工具进行切割，使得地下岩石或土壤劈裂开来。

3. 井身开挖：通过削减切割后的地下物质，实现井身的开挖。

4. 清理和处理：清理开挖的地下物质，并进行相应的处理。

五、施工工艺竖井劈裂开挖施工工法的施工工艺主要包括以下几个阶段：1. 确定施工方案：根据具体工程要求和地质条件，确定施工方案和工艺流程。

2. 锚固设备安装：根据施工方案，安装锚杆或支撑系统，以确保施工安全和稳定。