CN114319444B - 竖井建造施工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种竖井建造施工方法及装置，其中，竖井建造施工方法包括如下步骤：将待开挖竖井划分为中心开挖区域及围绕在中心开挖区域外侧的外周开挖区域；对外周开挖区域进行开挖，并将外侧结构和内侧结构下沉至外周开挖区域中；对中心开挖区域进行开挖，拆除内侧结构；且在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度大于等于外周开挖区域的开挖面高度；对外周开挖区域的井底进行封底；对中心开挖区域的井底进行封底。另外，该施工配套一种新型的掘进装置。本发明解决了现有技术中深大竖井施工难度高、安全隐患大、开挖效率低、造价高的问题。

Description

竖井建造施工方法及装置

技术领域

本发明是关于竖井开挖技术领域，尤其涉及一种竖井建造施工方法及装置。

背景技术

当前深大竖井施工存在开挖土速度慢，机械化程度低，施工人员安全风险大，施工成本高等不足。大直径、超大直径断面竖井一次开挖成形的掘进机制造难度大，在运输、组装、拆机、动力配套等方面带来成本浪费，同时安拆效率低、功耗大，施工机械设备复杂，施工大直径竖井造价较高。特别是针对城市内施工，场地的限制导致对掘进机的尺寸和运行方式和开挖效率要求更高。同时，目前大直径竖井施工方法仍为全断面开挖方式，若施工中发生坑底突涌、坑壁坍塌，由于竖井直径大，来不及回填，事故难以处理，施工风险大。亟需一种配套的竖井掘进机械及经济适用的深大竖井机械化施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竖井建造施工方法及装置，解决了现有技术中深大竖井施工难度高、安全隐患大、开挖效率低、造价高的问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种竖井建造施工方法，包括如下步骤：

将待开挖竖井划分为中心开挖区域及围绕在中心开挖区域外侧的外周开挖区域；

对外周开挖区域进行开挖，并将环形的外侧结构和环形的内侧结构下沉至外周开挖区域中；外侧结构和内侧结构之间形成外周开挖区域，内侧结构的内侧形成中心开挖区域；

对中心开挖区域进行开挖，拆除内侧结构；且在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度大于等于外周开挖区域的开挖面高度；

对外周开挖区域的井底进行封底；

对中心开挖区域的井底进行封底。

在本发明的一较佳实施方式中，在外周开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再对中心开挖区域进行开挖；或者在对外周开挖区域的开挖过程中，同时对中心开挖区域进行开挖。

在本发明的一较佳实施方式中，开挖外周开挖区域并下沉外侧结构和内侧结构，包括如下步骤：

外侧结构包括多环外侧预制管节，内侧结构包括多环内侧预制管节，利用第一掘进装置在外周开挖区域内向下开挖，并将多环外侧预制管节依次沿其轴向逐环拼装，将多环内侧预制管节依次沿其轴向逐环拼装；或者外侧结构和内侧结构均为现浇混凝土结构，利用第一掘进装置在外周开挖区域内向下开挖，并采用现场浇筑方式建造外侧结构和内侧结构；

已建造好的外侧结构和已建造好的内侧结构随着第一掘进装置开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的外侧结构的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高。

在本发明的一较佳实施方式中，外侧结构和内侧结构均为预制管节或均为现浇混凝土结构，开挖外周开挖区域并下沉外侧结构和内侧结构，包括如下步骤：

建造底部的外侧结构；

建造底部的内侧结构；

在外侧结构和内侧结构之间安装第一掘进装置；

第一掘进装置在外周开挖区域内向下开挖；已建造好的外侧结构和已建造好的内侧结构随着第一掘进装置开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的外侧结构的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高。

在本发明的一较佳实施方式中，在安装第一掘进装置之后进行开挖之前，还包括如下步骤：向已建造好的外侧结构和已建造好的内侧结构之间注入初始泥浆；

在第一掘进装置开挖过程中，外周开挖区域内的泥浆经第一掘进装置中的排浆泵进入地面上的泥水分离装置，经泥水分离装置处理后的泥浆再进入外周开挖区域内形成循环出渣。

在本发明的一较佳实施方式中，在对中心开挖区域的开挖过程中，同时将中心开挖区域中已开挖区域周围的内侧结构拆除；或者在中心开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再将所有内侧结构全部进行拆除。

在本发明的一较佳实施方式中，在第一掘进装置开挖的同时已建造好的外侧结构和已建造好的内侧结构在重力作用下自动向下下沉；在第一掘进装置开挖的同时，向已建造好的外侧结构的外侧面和已建造好的内侧结构的内侧面均注入助沉剂。

本发明还提供一种竖井建造施工装置，包括：

第一掘进装置，用于对待开挖竖井的外周开挖区域进行开挖；

环形的外侧结构，下沉至外周开挖区域中；

环形的内侧结构，下沉至外周开挖区域中；外侧结构同心套设在内侧结构的外侧，外侧结构和内侧结构之间形成外周开挖区域，内侧结构的内侧形成中心开挖区域；

第二掘进装置，用于对中心开挖区域进行开挖；且在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度大于等于外周开挖区域的开挖面高度。

