一种竖井开挖施工方法技术领域
本发明属于基坑工程施工技术领域，适用于超深竖井工程施工，主要涉及一种竖
井开挖施工方法。
背景技术
目前超深竖井结构施工问题很多，其中急需要解决的是深层地下水处理问题。如
果采用降水措施必然会对竖井周边环境产生影响，特别是城市中心区采用降水基坑开挖，
降深层承压水施工风险大，常规的措施是采用降水井、隔水帷幕及回灌并举的方法，但是对
于特深大直径竖井结构施工情形，降水量大，周边环境影响更突出，另外竖井底板和围护地
墙共同受力问题难于解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竖井开挖施工方法，以解决竖井施工过程中地下水的
影响，并解决竖井底板抗浮以及竖井结构施工问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种竖井开挖施工方法，包括以下步骤：
S1：围护地墙施工；
S2：竖井浅层开挖；
S3：在已经完成浅层开挖的竖井内注水，并在水中对竖井基坑内剩余土体部分实
施水中开挖；
S4：浇筑竖井底板，并利用竖井内水的浮力施工竖井的内衬墙；
S5：浇筑所述内衬墙和所述围护地墙之间的间隙。
可选的，所述围护地墙为钢筋混凝土结构，所述钢筋混凝土结构的施工方法包括
以下步骤：
用成槽机或铣槽机对围护地墙所在槽段位置进行铣槽或成槽施工；
将钢筋笼依次吊入槽中，浇筑混凝土形成围护地墙。
可选的，在所述S1之后和所述S2之前还包括：顶圆梁施工；所述顶圆梁位于所述围
护地墙上端，并与所述围护地墙固定。
可选的，所述浅层开挖的施工方法包括以下步骤：利用多台挖掘机对竖井内的土
体开挖。
可选的，所述水中开挖的施工方法包括以下步骤：
在竖井顶部设置钢桁架，并采用起吊设备将所述钢桁架吊起，以控制钢桁架的位
置；
在竖井内注水至所述钢桁架的下方，并利用液压变径钻机或冲抓钻对竖井基坑内
剩余土体部分实施水中开挖。
可选的，所述钢桁架为由若干H型钢焊接形成的空间桁架结构，所述空间桁架结构
上设置有若干立柱。
可选的，所述浇筑竖井底板的施工方法包括以下步骤：
分别对钢桁架的底部和外周侧安装底部模板和侧墙模板；
在所述底部模板和侧墙模板中分层、分段浇筑混凝土。
可选的，所述底部模板采用压型钢模，所述侧墙模板外侧采用钢板拼装焊接组成
环形钢模，所述侧墙模板内侧采用环形爬模，并在所述侧墙模板上设置若干栓钉。
可选的，在所述S4中，竖井基坑侧墙内侧采用爬模的方式逐节浇筑内衬墙。
可选的，在所述S4中，采用变截面支模浇筑所述内衬墙，所述变截面支模的厚度沿
所述内衬墙从上往下逐渐增大。
可选的，每节内衬墙浇筑前预先安装好钢筋网和钢绞线。
可选的，所述S5中，围护地墙和内衬墙之间的间隙分三步填充，
第一步，在围护地墙内侧对应底板封底混凝土位置及结构底板底部注入水泥浆液
形成第一填充层；
第二步，在将钢筋笼吊入围护地墙和变截面内衬墙之间的空隙，并位于所述第一
填充层上；
浇筑混凝土至所述钢筋笼中形成第二填充层；
第三步，在所述第二填充层上方的围护地墙内壁设置抗剪槽，并放入钢筋笼或者
钢桁架浇筑混凝土至顶圈梁。
可选的，所述浅层开挖的深度范围为12m-18m。
在本发明提供的竖井开挖施工方法具备以下有益效果：首先采用钢-混凝土组合
底板结构及变截面的内衬墙的结构，解决超深竖井底板和内衬墙共同受力问题和底板抗浮
能力，同时竖井结构(包括底板和内衬墙)施工依靠水的浮力并结合升降设备施工,提高施
工效率，质量可靠；其次采用不排水开挖解决了基坑开挖过程中所需要降深承压水的问题，
对周边环境影响降至最小，特别针对城市中心区域的基坑开挖施工；其次，采用不排水开
挖，缩短了围护地墙的施工深度，降低了沉槽的施工风险。
附图说明
图1是本申请一实施例的竖井开挖施工方法的流程图；
