山區(qū)高速公路大直徑深豎井正井法施工技術(shù)研究

楊康

摘要：文章以昌寧隧道通風(fēng)豎井為研究對象，從正井法施工的場坪布置、機械設(shè)備組合、開挖及初期支護工藝、二襯滑模施工及豎井測量方案等方面，介紹了大直徑深豎井正井法施工技術(shù)，并借鑒煤礦井筒井壁支護工藝，將錨噴聯(lián)合支護優(yōu)化為模筑混凝土，實際應(yīng)用效果較好，可為山區(qū)高速公路隧道施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：豎井;正井法;錨噴支護;模筑混凝土;滑模;測量

中國分類號：U455.8

0引言

隨著中國高速公路建設(shè)發(fā)展，長及特長隧道建設(shè)越來越多。通風(fēng)是制約長大高速公路隧道建設(shè)的主要因素之一，特長深埋隧道通常采用豎井分段式縱向通風(fēng)，豎井工程對長大高速公路建設(shè)至關(guān)重要。豎井作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，施工技術(shù)難度大、設(shè)備投入多、安全管理風(fēng)險高，因此開展復(fù)雜地質(zhì)條件下高速公路特長隧道豎井施工成套技術(shù)研究，對于推動國內(nèi)公路交通領(lǐng)域建設(shè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

已有學(xué)者和建設(shè)者對豎井理論和施工技術(shù)開展了一系列探討和研究[1-7]，但僅針對某一個分項，目前尚未形成整套豎井施工工藝。本文以昌寧隧道通風(fēng)豎井為研究對象，從場坪布置研究、機械設(shè)備組合、開挖工藝及初期支護優(yōu)化、二襯滑模施工及豎井測量方案等方面進行探討，為山區(qū)高速公路隧道豎井施工提供借鑒。

1工程概況

昌寧隧道位于云南省保山市昌寧縣境內(nèi)，為分離式隧道，左線長5 452 m，右線長5 425 m。受昌寧隧道出口展線影響，隧道縱坡為2.3%（進口往出口下坡），隧道內(nèi)的通風(fēng)方案為：左線分兩段送排式通風(fēng)+右線全射流縱向式通風(fēng)（設(shè)置排煙通道連接排風(fēng)道），因此需設(shè)置一座通風(fēng)豎井。

豎井設(shè)置在隧道右洞YK30+500左側(cè)5 m，距離昌寧隧道昌寧端約2.9 km。豎井平面布置如下頁圖1所示。豎井深253 m，內(nèi)徑9.2 m，外徑10.4 m，圍巖級別以Ⅲ級為主，Ⅳ級、Ⅴ級為輔。根據(jù)豎井施工涌水量評價資料，井筒涌水量為21.38 m 3/h，鉆孔施工期間測得地下水穩(wěn)定水位埋深為185 m。

2場坪布置

場坪四周利用縱坡及橫坡自然排水，最大限度利用原有排水系統(tǒng)。臨時施工場地布置在豎井井口，場地內(nèi)設(shè)絞車、井架、料場、水泥庫、鋼筋加工棚、機械修理車間等。綜合考慮了道路交通、供水用電及排水排污，減少對周圍環(huán)境干擾，結(jié)合工程進度要求，對施工場地進行優(yōu)化布置。

3機械設(shè)備組合

豎井工程建設(shè)一般由鑿巖、裝巖提升、噴漿支護等工序組成。對豎井整體工程總設(shè)計優(yōu)化，主要是施工機械整體優(yōu)化配置，既可壓縮縮短施工工期，也可獲得良好的經(jīng)濟效益。

3.1豎井施工系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1起重提升系統(tǒng)

據(jù)通風(fēng)豎井井筒的施工特性，選用礦用Ⅴ型鑿井井架、兩套提升單鉤、兩臺提升絞車、5 m 3和4 m 3洞渣雙吊桶。井口天輪平臺布置如圖2所示。

3.1.2工作吊盤

為克服井壁修整、井壁質(zhì)量檢測等工作平臺狹窄難題，采用工作吊盤，分上下兩層給現(xiàn)場作業(yè)人員帶來了安全可靠的高空操作作業(yè)平臺。

3.1.3人員、物料上下提升

（1）提升工具選擇。人員、物料提升采用不同功能提升吊桶，禁止“一桶兩用”。

（2）提升信號及懸吊信號系統(tǒng)。信號系統(tǒng)采用聲、光結(jié)合信號裝置。由于井筒提升采用雙鉤提升，為避免信號發(fā)送和接收出現(xiàn)混亂，主提升和副提升采用兩套獨立信號裝置。