在本发明的一较佳实施方式中，外侧结构包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构；内侧结构包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构；竖井建造施工装置还包括井口圈梁、龙门架、吊装装置、压注装置和地面控制室；井口圈梁位于外侧结构的外周，龙门架搭设在井口圈梁上，吊装装置安装在龙门架上；压注装置用于向外侧结构的外侧面和内侧结构的内侧面注入助沉剂；地面控制室与第一掘进装置、第二掘进装置、吊装装置和压注装置均电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，第一掘进装置包括至少一个掘进机；

在相应高度的外侧结构和内侧结构上均设有环形的导轨，在掘进机的两侧均设有车轮，车轮配套设有驱动装置，车轮安装在导轨上；通过驱动装置驱动车轮动作，能带动掘进机沿导轨周向旋转；

或者，在龙门架上安装有环形的导轨，掘进机通过吊装结构能滑动地安装在导轨上；通过驱动吊装结构沿导轨滑动，能带动掘进机沿导轨周向旋转。

由上所述，本发明的竖井建造施工方法及装置，将待开挖竖井划分为外周开挖区域和中心开挖区域，采用分区域开挖的方式，相较于现有一次开挖成型的掘进设备采用全断面开挖方式而言，外周开挖区域和中心开挖区域所用掘进装置体积更小，制造难度更低，在运输、组装、拆机等方面效率更高，造价低，施工难度低，开挖效率高。同时，在外周开挖区域施工时，紧跟着完成外侧永久支护和内侧临时支护，可有效减少坑侧壁坍塌的风险；针对地质较好的情况，在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度可以大于或等于外周开挖区域的开挖面高度，开挖方式更加灵活；针对不良地质的情况，可以在外周开挖区域的开挖过程中，保证中心开挖区域的开挖面高度始终大于外周开挖区域的开挖面高度，保证外周开挖区域开挖至竖井井底设计标高前，中心开挖区域始终存在未开挖土体，可有效减小坑底隆起、突涌风险，确保施工安全。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的竖井在施工过程中的结构示意图。

图2：为图1中A处的局部放大图。

图3：为图1中沿B-B的剖视图。

图4：为本发明提供的竖井建造完成后的结构示意图。

附图标号说明：

1、外侧结构；11、永久刃角；12、外侧预制管节；

2、内侧结构；21、临时刃角；22、内侧预制管节；

3、临时支撑；

4、初始泥浆；

5、第一掘进装置；51、掘进机；511、掘进主体；512、回转装置；513、机械悬臂；514、截割头；515、排浆泵；52、车轮；53、线路；

6、导轨；

7、第二掘进装置；71、抓斗；

81、泥浆池；811、第一泥浆管；82、地面控制室；83、井口圈梁；84、龙门架；85、吊装装置；86、压注装置；861、注浆管；

91、外周封底；92、中心封底。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

如图1至图4所示，本申请提供一种竖井建造施工方法，包括如下步骤：

将待开挖竖井划分为中心开挖区域及围绕在中心开挖区域外侧的外周开挖区域；

对外周开挖区域进行开挖，并将环形的外侧结构1和环形的内侧结构2下沉至外周开挖区域中；外侧结构1和内侧结构2之间形成外周开挖区域，内侧结构2的内侧形成中心开挖区域；

对中心开挖区域进行开挖，拆除内侧结构2；且在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度大于等于外周开挖区域的开挖面高度；

对外周开挖区域的井底进行封底；

对中心开挖区域的井底进行封底。

由此，本实施例中的竖井建造施工方法，将待开挖竖井划分为外周开挖区域和中心开挖区域，采用分区域开挖的方式，相较于现有一次开挖成型的掘进设备采用全断面开挖方式而言，外周开挖区域和中心开挖区域所用掘进装置体积更小，制造难度更低，在运输、组装、拆机等方面效率更高，造价低，施工难度低，开挖效率高。同时，在外周开挖区域施工时，紧跟着完成外侧永久支护和内侧临时支护，可有效减少坑侧壁坍塌的风险；针对地质较好的情况，在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度可以大于或等于外周开挖区域的开挖面高度，开挖方式更加灵活；针对不良地质的情况，可以在外周开挖区域的开挖过程中，保证中心开挖区域的开挖面高度始终大于外周开挖区域的开挖面高度，保证外周开挖区域开挖至竖井井底设计标高前，中心开挖区域始终存在未开挖土体，可有效减小坑底隆起、突涌风险，确保施工安全。

在具体实现方式中，根据土体状况的不同和实际情况可采用如下三种开挖方式：

第一种开挖方式：在外周开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再对中心开挖区域进行开挖。

第二种开挖方式：在对外周开挖区域的开挖过程中，同时对中心开挖区域进行开挖，且中心开挖区域的开挖面高度大于外周开挖区域的开挖面高度。

第三种开挖方式：在对外周开挖区域的开挖过程中，同时对中心开挖区域进行开挖，且中心开挖区域的开挖面高度等于外周开挖区域的开挖面高度。

其中，第一种开挖方式和第二种开挖方式，对各种地质状况均适用，尤其针对开挖深大竖井且地质状况不好的情形。这两种开挖方式，通过小型掘进装置先施工深大竖井的外周开挖区域，紧跟着完成竖井外侧永久支护、内侧临时支护；在外周开挖区域开挖至竖井井底设计标高后或者外周开挖区域开挖一定深度但并未达到设计标高时，再施工竖井的中心开挖区域。分步开挖深大竖井，融入先对外周支护后再对中心开挖区域开挖的理念，在外周开挖区域开挖及支护时，竖井中心开挖区域的土体未开挖可减小深大竖井坍塌及坑底隆起、突涌风险，即便施工不当或特殊原因导致井壁坍塌，由于竖井中心开挖区域未开挖，可在短时间内快速将竖井外周开挖区域回填，避免大直径竖井坍塌给周围建构筑物带来灾难性后果，确保整个竖井在安全可控的条件下完成开挖。

