熊子壹
關(guān)鍵詞 正井法;反井法;安全;環(huán)保;質(zhì)量;造價(jià)
中圖分類號(hào) TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2022)04-0139-03
0 引言
隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,機(jī)械化施工也逐步廣泛運(yùn)用于施工中,現(xiàn)階段常用的工藝主要包括豎向掘進(jìn)機(jī)法、正井法(鉆爆)、反井?dāng)U挖法等,不同工藝的選擇在不同地理環(huán)境、不同施工組織,以及豎井建設(shè)規(guī)模等條件下均有著極大差異,現(xiàn)以天山勝利隧道1號(hào)豎井為例,結(jié)合地理位置、豎井施工中的用途等方面,就正井法與反井?dāng)U挖法施工進(jìn)行適應(yīng)性分析與研究。
1 工程概況
天山勝利隧道(ZK75+680~ZK97+790/YK75+830~YK97+826)設(shè)計(jì)為分離式隧道,隧道全長(zhǎng)22.110 km(左洞)/21.996 km(右洞),為全世界最長(zhǎng)高速公路隧道。隧道進(jìn)口高程約2 770.2 m,出口高程2 900.2 m,洞身最大埋深約1 112.6 m,運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)置通風(fēng)豎井4處,其中1#豎井開(kāi)挖直徑D=12.4 m,海拔3 424 m。
根據(jù)施工整體部署,利用中導(dǎo)洞超前優(yōu)勢(shì)開(kāi)辟3個(gè)橫通道進(jìn)行施工組織,1#豎井僅作為通風(fēng)通道,不作為主洞開(kāi)辟新的作業(yè)面輔助通道。
2 施工工藝簡(jiǎn)述
2.1 豎井反井?dāng)U挖法工藝
目前國(guó)內(nèi)外最大擴(kuò)孔直徑5.5 m,在反井法施工中需要二次擴(kuò)孔。待主洞施工至豎井處且聯(lián)絡(luò)通道施工完成后,采用定向地質(zhì)鉆機(jī)自上而下施工導(dǎo)孔,然后用反井鉆機(jī)自下而上進(jìn)行擴(kuò)孔,最后用自上而下鉆爆法刷大至設(shè)計(jì)斷面,豎井施工通過(guò)豎井底部出渣,待施工至井底后自下而上進(jìn)行井身襯砌施工[1],如圖1。
2.2 正井法施工工藝
豎井可優(yōu)先施工,采用傘鉆、井架等設(shè)備自上而下進(jìn)行開(kāi)挖初支,豎井施工通過(guò)井口進(jìn)行出渣,待施工至井底后自下而上進(jìn)行井身襯砌施工[2],如圖2。
3 適應(yīng)性分析
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外深大豎井施工方案的調(diào)研,豎井施工可分為正井法、反井法和豎向掘進(jìn)機(jī)法,正井法和反井法施工工藝、施工技術(shù)均較成熟,反井法施工用于煤礦、水利工程較多,豎向掘進(jìn)機(jī)法受施工設(shè)備的影響,目前正處于設(shè)備研發(fā)階段,尚無(wú)大直徑豎向掘進(jìn)機(jī)成功施工案例,正井法用于高速公路、鐵路、地鐵施工較多[3]。因此,結(jié)合目前設(shè)備研究情況以及豎井概況及特點(diǎn),從正井鉆爆法、反井鉆機(jī)施工形成導(dǎo)井再鉆爆擴(kuò)挖法兩種施工方案的進(jìn)度、安全、質(zhì)量方面,對(duì)1#豎井施工工藝進(jìn)行適應(yīng)性分析。
3.1 工藝分析
3.1.1 正井法優(yōu)點(diǎn)
(1)不受下平段(聯(lián)絡(luò)通道、正洞)施工約束,上部施工面具備條件,即可施工。
(2)可全斷面直接由上至下貫通。
3.1.2 正井法缺點(diǎn)
(1)豎井施工高度大,沒(méi)有形成施工通風(fēng)的回路,施工通風(fēng)困難。
(2)出渣由井口提升,且豎井出渣量大,出渣工序的效率低。
(3)出渣人員長(zhǎng)時(shí)間井下作業(yè),施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。
