竖井开挖支护及混凝土衬砌施工工法技术

引言

在地下工程的建造施工中，竖井作为核心的组成部分，目前已广泛用于交通、矿山、水利工程等诸多领域，其施工效率和品质直接影响着工程结构整体的稳固性。作为保障竖井结构成型、耐久性的一种技术，竖井开挖支护和混凝土衬砌施工工法通过多年的实践创新，目前已形成了一套更为成熟、完善的工艺体系。本文聚焦于某水利枢纽工程，针对竖井卡开挖支护、混凝土衬砌施工技术要点展开详细阐述。

1 工程概况

某水利枢纽工程中，输水竖井是核心工序之一，设计深度为120.0m，宽8.0m；衬砌结构设定为混凝土，厚80.0cm；混凝土等级C40，抗渗等级W8。现场地质勘察分析，竖井穿越地层复杂，由上到下为松散堆积层（第四系、厚15.0m）、强风化砂岩（厚 20.0m) ）、中风化砂岩（厚 50.0m; ）、微风华砂岩（厚35.0m）。

2 竖井开挖支护及混凝土衬砌施工技术

2.1 开挖支护施工

2.1.1 地质勘探和涌水控制

竖井开挖作业施工前，通过超前钻探、地质雷达2 种方法对施工现场地质展开勘探，了解地下水、地层岩性等现状，为施工方案的设计、调整提供参考依据。 在30.0~40.0m 的范围内有断层破裂带，每小时的涌水量为50m3。为保障开挖施工效果， 采用的施工方法为超前注浆堵水、管井排水。施工要点包括：在超前注浆施工中，以无缝钢管为注浆管，将其放射布设于竖井周围，间距1.2m；注浆材料选为水泥、水玻璃，以 1:0.5 的比例配制而成；注浆操作中，将注浆压力控制于1.5~2.0MPa 范围内，以形成止水帷幕；在竖井最底层设置管井，深度不能少于15.0m，利用潜水泵排水，流量为每小时80m3。

2.1.2 分区分段开挖

由于本工程地质的特殊性，在开挖施工作业中采用分区、分段开挖的工艺，施工要点包括：首先，针对松散堆积层，施以分层开挖流程，将各层的开挖深度控制为1.5m，同步设置螺旋钢管，相邻钢管用法兰进行连接；开挖工作结束后，立即展开螺旋钢管的下沉处理，注意其顶部应比地面高出至少50.0cm，避免地表水进入内部[1]；其次，针对强化强风化砂岩，开挖工艺选定为钻爆法，将循环进尺的长度控制在1.2m，钻孔直径控制为4.2cm，孔深则设定为1.5m；科学设置爆破钻眼的间距，一般为40.0cm，爆破作业采用分段起爆的方式，时间差不能超过50.0ms；再次，针对中风化、微风化砂岩，则施以全断面钻爆法，将钻孔布置在掏槽眼、周边眼和辅助眼周围，深度控制为2.8m。对于周边眼的装药按照空气间隔的方式进行，以免严重扰动围岩；最后，开挖工作结束后，选用1 台竖井提升机、配备箕斗出碴，注意箕斗最下方安装闭合装置，连接竖井内的溜碴槽，便于自动装入碴石。在出碴操作中，需加强对提升机运行速度的把控，防止因箕斗晃动导致井壁受损。

2.1.3 支护施工

本工程的开挖支护施工，同样结合工程地质执行，技术要点涵盖如下：首先，在松散堆积层的支护施工中，于护筒内侧放置格栅拱架，相邻拱架的距离控制为50.0cm，并用纵向连接筋焊接在一起；喷射厚度为20.0cm 的混凝土，为增强混凝土的抗裂性能，可适当掺入聚丙烯纤维；其次，在强风化砂岩的支护施工中，则采用复合支护的方式进行，具体参数为：一是喷射混凝土，等级为C25，厚度控制在 15.0cm；混凝土分 2 层喷射，首层为封闭围岩，厚度 5.0cm；第二层为增强强度，控制10.0cm。二是锚杆，为中空注浆锚杆，设置为梅花形，相邻间距为80.0cm；注浆材料为水泥浆，设计水灰比0.5，注浆操作中注意控制压力为1.0MPa；按照60.0cm 的间距布置钢拱架，将其以焊接的方式连接锚杆，相邻拱架则用纵向钢筋相连，以便形成一个完整的受力结构；再次，在中风化/微风化砂岩的支护施工中，只采取喷射混凝土支护的方式，将喷射厚度控制为 10.0cm ；关于锚杆支护形式，则根据围岩稳定性选择；对于局部的破碎地带，则需要增设砂浆锚杆，将长度控制为2.5m；最后，注意事项，在混凝土喷射施工前期，对围岩表层的积水、浮碴进行彻底的清除处理；按照从下到上的顺序，对混凝土进行喷射，将喷嘴和施工区域的距离控制在1.5~2.0m 的范围内，同时保证喷射角度不少于 75°、不超过90°，以保障混凝土的密实度[2]；在安装钢拱架前，对其进行调直处理，过程中注意把控高程、位置偏差，其中高程偏差控制为 ±5.0cm ，位置偏差不能超过±3.0cm。若钢拱架、围岩出现裂缝问题，及时用混凝土进行填塞，确保两者紧密贴合。