图2是本申请一实施例竖井浅层开挖的示意图；
图3是本申请一实施例竖井钢桁架施工的示意图；
图4是本申请一实施例竖井水中开挖的示意图；
图5是本申请一实施例竖井水中开挖完成后对钢桁架安装底板和侧板的示意图；
图6和图7均是本申请一实施例竖井内衬墙的施工示意图；
图8是本申请一实施例竖井内衬墙整体下沉的示意图；
图9是本申请一实施例竖井内衬墙和围护地墙之间间隙施工的示意图。
图中：1-围护地墙；11-顶圈梁；2-内衬墙；21-第一填充层；22-第二填充层；23-第
三填充层；3-土体；4-钢桁架；5-挖掘机；6-起吊设备；7-液压变径钻机。
具体实施方式
本申请的核心思想在于：对于超深竖井结构施工过程中采用不降深层承压水的施
工方法，同时依靠水的浮力并结合升降设备施工竖井内衬墙，提高施工效率，质量可靠，解
决了竖井基坑内外水压平衡，对竖井周边环境影响小；其次在围护地墙和内衬墙之间分段
填充，并在局部位置设置抗剪键，解决超深竖井底板和支护结构共同受力问题。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的竖井开挖施工方法作进一步详细说
明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用
非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目
的。
参阅图1，其示出的是本实施例的竖井开挖施工方法流程图，主要包括：围护地墙1
施工；竖井浅层开挖；竖井水中开挖；施工底板，将底板浮在水面上施工内衬墙，最后分段填
充围护地墙1和内衬墙2之间的间隙。
参阅图2，其示出的是本实施例的竖井在围护地墙1施工后，实施浅层开挖的示意
图。
其中，首先进行竖井围护地墙1的施工，竖井地墙1首先用成槽机或铣槽机对围护
地墙槽段成槽，然后将制作好的钢筋笼吊入槽中，浇筑混凝土形成围护地墙1。在围护地墙1
内侧对应基底封底混凝土位置设置凹凸槽型钢板，外粘防水橡胶材料，并在适当部位设置
注浆扩展止水橡胶囊，另外在围护地墙1接缝部位预设止水注浆管，从而防止地下水的渗
入。可选的，铣槽机为德国宝俄BC40液压双轮铣槽机。
优选的，竖井围护地墙1施工完成后进行顶圈梁11的施工，以提高竖井围护地墙1
的整体刚度，减少开挖过程中围护地墙1的变形。顶圈梁11位于围护地墙1的上端并与围护
地墙1固定在一起，可选用钢筋混凝土浇筑的方式实现。
顶圈梁11施工完成后进行竖井浅层开挖，竖井的浅层的深度范围一般为[12，18]
(可根据当地地下水位情况适当调整)，优选深度为15米。浅层开挖采用干开挖，即不在竖井
内注水，直接用多台挖掘机5配合开挖。为了方便说明，以自然地面标高为0位置，这里浅层
开挖暂且开挖至竖井-15米处。通过理论计算，对围护地墙1的水土压力较小，围护地墙1变
形小，所以施工比较安全；另外干开挖施工较快，且开挖的土易处理，在一定程度上缩短了
工期。
实施竖井水中开挖环节。水中开挖可以使用液压变径钻机7并配合泥浆处理系统
来施工，为了方便放置液压变径钻机7，并考虑后期对竖井底板的施工，首先进行钢桁架4的
施工，钢桁架4可以方便放置液压变径钻机7，也是后期对竖井底板施工的一部分。参阅图3，
其示出了本实施例的竖井安装钢桁架4的示意图。起吊设备6安置在竖井基坑周边吊起钢桁
架4，钢桁架4的平面为圆形，根据受力计算钢桁架高度设计为8米高，由若干H型钢焊接形成
空间桁架结构，钢桁架4主要由8榀桁架梁拼装，圆形四周边缘有16根钢管柱和H型钢焊接而
成。钢桁架4采用履带吊在地面拼装，拼装完成后钢桁架4端部搁置在顶圈梁上并通过液压
控制设备41起吊钢桁架4，并往基坑内注满水至钢桁架4底部。
请参阅图4，其示出了本实施例的竖井水中开挖的示意图；两台液压变径钻机5在