3.1.3 反井+鉆爆擴(kuò)挖法優(yōu)點(diǎn)
(1)導(dǎo)井貫通后形成自然通風(fēng)回路,豎井施工通風(fēng)條件好。
(2)由于有反井的自由面存在,擴(kuò)大施工時(shí)爆破效率高,有利于實(shí)現(xiàn)深孔光面爆破。
(3)爆破下來(lái)的巖石直接落到下部隧道內(nèi),提高了出渣和清底的速度,加快鑿井進(jìn)度。
(4)減小提升設(shè)備規(guī)模,節(jié)省吊泵等臨時(shí)排水設(shè)備,降低成本。
3.1.4 反井+鉆爆擴(kuò)挖法缺點(diǎn)
(1)只有主洞施工到豎井處才能開(kāi)始豎井施工,不能縮短主洞施工通風(fēng)距離。
(2)反井貫通后,仍需正井?dāng)U挖,上口仍需布置一套提升吊掛設(shè)施和設(shè)備。
(3)隨著豎井深度的增加,反井鉆孔容易產(chǎn)生偏斜,施工難度越來(lái)越大,速度越來(lái)越慢,相應(yīng)造價(jià)增加。
(4)導(dǎo)井溜渣可能發(fā)生堵井,堵井處理困難。
3.2 豎井進(jìn)度因素分析
3.2.1 工期安排
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果,綜合現(xiàn)場(chǎng)工程特點(diǎn),確定豎井施工進(jìn)度計(jì)劃,具體如表1。
3.2.2 正井法工期
考慮冬季施工:按照2020年5月1日開(kāi)工,計(jì)劃工期2020年5月1日—2022年4月12日豎井貫通(含聯(lián)絡(luò)通道)。
3.2.3 反井法工期
(1)中導(dǎo)洞擬定2019年12月1日開(kāi)始鉆爆法施工,2020年7月1日開(kāi)始TBM段施工。
(2)TBM施工至1#豎井+320 m處,工期為18個(gè)月(不含鉆爆段),時(shí)間為2022年4月13日。
(3)橫通道和聯(lián)絡(luò)通道施工工期為3個(gè)月,完成時(shí)間為2022年7月1日次襯砌及中隔板工期為3.3個(gè)月,完成時(shí)間為2023年11月4日,豎井工期19.3個(gè)月,完工時(shí)間為2023年11月4日。
3.2.4 工期分析
(1)采用正井法施工,1-1豎井及聯(lián)絡(luò)通道于2022年4月12日左右已施工完成,中導(dǎo)洞TBM施工至豎井聯(lián)絡(luò)通道處時(shí)間為2022年4月13日左右,即在2022年4月13日左右豎井與橫通道、與中導(dǎo)洞貫通,為中導(dǎo)洞和正洞提供排煙通道。
(2)采用反井法施工,中導(dǎo)洞施工至豎井聯(lián)絡(luò)通道處時(shí)間為2022年4月13日,再施工聯(lián)絡(luò)通道、豎井導(dǎo)孔、導(dǎo)井、擴(kuò)挖等,時(shí)間2019年3月,完成時(shí)間在2023年11月4日方可為中導(dǎo)洞、正洞提供排煙通道。
(3)因此,1#豎井采用正井法可提前約18.5月為中導(dǎo)洞、正洞提供排煙通道,解決隧道正洞排煙難題。采用正井法從工期角度、從為正洞和中導(dǎo)洞提供排煙通道,解決正洞及中導(dǎo)洞施工通風(fēng)技術(shù)難題大大優(yōu)于反井法。
(4)從整體施工進(jìn)度而言,反井法施工工期稍短于正井法施工工期,但考慮到反井法施工應(yīng)用先決條件是中導(dǎo)洞施工至聯(lián)絡(luò)通道位置,通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道提供條件進(jìn)行反井法施工。
(5)豎井施工方案比選重點(diǎn)參考因素:重點(diǎn)應(yīng)考慮豎井為正洞、中導(dǎo)洞提供排煙通道,解決中導(dǎo)洞、正洞施工通風(fēng)技術(shù)難題。通過(guò)整體工期計(jì)算,正洞進(jìn)口端施工至聯(lián)絡(luò)通道位置時(shí),豎井采用正井法施工(含聯(lián)絡(luò)通道施工)已施工完畢;而豎井采用反井法施工,待中導(dǎo)洞TBM施工至聯(lián)絡(luò)通道后,才開(kāi)始施工豎井。因此,正井法施工豎井較反井法施工豎井可提前18.5月為中導(dǎo)洞、正洞施工提供通風(fēng)條件。
