[发明专利]一种竖井小断面成孔后全断面开挖方法

说明书

技术领域

本发明涉及竖井施工方法技术领域，具体来说，涉及一种竖井小断面成孔后全断面开挖方法。

背景技术

目前竖井施工方法主要以地铁工作井和矿山竖井施工为主，均使用大型机械设备，投入较大，断面较大，在隧道内大型机械设备无法使用。竖井掘进方法参照天井施工主要有：普通法、吊罐法、爬罐法、深孔法、钻孔法。

普通法：利用凿岩平台自下向上掘进，施工不够安全；若采用自上向下掘进，出碴较为困难。

吊罐法：先采用小断面成孔，然后安装可升降吊罐作为钻孔平台，自下向上掘进。需增加机械投入，由于自下向上掘进，施工不够安全，特别在临近贯通时更为突出。

爬罐法：先采用普通法自下向上掘进3～5m作为爬罐安装洞室，在洞室顶、侧壁上打设锚杆安装轨道作为爬罐的运行轨道，同时在下部通道内还要安装为爬罐提供动力的传动装置。与提罐法相同，爬罐作为钻孔平台，自下向上进行掘进施工。设备投入较大，由于自下向上掘进，施工不够安全。

深孔法：先在竖井上方向上掘进3～４ｍ补偿空间，在竖井上部安装深孔钻机，按断面尺寸沿井高自上向下钻一组平行深孔，然后自下向上分段爆破。此方法需在竖井上部向上开挖3～４ｍ补偿空间，竖井贯通后补偿空间的衬砌较为困难，需增加深孔钻机，不够经济，虽然只有装药时存在人员暴露在岩石下面，也同样存在安全隐患。

钻孔法：有两种方式，一种是上扩式，将钻机安装在竖井上部，用牙轮钻头向下钻导向孔与下部贯通后换上扩孔刀头，由下向上扩孔形成需要的断面。另一种是下扩式，与上扩式相反，钻机安装在竖井下方，向上打导向孔，安装扩孔刀头后向下扩孔。此方法需增加机械投入，且仅适用于与圆形断面。

竖井延伸方法：自下而上小断面反掘随后刷大井筒和自上而下井筒全断面延伸两种。其中，自下而上小断面反掘随后刷大井筒：利用普通法、吊罐法、爬罐法、深孔法、钻孔法自下向上掘进小断面反井，为通风、行人和供料创造有利条件，然后自上向下或自下向上刷大反井至设计断面。小断面反井为自下向上掘进，施工安全风险较大，另外反井掘进依据普通法、吊罐法、爬罐法、深孔法、钻孔法，必将存在上述方法的缺点，对反井进行刷大至设计断面，并非一次开挖至设计断面，增加了施工量不够经济且安全风险也会同时增加，同时井壁的挖掘不易于控制。自上而下井筒全断面延伸：自上向下沿竖井全断面进行开挖。出碴较为困难。

综上所述，现有的竖井开挖方法均存在出碴困难的问题，所以，研制出一种施工安全、出碴方便的竖井小断面成孔后全断面开挖方法，便成为业内人士亟需解决的问题。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种竖井小断面成孔后全断面开挖方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种竖井小断面成孔后全断面开挖方法，包括如下步骤：

步骤一：小断面成孔，在隧道顶部由上向下进行人工挖孔，根据事先计算，预埋若干爆破点，每次爆破后使用小型吊运机人工配合上部出碴并在井壁喷射混凝土，挖孔、爆破、出碴、井壁喷射混凝土各工序交替循环进行直至小断面孔孔深到达正洞二衬顶部；

步骤二：爆除小断面孔孔底范围内的正洞二衬，爆除后的正洞二衬混凝土落于正洞仰拱面之上，在正洞内利用机械进行出碴；

步骤三：全断面成孔，在竖井范围内自上向下打孔进行爆破，利用机械、人工将石碴沿小断面孔倾倒至正洞仰拱面上，在正洞内利用机械进行出碴，并在井壁打设锚杆、喷射混凝土，爆破、出碴、井壁打设锚杆、喷射混凝土各工序交替循环进行，其中，最后一次爆破施工上、下同时进行，上部进行爆除剩余岩层施工，下部进行爆除竖井范围内的正洞二衬混凝土施工；

步骤四：步骤三中未打设锚杆部位，在出碴结束后，在正洞对其进行喷射混凝土施工，在竖井衬砌前进行打设锚杆施工。

进一步的，在步骤一及步骤二中，小断面孔直径为1m，每次爆破的纵向深度为1m左右，井壁喷射混凝土的厚度为8cm。

进一步的，在步骤一及步骤二中，采取直接丈量已开挖小断面孔孔深与已知设计井深进行比较，从而确定正洞二衬顶部剩余岩层厚度。

进一步的，在步骤三中，每次爆破后小断面孔孔口周围标高应低于竖井周边底面20cm，井壁喷射混凝土的厚度为8cm，以150×150cm梅花形布置在竖井侧壁打设3m长的φ22砂浆锚杆。

进一步的，在步骤三中，施工中直接丈量剩余小断面孔孔深，确定竖井底部距正洞拱顶的岩层厚度。

进一步的，在步骤三中，每次爆破后均将竖井底面虚碴清理干净。