在现代工程建设的伟大征程中，掘进机扮演着至关重要的角色。它们如同地下世界的开拓者，打破坚硬的岩石和土层，构建起交通、能源等基础设施的 “地下脉络”。

当我们谈论掘进机时，多数人脑海中浮现的是盾构机在水平方向上一往无前的身影。但实际上，还有一类极具特色的掘进机——竖井掘进机，它们以独特的方式挑战着垂直方向的挖掘难题。无论是从下往上，还是从上往下，竖井掘进机都展现出非凡的能力。

在复杂多变的地质条件和日益多样化的工程需求面前，竖井掘进机应运而生。它们有着各式各样的类型和精巧的工作原理，每一种都凝聚着工程人员的智慧结晶。这些神奇的机器正逐渐崭露头角，在能源建设、城市基础设施打造等领域发挥关键作用。接下来让我们一同深入了解竖井掘进机的神秘世界，感受它们带来的震撼与惊喜。

从下往上挖掘的竖井掘进机

第一种

这类掘进机有着独特的工作流程。先要在山体底部开挖出一个横向的大孔径隧道。这个步骤就像是为后续的挖掘工作搭建一个 “舞台”。然后将掘进机小心地送到这个隧道里面，并进行精确的架设。一切准备就绪后，掘进机就可以开始一节一节地向上掘进了。在挖掘过程中，被破碎的岩石碎渣会依靠自身重力从上往下掉落，在底部有一个专门设计用来收集碎渣的大箱子。当箱子装满碎渣后，就会有相应的运输设备将其运走，保证挖掘工作的持续进行。

第二种

这种向上挖掘的掘进机在效率方面表现更为出色，不过它的前期准备工作也相对复杂一些。和第一种类似，要在底部挖出一条水平隧道。在此基础上，还需要从顶部的地面向下打一口井。当这个小孔径竖井与地面隧道成功接通后，就可以从底部放置刀盘，开始向上切削作业。切削过程中掉落的碎渣，会通过隧道内的运输车辆运走，这种方式能够有效地清理挖掘产生的碎渣，保障工作的顺利推进。

从上往下挖掘的竖井掘进机

第三种

这类掘进机的刀盘设计十分独特，它并非像我们通常想象的那样水平放置，而是类似独轮自行车的车轮。在工作时，刀盘通过旋转，逐步实现往下切削的动作。刀盘上配备了专门的碎渣收集装置，切削出来的碎渣会通过一整套完善的收集装置被输送到地面，整个过程有条不紊，确保了挖掘现场的整洁和安全。

第四种

这类掘进机全称是竖井扩孔掘进机，它的工作流程较为复杂但高效。先是在底部挖掘一条水平隧道，这条隧道被称为底部出渣巷道。之后从地面打一口先导井。完成这些前期准备后，使用扩孔掘进机从顶部开始向下掘进。这种掘进方式的最大优势在于无需将碎渣从底部往上提升，碎渣可以通过先导井，依靠自身重力掉入底部的出渣巷道，极大地提高了掘进效率。

在已经挖好的竖井中，可以铺设钢筋骨架，然后浇灌混凝土，增强竖井的结构稳定性。例如2024年9月，我国自主研制的国内首台可变径数据扩孔掘进机逐梦号在郑州顺利下线。逐梦号的开挖直径在6.5米至8米之间，它将承担永嘉抽水蓄能电站中的一口358米深的排风竖井以及两口488米深的引水竖井的施工任务，总的竖井掘进里程可达1334米，为我国的能源建设发挥重要作用。

可变径竖井扩孔掘进机“逐梦号”

第五种

这类掘进机通常被叫做截削式竖井掘进机，它有一个显著的特点，那就是挖掘臂拥有很大的自由度，并且还可以小范围伸缩。在挖掘过程中，切割出来的碎渣可以通过气动出渣系统被统一抽吸到一个大罐子里，当罐子装满后，再将其提升到地面。如果是在含水量极少的干土中进行开挖，掘进工作相对会简单一些。

但要是在含水层中开挖，就需要采取特殊的处理方式。其中一种方式是在开挖的同时，将竖井周围的含水层完全冻结，这样水就不会流入到竖井中。在这种情况下，已经挖掘好的井壁，要先铺设钢筋骨架，接着再浇灌混凝土。另一种应对含水层的方式是直接在泥水中掘进。竖井中充满水，这样做有两个好处，一来可以平衡周围地质的地下水位，二来水可以充当运送泥渣的介质。

当挖掘臂在底部挖掘出泥土、碎石后，它们与水混合形成泥浆，再通过管子将泥浆抽出来，这就相当于把碎渣提取到地面了。而且在往下掘进的同时，要不断构筑井壁。井壁是提前预制好的钢筋混凝土环梁，上下环梁接触面都有密封圈和螺栓。固定环梁通过自重逐节下沉，从而实现不断构筑井壁的目的。

在这个过程中，有时会遇到环梁与井壁摩擦力过大，导致难以下沉的情况。此时，可以在它们的接触面加入具有润滑作用的物质。例如2022年11月，我国自主研制的超大直径竖井掘进机梦想号在长沙下线，梦想号可以开挖直径从15米到25米的竖井。传统的盾构掘进机是根据隧洞的直径来设计的，如果需要开挖15米直径的隧道，刀盘直径只有14米的盾构机就完全无法使用，必须重新设计制造。

即使是为15米直径隧道设计制造的盾构机，也无法胜任13米直径隧道的开挖任务。但梦想号不同，它有两个自由度大的挖掘臂，所以在15米到23米这个直径范围内的任何竖井都能开挖。梦想号最大挖深80米，这意味着它一次开挖就可以在地下挖出一个大约3.3万立方米的巨大空间。2024年5月，在上海静安区地下智慧车库项目中，梦想号完成了二号超深竖井的施工任务，一号井此前也已完成并投入试运行，这个车库无论是存车还是取车，都实现了自动存取，一辆车平均耗时约90秒。

超大直径竖井掘进机梦想号

通过以上对不同类型竖井掘进机的介绍，我们可以看到，在工程建设领域，为了满足各种各样的地质条件、不同的施工任务，甚至是一些之前从未遇到过的全新任务，掘进机的种类在不断地推陈出新。过去，我们一提到掘进机，脑海中浮现的大多是那种水平作业的盾构机。但如今，随着科技的发展和工程需求的多样化，掘进机家族不断壮大，掘进的世界一直在发展，掘进的脚步从未停止，它们正朝着更高效、更智能、更适应复杂环境的方向不断前进，为我国乃至全球的基础设施建设提供更强大的支持。

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