3.3 安全因素
綜合考慮正井法與反井法施工特點(diǎn),確定其安全因素:
3.3.1 正井法
(1)由于豎井施工深度過(guò)大,沒(méi)有形成施工通風(fēng)的回路,施工前需要提前通風(fēng),排除有害氣體,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
(2)出渣需由上部吊運(yùn),對(duì)起吊設(shè)備的安全控制較為嚴(yán)格。
(3)涌水的安全風(fēng)險(xiǎn)較反井法高,提前探知地下水源的能力相對(duì)較弱。
3.3.2 反井法
(1)混凝土等材料需從井口吊運(yùn),對(duì)起吊設(shè)備的安全控制較為嚴(yán)格,豎井施工過(guò)程中需要對(duì)導(dǎo)井進(jìn)行防護(hù),存在人員、材料等物體墜落安全風(fēng)險(xiǎn)。
(2)豎井涌水后,正洞反坡段排水困難,施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。
注:正井法施工可提前作為應(yīng)急救援通道。
3.4 環(huán)保因素
3.4.1 反井法
導(dǎo)孔施工時(shí),在井口設(shè)置臨時(shí)泥漿池,用于泥漿護(hù)壁;
導(dǎo)井施工時(shí),在井口設(shè)置水箱,作為鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿、鉆頭的冷卻,同時(shí)在井底設(shè)置三級(jí)沉淀池。
3.4.2 正井鉆爆法
正井鉆爆法施工中,僅在鉆孔過(guò)程中用水,產(chǎn)生污水量小,隨出渣可全部運(yùn)輸至井外。
在環(huán)保敏感區(qū)內(nèi)施工,正井法較反井法在環(huán)保方面較有優(yōu)勢(shì)。
3.5 質(zhì)量因素
正、反井的工法步驟類似,不同的是反井法鉆爆時(shí)可充分利用導(dǎo)井臨空面,爆破時(shí)裝藥量少,對(duì)井身周圍的巖層擾動(dòng)相對(duì)較小,有利于質(zhì)量控制[4]。
3.6 造價(jià)因素
項(xiàng)目對(duì)國(guó)內(nèi)在建個(gè)別項(xiàng)目的正井鉆爆法及反井?dāng)U挖法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研,其正井法鉆爆法、反井?dāng)U挖法費(fèi)用主要由用電、炸藥、機(jī)械租賃、人工費(fèi)、臨建及便道、進(jìn)出場(chǎng)及春節(jié)停工、混凝土及鋼材費(fèi)用組成,正井法費(fèi)用約為10.5萬(wàn)元/延米,反井?dāng)U挖法費(fèi)用約為9.7萬(wàn)元/延米。調(diào)研項(xiàng)目如表2所示。
因此,正井法施工與反井法豎井施工造價(jià)相差不大。
3.7 電力需求調(diào)研
正井法與反井法施工豎井電力需求表3所示。
4 總結(jié)
通過(guò)正井法施工在天山勝利隧道中的運(yùn)用可以看出,正井法施工不受主洞施工影響而同時(shí)施工,且豎井優(yōu)先于服務(wù)隧道和主洞貫通,為豎井為主洞提供通風(fēng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),從而減少了主洞通風(fēng)壓力。相對(duì)反井法、豎向掘進(jìn)機(jī)法施工,正井法施工對(duì)隧道主洞施工通風(fēng)有著超前優(yōu)勢(shì),同時(shí)對(duì)于長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)有著較大意義,一方面改善了主洞通風(fēng)效果,同時(shí)也間接性提高了主洞施工進(jìn)度。
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