第三种开挖方式主要适用于地质情况较好不易出现坑底隆起、突涌风险的情形，采用分区域开挖，施工难度低。

进一步地，由于一般地下水位相对较高，对外周开挖区域和中心开挖区域进行封底可以保证后续施工顺利进行，防止地下水渗出。针对具体开挖方式的不同，进行封底时可以采用如下两种方式：

第一种封底方式：在外周开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，先对外周开挖区域的井底进行封底；然后在中心开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再对中心开挖区域的井底进行封底。

此种封底方式主要适用于上述第一种开挖方式和第二种开挖方式，在外周开挖区域开挖完成后，先对外周及时做封底，可以减少外周开挖区域的坑底土体暴露时间，有效减小施工风险，施工操作更加安全。

第二种封底方式：在外周开挖区域和中心开挖区域的开挖深度均达到竖井井底设计标高后，再对外周开挖区域的井底和中心开挖区域的井底一起进行封底。

此种封底方式可以适用于上述第一种开挖方式、第二种开挖方式和第三种开挖方式，由于主要采用浇筑混凝土的方式进行封底，对外周开挖区域的井底和中心开挖区域的井底一起进行封底，封底施工效率更高。

实际应用中，综合考虑施工效率和施工安全性，第一种开挖方式更优选采用第一种封底方式；第二种开挖方式中，中心开挖区域的开挖面高度与外周开挖区域的开挖面高度差别较大时，优选采用第一种封底方式；第二种开挖方式中，中心开挖区域的开挖面高度与外周开挖区域的开挖面高度差别较小时，优选采用第二种封底方式；第三种开挖方式更优选采用第二种封底方式。可以理解，在对外周开挖区域封底前，会将相应的掘进装置取出；对中心开挖区域封底前，会将相应的掘进装置取出，将内侧结构2全部拆除。

进一步地，对外侧结构1和内侧结构2进行建造时优选采用边下沉边建造的方式，建造时可采用如下两种方式：

第一种建造方式：开挖外周开挖区域并下沉外侧结构1和内侧结构2，包括如下步骤：

外侧结构1包括多环外侧预制管节12，内侧结构2包括多环内侧预制管节22，利用第一掘进装置5在外周开挖区域内向下开挖，并将多环外侧预制管节12依次沿其轴向逐环拼装，将多环内侧预制管节22依次沿其轴向逐环拼装；或者外侧结构1和内侧结构2均为现浇混凝土结构，利用第一掘进装置5在外周开挖区域内向下开挖，并采用现场浇筑方式建造外侧结构1和内侧结构2；

已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2随着第一掘进装置5开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的外侧结构1的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高。

此种方式中，主要适用于地下水较少，不采用泥浆循环出渣，也无需利用外侧结构1和内侧结构2安装第一掘进装置5的情况，利用第一掘进装置5由地表开始向下开挖，开挖后再逐环拼装外侧预制管节12和内侧预制管节22，或者开挖后再不断现浇形成外侧结构1和内侧结构2。

第二种建造方式：外侧结构1和内侧结构2均为预制管节或均为现浇混凝土结构，开挖外周开挖区域并下沉外侧结构1和内侧结构2，包括如下步骤：

建造底部的外侧结构1；

建造底部的内侧结构2；

在外侧结构1和内侧结构2之间安装第一掘进装置5；

第一掘进装置5在外周开挖区域内向下开挖；已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2随着第一掘进装置5开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的外侧结构1的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高。

此种方式中，先建造底部的外侧结构1和底部的内侧结构2，可方便对第一掘进装置5进行安装定位。此种方式既可以适用于地下水较少的情形，此时无需采用泥浆循环出渣；也可以适用于地下水较多的情形，此时需要采用泥浆循环出渣。应用于地下水较多的情况时，在安装第一掘进装置5之后进行开挖之前，还包括如下步骤：向已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2之间注入初始泥浆4。在第一掘进装置5开挖过程中，外周开挖区域内的泥浆经第一掘进装置5中的排浆泵515进入地面上的泥水分离装置，经泥水分离装置处理后的泥浆再进入外周开挖区域内形成循环出渣。采用泥浆循环出渣的方式，可在地下水较多的地层中正常挖掘，施工操作简单。

这里的泥水分离装置通过第一泥浆管811与外周开挖区域连通，并通过第二泥浆管与排浆泵515连接。泥水分离装置例如可以采用泥浆池81，泥浆经排浆泵515和第二泥浆管进入泥浆池81后可以自动沉淀，底部沉积的土渣利用抓斗清理，上部的泥水通过第一泥浆管811再进入外周开挖区域中，此种情况下在第一泥浆管811上还会设有循环泵，以便于将泥水泵送至外周开挖区域中，形成泥水循环。或者，泥水分离装置也可以采用现有的泥水分离机，放置在地面上，泥浆经排浆泵515和第二泥浆管进入泥水分离机后，泥水分离机对泥浆进行过滤处理，过滤处理后的泥浆经第一泥浆管811重新进入外周开挖区域中，形成泥水循环。