钢桁架4上对较深层的土体3进行水中开挖，并将开挖的泥浆抽出到地面，并由泥浆处理系
统处理，泥浆处理系统可以选用BE250泥浆处理系统。水中开挖-15米以下的土体3，一直挖
到竖井-73m处，即完成了水中开挖部分，并进行排渣，开挖完以后对竖井基坑底部以及围护
地墙1侧壁清渣、清底。也可以利用冲抓钻实施水中开挖。
接着，配合着施工底板逐节施工内衬墙2，这里的底板最终将沉到竖井底部，底板
为在钢桁架4中浇筑混凝土后的整体结构。首先，底板利用钢桁架4的结构，对钢桁架4的底
部、内外侧封模板，钢桁架4底部模板采用钢筋桁架压型钢板，钢桁架4侧墙板外侧钢模采用
10mm厚钢板拼装焊接，并在钢板的内外表面每隔相同间距焊接栓钉，提高混凝土与钢板的
握裹力，钢板作为结构中的永久组成构件(不需要等到混凝土一定强度后拆模)，内侧采用
爬模。参阅图4，可以看到钢桁架的底部模板和侧墙板已经拼装好，并在底部模板上浇筑底
板2m，浇筑侧墙板8m，为了防止下沉，可以采用适当提高水位的方法，利用水的浮力防止底
板下沉，如果水的浮力不够，可同时依靠起吊设备6提升底板。
参阅图6，图中已完成了部分内衬墙2的施工，竖井内衬墙2截面厚度根据土压力分
布情况采用变截面支模浇筑混凝土，合理节约资源，所以最终形成的内衬墙2的下面最厚，
依次向上逐渐变薄，内衬墙2内侧面竖直，外侧面呈一定坡度的阶梯型。因此可以利用内衬
墙2外侧的阶梯型接触面增加内衬墙2与填充混凝土的摩擦力，提高混凝土咬合力。
逐渐浇筑底板，至到底板厚度到达一定厚度，可以选择每次浇筑底板厚度为2m，知
道底板厚度达到10m。浇筑底板的同时配合浇筑内衬墙2。内衬墙2内侧(竖井开挖面)采用爬
模的方式逐节向竖井下浇筑，同时在每节内衬墙2浇筑前预先安装好钢筋网和预应力钢绞
线，以便提高内衬墙2的刚度。内衬墙2在逐节向下施工过程中若浮力大于底板和内衬墙2整
体结构的自重，可以在底板上配重，配重方式可以为在竖井内注水辅助下沉。
参阅图7，可以看到内衬墙2的施工已经接近竖井底部，这时使底板和内衬墙2整体
结构下沉，参阅图8，为下沉后的竖井结构图示意图。这时候底板已经接触到土体3，但是因
竖井底部难免存在一些残渣，两者之间还是有一定的间隙。
最后，分段灌浇围护地墙1和内衬墙2之间的间隙。请参阅图9，围护地墙1和内衬墙
2之间的间隙分三步灌浇。三步灌浇部分分别为第一填充层21、第二填充层22、第三填充层
23。
第一填充层21的施工方法为之间对结构底部沉渣及软弱土层注浆固结。
第二填充层22的施工方法为在围护地墙1和变截面内衬墙2之间的空隙依次吊入
钢筋笼，然后再浇筑混凝土固结。钢筋笼紧贴着围护地墙1下沉，以防钢筋笼挂在预先焊接
在外侧钢模板表面的栓钉上，且钢筋笼截面厚度要小于空隙的宽度，便于顺利下放。
第三填充层23的施工方法为将围护地墙1与内衬墙2之间抽水至-15m，施工人员下
基坑进行抗剪构造施工，并清理地墙抗剪槽，浇筑混凝土设置顶圈梁11将内衬墙2与围护地
墙1连接成整体。至此，竖井施工结束。
本实施例提供的竖井开挖施工方法具备以下有益效果：首先采用钢-混凝土组合
底板结构及变截面的内衬墙2的结构，解决特深竖井底板和围护地墙1共同受力问题和底板
抗浮能力，同时竖井结构依靠水的浮力并结合升降设备施工,提高施工效率，质量可靠；其
次采用不排水开挖解决了基坑开挖过程中所需要降深承压水的问题，对周边环境影响降至
最小，特别针对城市中心区域的基坑开挖施工；其次，采用不排水开挖，缩短了围护地墙1的
施工深度，降低了沉槽的施工风险。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发
明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护
范围。