2.2 混凝土衬砌施工

在混凝土衬砌施工中，本工程选用滑模浇筑工艺进行，和脚手架分段浇筑施工工艺相比，其具有施工速度快、钢筋用量少、一次浇筑成型优势，具体的施工技术要点涵盖如下：（一）安装提升系统。为减少非必要的调整，在安装提升系统过程中应当综合考虑竖井各个阶段的施工特征，尽可能的保证各工序施工作业期间，即便不改动或适当改动提升系统即可继续使用，以减少施工资源的使用量，节约施工周期；提升系统安装作业中，为避免因段钢丝绳断裂导致吊笼坠落在竖井内，需将防坠系统布设在吊笼合适的位置，将制动钢丝绳的一端和井架连接在一起，另一端则和井底井板相连。（二）安装混凝土输送系统。依托滑模开展混凝土浇筑作业期间，借助搅拌运输车辆将配置好的混凝土运送到井口，经溜槽将混凝土溜到集料斗内部；为避免混凝土出现骨料分离的情况，每间隔10.0m 布设缓降器1 个，并用法兰螺栓连接相邻溜管、溜管与缓降器，增强混凝土输送的稳定性[3]；在滑模圆周仓面科学布设溜槽，在混凝土材料的上料、下料入仓期间，以人工转动的方式使分料器出口匀速转动到每个溜槽，保证混凝土材料均匀下降至浇筑区域。

2.3 混凝土浇筑

正式浇筑混凝土前，需要做好钢筋的制作、安装工作。保证混凝土表面整洁、光滑，无油渍、污垢等；除锈处理后，再对钢筋进行调直处理。为方便钢筋运输和安装，可将每根钢筋的长度控制为4.0~6.0m 范围内；待钢筋运输至井口后，借助吊笼将其吊运到衬砌施工区域。为避免因荷载集中引发的滑模偏移情况，需严格控制钢筋数量；待钢筋精准对位后，立即进行绑扎，并在过程中科学设置支撑钢筋，通常每间隔2.0m 设置1 道；以分层工艺开展混凝土的浇筑作业，层厚设定为50.0cm，并用插入式振捣设施振捣，以混凝土高度不变、表面浮浆为停止振捣的标准。需要注意，振捣设施的插入深度应为下层混凝土至少5.0cm，以增强层间紧密度；将测温管放置于混凝土内部，了解内外部温度差异，当温度差在20℃以上时，立即用保温被覆盖模板外侧，内部则以循环水的方式降温；浇筑结束后，于12h 内开展养护工作，采用塑料薄膜覆盖、洒水相结合的方式进行，每日保证洒水频次在4 次以上，保持表面湿润度，养护时间至少28 天；拆除滑模后，立即修补衬砌表面，保证表面光洁、无坑洼。

3 结语

综上，竖井开挖支护、混凝土衬砌施工属于综合工程，应基于工程现状、要求合理化的挑选施工工艺，并

在施工作业中加强对施工步骤、各工序的严格把控，以保障施工安全与质量。未来，伴随着科学技术的持续化

发展，竖井开挖支护与混凝土衬砌施工工法将不断完善与创新，为各种竖井工程的高质量建造提供技术支撑。参考文献：

[1]朱向东.现代技术在竖井开挖及支护施工中的应用与优化研究[J].技术与市场,2024,31(12):141-144.

[2] 翁凯乐, 罗超, 佘磊, 等. 复杂地质条件下深竖井开挖围岩及支护结构稳定性研究[J]. 水力发电,2025,51(02):75-79+114.

[3]王峻.超深竖井 90°上弯段混凝土衬砌施工技术[J].四川水利,2024,45(03):90-93.