可以理解，初始泥浆4的高度应大于第一掘进装置5的高度；而且，采用上述第二种开挖方式时，应保证中心开挖区域的开挖面高度大于初始泥浆4的高度。一般在建造底部的外侧结构1之前，会先建造永久刃角11，底部的外侧结构1在永久刃角11的顶部进行建造，永久刃角11也构成外侧结构1的一部分；在建造底部的内侧结构2之前，会先建造临时刃角21，底部的内侧结构2在临时刃角21的顶部进行建造，临时刃角21也构成内侧结构2的一部分；刃角可以采用预制管节，也可以采用现浇混凝土结构，且刃角的底端为为刃状，可以起到切削土体的作用，更利于下沉。

此种方式，可以直接在地层表面开始建造底部的外侧结构1和内侧结构2，之后利用第一掘进装置5由地表开始向下开挖。或者，也可以先向下开挖一段，然后在开挖井内建造底部的外侧结构1和内侧结构2，并保证底部的外侧结构1的高度高出地表；之后利用第一掘进装置5由开挖井的坑底向下开挖。

一般第一种建造方式和第二种建造方式中，已建造好的外侧结构1和内侧结构2向下下沉时，若外侧结构1采用预制管节，每次在已拼好的外侧预制管节12的顶部可以再拼装一环外侧预制管节12，也可以再拼装多环外侧预制管节12；若外侧结构1采用现浇混凝土结构，每次在已建造好的外侧结构1的顶部继续加高时，新浇筑的混凝土结构的高度可以与前一次浇筑的混凝土结构的高度相同，也可以不同；具体根据实际施工需要而定。另外，在建造外侧结构1和内侧结构2之前，还会在待开挖竖井的外周制作井口圈梁83(或称为锁口及设备基础)，以便于安装相应的设备，保证设备的稳定性。对于直接由地层表面开始建造外侧结构1和内侧结构2的方式，可以在地表先开挖出环形槽，然后在环形槽内浇筑混凝土的方式形成井口圈梁83。对于先向下开挖一段的情况，可以在开挖井内的外周浇筑混凝土来形成井口圈梁83。

上述提到的预制管节，可以是由多块预制管片拼装成的环形结构，也可以是一体成型的整环预制结构；上述提到的现浇混凝土结构是采用现场浇筑方式形成的环形结构，在竖井施工过程中在顶部现浇混凝土来形成外侧结构1和内侧结构2，现浇的方式防水效果更好，耐磨性更好，且整体性更好。具体采用预制或现浇，根据实际需要进行选择。

进一步地，在第一掘进装置5的开挖过程中，当已建造好的内侧结构2与中心开挖区域的开挖面之间的高度差小于预设值时，在已建造好的内侧结构2的顶部继续加高。也即，已建造好的内侧结构2始终略高于中心开挖区域的开挖面，在已建造好的内侧结构2高度将要低于还未低于中心开挖区域的开挖面高度时就要在已建造好的内侧结构2顶部继续加高，以对中心开挖区域的土体进行及时支护，防止中心区域的土体出现坍塌的风险。

同样，若内侧结构2采用预制管节，每次在已拼好的内侧预制管节22的顶部可以再拼装一环内侧预制管节22，也可以再拼装多环内侧预制管节22；若内侧结构2采用现浇混凝土结构，每次在已建造好的内侧结构2的顶部继续加高时，新浇筑的混凝土结构的高度可以与前一次浇筑的混凝土结构的高度相同，也可以不同；具体根据实际施工需要而定。

进一步地，在第一掘进装置5的开挖过程中，可以在已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2之间搭设临时支撑3，以保证结构更加稳定。具体根据竖井开挖的深度可设置临时支撑3或不设置。

进一步地，对内侧结构2拆除时，可以有如下两种方式：

第一种内侧结构拆除方式：在对中心开挖区域的开挖过程中，同时将中心开挖区域中已开挖区域周围的内侧结构2拆除。

此种拆除方式，主要适用于上述第一种开挖方式和第二种开挖方式，对中心开挖区域开挖的同时边拆除部分内侧结构2，不仅内侧结构2拆除方便，且施工效率更高。

第二种内侧结构拆除方式：在中心开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再将所有内侧结构2全部进行拆除。

此种拆除方式，可以适用于上述第一种开挖方式、第二种开挖方式和第三种开挖方式，由于竖井较深，一般第一种开挖方式和第二种开挖方式均优选采用第一种内侧结构拆除方式；第三种开挖方式优选采用第二种内侧结构拆除方式。

进一步地，对于外侧结构1和内侧结构2的下沉方式，可以采用相应的设备推动的方式实现下沉。在更优选的方式中，在第一掘进装置5开挖的同时已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2在重力作用下自动向下下沉，施工操作更加简化。优选地，在第一掘进装置5开挖的同时，向已建造好的外侧结构1的外侧面和已建造好的内侧结构2的内侧面均注入助沉剂，更有助于自动下沉。当然，若外侧结构1和内侧结构2自动下沉流畅，也可以不注入助沉剂。

为了更好地了解本发明的施工方法，以下以几个具体的实施例为例来进行举例说明。

实施例1

S1、平整场地，在场地相应位置开挖好泥浆池81，搭设好龙门架84，地面控制室82及压注装置86等进场准备完毕；先向下开挖一段，在开挖井内的外周施工完成井口圈梁83。

S2、在井口地表以上采用吊装装置85沿着竖井外环四周先拼装一环永久刃角11，然后在永久刃角11的顶部拼装多环外侧预制管节12至高出地表一定高度；沿着竖井内环先拼装一环临时刃角21，然后在临时刃角21的顶部拼装多环内侧预制管节22至高出坑底一定高度；在相应高度的外侧预制管节12和内侧预制管节22上安装导轨6，并安装好第一掘进装置5，该第一掘进装置5的两侧具有车轮52，可以沿导轨6周向旋转；在第一掘进装置5周围注入初始泥浆4，第一掘进装置5经过线路53与地面控制室82连接。其中，永久刃角11和临时刃角21的底端平齐。

S3、启动第一掘进装置5向下开挖，开挖过程中外周开挖区域内的泥浆经排浆泵515进入泥浆池81，经泥浆池81沉淀后，上部的泥水再进入外周开挖区域内形成循环出渣；掘进开挖同时各外侧预制管节12和各内侧预制管节22在重力作用下自动向下下沉，下沉的同时启动压注装置86在外侧预制管节12的外侧面及内侧预制管节22的内侧面注入膨润土等润滑剂助沉；

S4、掘进下沉满足一环外侧预制管节12的高度时，采用吊装装置85在大直径竖井顶部外环再拼装一环外侧预制管节12，并采用吊装装置85在大直径竖井顶部内环再拼装一环内侧预制管节22；

S5、重复步骤S3-S4，直至开挖施工至竖井井底设计标高；并在步骤S5中，第一掘进装置5向下开挖一定高度后，在外侧预制管节12和内侧预制管节22之间搭设临时支撑3。

S6、竖井封底：首先对大直径竖井的外周开挖区域施作封底(即外周封底91)，然后采用第二掘进装置7开挖完成大直径竖井井底以上中心开挖区域的土体，并边开挖边拆除该段内侧预制管节22；最后对大直径竖井的中心开挖区域施作完成剩余封底(即中心封底92)，如图4所示。

该实施例具体是采用上述的第一种开挖方式、第一种封底方式、第二种建造方式且外侧结构1和内侧结构2均为预制管节、第一种内侧结构拆除方式。

实施例2

该实施例的步骤S1-S4与实施例1中的步骤S1-S4完全相同，该实施例在步骤S4之后的步骤具体如下：

S5、重复步骤S3-S4，直至开挖施工竖井一定深度；

S6、采用第二掘进装置7开挖大直径竖井中心开挖区域的土体，并拆除该段相应的内侧预制管节22；大直径竖井中心开挖区域土体的开挖速度与圆环四周的第一掘进装置5向下掘进速度保持一致；

S7、重复步骤S3、S4和S6，直至开挖施工至竖井井底设计标高；

S8、竖井封底：首先对大直径竖井的外周开挖区域施作封底(即外周封底91)；其次采用第二掘进装置7开挖完成大直径竖井中心开挖区域的剩余部分土体，并拆除完毕该段相应内侧预制管节22；最后对大直径竖井的中心开挖区域施作完成剩余封底(即中心封底92)，如图4所示。

该实施例具体是采用上述的第二种开挖方式、第一种封底方式、第二种建造方式且外侧结构1和内侧结构2均为预制管节、第一种内侧结构拆除方式。

实施例3

该实施例的步骤S1-S2与实施例1中的步骤S1-S2完全相同，该实施例在步骤S2之后的步骤具体如下：

S3、启动第一掘进装置5向下开挖，开挖过程中外周开挖区域内的泥浆经排浆泵515进入泥浆池81，经泥浆池81沉淀后，上部的泥水再进入外周开挖区域内形成循环出渣；掘进开挖同时各外侧预制管节12和各内侧预制管节22向下下沉，下沉的同时启动压注装置86在外侧预制管节12的外侧面及内侧预制管节22的内侧面注入膨润土等润滑剂助沉；同时，启动第二掘进装置7在中心开挖区域向下开挖，第二掘进装置7的开挖高度与第一掘进装置5的开挖高度保持一致；

S4、掘进下沉满足一环外侧预制管节12的高度时，采用吊装装置85在大直径竖井顶部外环再拼装一环外侧预制管节12；由于中心开挖区域的开挖面高度与外周开挖区域的开挖面高度一致，因此，内侧预制管节22下沉时，在已拼好的内侧预制管节22顶部无需再继续拼装内侧预制管节22。

S5、重复步骤S3-S4，直至开挖施工至竖井井底设计标高；

S6、竖井封底：先将内侧预制管节22全部拆除，然后对大直径竖井的外周开挖区域和中心开挖区域一起施作封底。

该实施例具体是采用上述的第三种开挖方式、第二种封底方式、第二种建造方式且外侧结构1和内侧结构2均为预制管节、第二种内侧结构拆除方式。

实施例4

该实施例与实施例1的不同之处在于，在步骤S2中，采用现场浇筑混凝土方式形成底部的外侧结构1，采用现浇混凝土方式形成底部的内侧结构2；在步骤S4中，掘进下沉满足一定高度时，采用现场浇筑混凝土方式在大直径竖井顶部外环继续加高，并在大直径竖井顶部内环继续加高。其余步骤与实施例1的步骤完全相同，在此不再赘述。

该实施例具体是采用上述的第一种开挖方式、第一种封底方式、第二种建造方式且外侧结构1和内侧结构2均为现浇混凝土结构、第一种内侧结构拆除方式。

需要说明的是，本发明的施工方法并不局限于上述实施例，上述提到的各种开挖方式、各种封底方式，各种建造方式以及各种内侧结构拆除方式，根据实际施工需要可以任意组合施工，上述的实施例1、实施例2、实施例3和实施例4仅为举例说明。

综上，本申请的竖井建造施工方法具有如下优点：

(1)通过小型掘进机即可建造大直径竖井结构，避免建造大型竖井掘进机造价昂贵；(2)开挖过程中通过预先开挖井壁四周并施工外侧永久支护、内侧临时支护、泥浆护壁，再开挖大直径竖井中部土体，大大降低施工风险，避免竖井井壁坍塌、井底隆起；并且开挖过程中秉持先开挖大直径竖井四周，后开挖中心开挖区域土体的原则，即便因地质或操作不当引发竖井坑壁局部坍塌也可实现在短时间内快速将大直径竖井回填，达到快速控制事故的目的，避免事故扩大，给周围建构筑物带来难以挽回的损失。(3)充分利用了地下空间，尤其是不宜大面积开挖地面的道路、公园等区域；该施工方法不仅可以用于建造大型竖井停车场，还可以用于建造其他任意类型的大型竖井，施工难度低，且施工更加安全；(4)整个深大竖井采用机械化建造，施工效率高、安全性好。

实施方式二

如图1至图4所示，本申请还提供一种竖井建造施工装置，包括：

第一掘进装置5，用于对待开挖竖井的外周开挖区域进行开挖；

环形的外侧结构1，下沉至外周开挖区域中；

环形的内侧结构2，下沉至外周开挖区域中；外侧结构1套设在内侧结构2的外侧，外侧结构1和内侧结构2之间形成外周开挖区域，内侧结构2的内侧形成中心开挖区域；

第二掘进装置7，用于对中心开挖区域进行开挖；且在外周开挖区域的开挖过程中，中心开挖区域的开挖面高度大于等于外周开挖区域的开挖面高度。

可以理解，外侧结构1和内侧结构2的数量均为一个，外侧结构1和内侧结构2的底端平齐；优选外侧结构1与内侧结构2同心套设；中心开挖区域和外周开挖区域的数量也是一个，中心开挖区域的断面为圆形，外周开挖区域的断面为环形，中心开挖区域的开挖面和外周开挖区域的开挖面构成整个待开挖竖井的开挖面。竖井建造施工装置的工作原理以及有益效果与实施方式一的竖井建造施工方法相同，在此不再赘述。

更具体地，外侧结构1包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构，内侧结构2包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构。具体建造方式可以按照上述实施方式一中提到的任意方式，在此不再赘述。

进一步地，竖井建造施工装置还包括泥水分离装置；泥水分离装置通过第一泥浆管811与外周开挖区域连通，并通过第二泥浆管与第一掘进装置5中的排浆泵515连接。泥水分离装置的数量可以根据需要而定，泥水分离装置可以采用实施方式一中提到的泥浆池81或者泥水分离机，采用泥浆循环出渣的方式，可以在地下水较多的地层中正常挖掘，施工操作简单。

进一步地，竖井建造施工装置还包括井口圈梁83、龙门架84、吊装装置85、压注装置86和地面控制室82；井口圈梁83位于外侧结构1的外周，龙门架84搭设在井口圈梁83上；吊装装置85安装在龙门架84上，用于拼装外侧结构1和内侧结构2，还可以用于吊装其他装置；压注装置86用于向外侧结构1的外侧面和内侧结构2的内侧面注入助沉剂；地面控制室82与第一掘进装置5、第二掘进装置7、吊装装置85和压注装置86均电连接。

其中，龙门架84为环形的架体结构。吊装装置85可以采用吊机，其数量可以为一个或多个，该吊机的结构为现有结构，其包括钢丝绳，在钢丝绳前端设置吊钩，配套设置电机动力装置通过滑轮驱动钢丝绳吊装。压注装置86的数量可以为一个或多个，该压注装置86的结构为现有结构，其具有设置注浆泵，注浆泵与各管片后的注浆管861连接；用于向外侧结构1的外侧面注入助沉剂的压注装置86可以放置在井口圈梁83上，用于向内侧结构2的内侧面注入助沉剂的压注装置86可以放置在中心开挖区域的未开挖土体上。地面控制室82的数量可以共设有一个，也可以设有多个，以用于控制吊装装置85的动作，用于控制压注装置86的动作，用于控制第一掘进装置5的开挖动作和排浆泵515的动作，用于控制第二掘进装置7的动作。

进一步地，第一掘进装置5包括至少一个掘进机51，该掘进机51能在外周开挖区域内周向旋转一层一层向下开挖。既可以利用掘进机51先向下开挖预设深度，然后将掘进机51在外周开挖区域内不断周向旋转开挖，直至完成该层一周的开挖，不断重复，实现一层一层向下开挖；或者，也可以利用掘进机51边向下开挖边在外周开挖区域内周向旋转开挖，实现一层一层向下开挖。具体开挖过程根据需要而定。

具体地，掘进机51为小型掘进机，包括掘进主体511以及位于掘进主体511底部的开挖刀具，该开挖刀具可以包括至少一个机械悬臂513和设在对应机械悬臂513底端的截割头514，掘进主体511底部设有回转装置512和摆臂装置，机械悬臂513的上端与回转装置512的转动部分铰接，摆臂装置的上端与回转装置512的转动部分铰接，其下端与机械悬臂513铰接，并能驱动机械悬臂513沿回转装置512的径向摆动，上述的排浆泵515安装在机械悬臂513上。在掘进机51的开挖过程中，该截割头514既可以径向摆动开挖，也可以随回转装置512旋转进行旋转开挖。或者，开挖刀具也可以采用滚筒刀头，该滚筒刀头的长度沿竖井的径向设置，并与外周开挖区域的水平宽度相同，上述的排浆泵515安装在滚筒刀头的附近，掘进机51开挖时只需滚筒刀头沿外周开挖区域的周向旋转，对竖井四周开挖即可。

对掘进机51的安装可以采用如下两种方式：

第一种安装方式：如图2和图3所示，在相应高度的外侧结构1和内侧结构2上均设有环形的导轨6，在掘进机51的两侧均设有车轮52，车轮52配套设有驱动装置，车轮52安装在导轨6上；通过驱动装置驱动车轮52动作，能带动掘进机51沿导轨6周向旋转。

此种方式，一般在建造完成上述底部的外侧结构1和底部的内侧结构2后，在底部的外侧结构1和底部的内侧结构2上安装导轨6。在掘进过程中，已建造好的外侧结构1、已建造好的内侧结构2和掘进机51可以在重力作用下一起下沉。由于掘进机51相对较重，依靠自身重力可以实现与外侧结构1和内侧结构2的轴向固定。在一可选的实施例中，可以在掘进机51上增加配重块，增加掘进机51的重力，以保证掘进过程中的稳定性。

掘进机51可采用一台沿着竖井四周导轨6循环开挖，或多台均布在竖井四周沿着导轨6顺时针或逆时针循环开挖，也可多台在各自均分区域内沿导轨6循环往复开挖。图3所示为四台掘进机51分布在a、b、c、d四个区域内，四台掘进机51沿着大直径竖井管片内侧导轨6在各自区域内循环往复开挖。

第二种安装方式：在龙门架84上安装有环形的导轨6，掘进机51通过吊装结构能滑动地安装在导轨6上；通过驱动吊装结构沿导轨6滑动，能带动掘进机51沿导轨6周向旋转。此种方式，掘进机51悬挂在龙门架84上，吊装结构可以采用吊机的形式，具有钢丝绳和滑轮，该滑轮安装在导轨6上并能沿导轨6滑动。在掘进过程中，已建造好的外侧结构1和已建造好的内侧结构2可以在重力作用下一起下沉，然后调节钢丝绳下降，使得掘进机51向下下沉。

当然，掘进机51的安装方式不局限于上述两种方式，也可以采用其他方式，本实施例仅为举例说明。

对于上述的第二掘进装置7例如可以采用抓斗71或掘进机，也可以采用其他的掘进设备，数量可以为一个也可以为多个，对中心开挖区域进行开挖时可以采用现有任意开挖方式，本发明对此不进行限定。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种竖井建造施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待开挖竖井划分为中心开挖区域及围绕在所述中心开挖区域外侧的外周开挖区域；

对所述外周开挖区域进行开挖，并将环形的外侧结构和环形的内侧结构下沉至所述外周开挖区域中；所述外侧结构和所述内侧结构之间形成所述外周开挖区域，所述内侧结构的内侧形成所述中心开挖区域；

对所述中心开挖区域进行开挖，拆除所述内侧结构；且在所述外周开挖区域的开挖过程中，所述中心开挖区域的开挖面高度大于等于所述外周开挖区域的开挖面高度；

对所述外周开挖区域的井底进行封底；

对所述中心开挖区域的井底进行封底；

其中，开挖所述外周开挖区域并下沉所述外侧结构和所述内侧结构，包括如下步骤：

所述外侧结构包括多环外侧预制管节，所述内侧结构包括多环内侧预制管节，利用第一掘进装置在所述外周开挖区域内向下开挖，并将多环所述外侧预制管节依次沿其轴向逐环拼装，将多环所述内侧预制管节依次沿其轴向逐环拼装；或者所述外侧结构和所述内侧结构均为现浇混凝土结构，利用第一掘进装置在所述外周开挖区域内向下开挖，并采用现场浇筑方式建造所述外侧结构和所述内侧结构；

已建造好的所述外侧结构和已建造好的所述内侧结构随着所述第一掘进装置开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的所述外侧结构的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高。

2.如权利要求1所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在所述外周开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再对所述中心开挖区域进行开挖；或者在对所述外周开挖区域的开挖过程中，同时对所述中心开挖区域进行开挖。

3.如权利要求1所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在对所述中心开挖区域的开挖过程中，同时将所述中心开挖区域中已开挖区域周围的内侧结构拆除；或者在所述中心开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再将所有内侧结构全部进行拆除。

4.如权利要求1所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在所述第一掘进装置开挖的同时已建造好的所述外侧结构和已建造好的所述内侧结构在重力作用下自动向下下沉；

在所述第一掘进装置开挖的同时，向已建造好的所述外侧结构的外侧面和已建造好的所述内侧结构的内侧面均注入助沉剂。

5.一种竖井建造施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待开挖竖井划分为中心开挖区域及围绕在所述中心开挖区域外侧的外周开挖区域；

对所述外周开挖区域进行开挖，并将环形的外侧结构和环形的内侧结构下沉至所述外周开挖区域中；所述外侧结构和所述内侧结构之间形成所述外周开挖区域，所述内侧结构的内侧形成所述中心开挖区域；

对所述中心开挖区域进行开挖，拆除所述内侧结构；且在所述外周开挖区域的开挖过程中，所述中心开挖区域的开挖面高度大于等于所述外周开挖区域的开挖面高度；

对所述外周开挖区域的井底进行封底；

对所述中心开挖区域的井底进行封底；

其中，所述外侧结构和所述内侧结构均为预制管节或均为现浇混凝土结构，开挖所述外周开挖区域并下沉所述外侧结构和所述内侧结构，包括如下步骤：

建造底部的外侧结构；

建造底部的内侧结构；

在所述外侧结构和所述内侧结构之间安装第一掘进装置；

所述第一掘进装置在所述外周开挖区域内向下开挖；已建造好的所述外侧结构和已建造好的所述内侧结构随着所述第一掘进装置开挖的同时向下下沉，然后在已建造好的所述外侧结构的顶部继续加高，直至开挖深度达到竖井井底设计标高；

其中，在安装所述第一掘进装置之后进行开挖之前，还包括如下步骤：向已建造好的所述外侧结构和已建造好的所述内侧结构之间注入初始泥浆；

在所述第一掘进装置开挖过程中，所述外周开挖区域内的泥浆经所述第一掘进装置中的排浆泵进入地面上的泥水分离装置，经所述泥水分离装置处理后的泥浆再进入所述外周开挖区域内形成循环出渣。

6.如权利要求5所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在所述外周开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再对所述中心开挖区域进行开挖；或者在对所述外周开挖区域的开挖过程中，同时对所述中心开挖区域进行开挖。

7.如权利要求5或6所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在对所述中心开挖区域的开挖过程中，同时将所述中心开挖区域中已开挖区域周围的内侧结构拆除；或者在所述中心开挖区域的开挖深度达到竖井井底设计标高后，再将所有内侧结构全部进行拆除。

8.如权利要求5或6所述的竖井建造施工方法，其特征在于，

在所述第一掘进装置开挖的同时已建造好的所述外侧结构和已建造好的所述内侧结构在重力作用下自动向下下沉；

在所述第一掘进装置开挖的同时，向已建造好的所述外侧结构的外侧面和已建造好的所述内侧结构的内侧面均注入助沉剂。

9.一种竖井建造施工装置，其特征在于，包括：

第一掘进装置，用于对待开挖竖井的外周开挖区域进行开挖；

环形的外侧结构，下沉至所述外周开挖区域中；

环形的内侧结构，下沉至所述外周开挖区域中；所述外侧结构套设在所述内侧结构的外侧，所述外侧结构和所述内侧结构之间形成所述外周开挖区域，所述内侧结构的内侧形成中心开挖区域；

第二掘进装置，用于对所述中心开挖区域进行开挖；且在所述外周开挖区域的开挖过程中，所述中心开挖区域的开挖面高度大于等于所述外周开挖区域的开挖面高度；

其中，所述外侧结构包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构；所述内侧结构包括沿其轴向依次拼装的多环预制管节或包括现浇混凝土结构；所述竖井建造施工装置还包括井口圈梁、龙门架、吊装装置，所述井口圈梁位于所述外侧结构的外周，所述龙门架搭设在所述井口圈梁上，所述吊装装置安装在所述龙门架上。

10.如权利要求9所述的竖井建造施工装置，其特征在于，

所述竖井建造施工装置还包括压注装置和地面控制室；所述压注装置用于向所述外侧结构的外侧面和所述内侧结构的内侧面注入助沉剂；所述地面控制室与所述第一掘进装置、所述第二掘进装置、所述吊装装置和所述压注装置均电连接。

11.如权利要求10所述的竖井建造施工装置，其特征在于，

所述第一掘进装置包括至少一个掘进机；

在相应高度的所述外侧结构和所述内侧结构上均设有环形的导轨，在所述掘进机的两侧均设有车轮，所述车轮配套设有驱动装置，所述车轮安装在所述导轨上；通过驱动装置驱动车轮动作，能带动所述掘进机沿所述导轨周向旋转；

或者，在所述龙门架上安装有环形的导轨，所述掘进机通过吊装结构能滑动地安装在所述导轨上；通过驱动所述吊装结构沿所述导轨滑动，能带动所述掘进机沿所述导轨周向旋转。