3.2打孔鉆眼

為避免圍巖遭受爆破或者振動損傷，常采用中深孔光面爆破施工方法，由導(dǎo)爆針起爆，380 V動力電源地面放炮。豎井開挖鉆孔打眼采用SJZ6.10型傘形鉆架，配6臺鑿巖機，眼深4.5 m，炮眼直徑為55 mm，炸藥使用抗凍T220水膠炸藥，采用50 mm藥卷，藥卷長500 mm，1～6段導(dǎo)爆管腳線長6 m。

3.3出渣

Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段巖體破碎，分單元開挖，采用小型挖機+吊桶出渣作業(yè);Ⅲ級圍巖整體性較好，采用中深孔光面爆破法施工。由于單次挖方量較大，由1臺HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機裝罐，雙鉤提升絞車配4 m 3吊桶提升。翻洞渣為人工掛鉤式，洞渣經(jīng)溜槽直接溜入儲渣區(qū)，由渣土車運至棄土場存放。

3.4通風(fēng)方式

按照工程實際需求，采用壓入式通風(fēng)，在豎井井口安裝壓入式風(fēng)機2臺，井外風(fēng)筒直徑為1 m，井內(nèi)漸變至直徑為0.6 m。風(fēng)筒沿井壁掛設(shè)，每隔1 m設(shè)一道卡，通過管卡將管路與鋼絲繩固定在一起，通至離井內(nèi)掌子面30 m范圍，用壓入式風(fēng)機輸送新鮮空氣。爆破后，用壓入式風(fēng)機送風(fēng)排煙，通風(fēng)30 min后人員方可下井。

3.5排水

井筒布設(shè)159 mm×5 mm型管路作為正常排水管路。另外，為防止掌子面涌水量突然增大，設(shè)置219 mm×5 mm噴射混凝土輸送管作為備用應(yīng)急排水管路。在安裝排水泵管網(wǎng)時設(shè)置排水管的并聯(lián)裝置，應(yīng)急時及時安裝連接到位和使用。

4開挖工法及初期支護

4.1明洞施工

明洞開挖前，由專業(yè)測量人員結(jié)合實際地形放出開挖坡口線，并做出明顯標記，按照設(shè)計坡比開挖。井筒四周采用整體式縱坡排水，匯入一側(cè)排水溝，借助排水溝底縱坡自然排水，避免場地內(nèi)雨水匯集至開挖明洞。

[HJ1.65mm]

開挖成型后，施作鋼筋混凝土鎖口井圈、鎖口盤。養(yǎng)護達到規(guī)定強度后，回填土體至井口標高并夯實，在井口處設(shè)置防護欄并將周邊地表硬化，同時施作提升架的混凝土基礎(chǔ)。

4.2Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段施工

（1）掘進。Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段巖體破碎，分單元開挖，采用小型挖機出渣，開挖單元劃分如圖3所示。小型挖掘機先開挖①單元，用于查看地質(zhì)情況并將四周地下水匯集到坑內(nèi)抽排，按設(shè)計單元依次支護開挖，人工修整井壁。

（2）出渣。小型挖掘機裝渣至吊桶，由絞車進行渣土垂直提升轉(zhuǎn)運，吊桶到達指定位置后，通過卸載裝置將洞渣順溜槽溜至地面臨時存渣區(qū)，采用18 t自卸車運至棄渣場。

（3）初期支護。采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架+噴射混凝土聯(lián)合支護。采用25 mm砂漿錨桿，梅花形布設(shè)，間距為120 cm×100 cm，可根據(jù)巖層產(chǎn)狀適當調(diào)整錨桿位置和方向。

4.3Ⅲ級圍巖段施工

（1）掘進。Ⅲ級圍巖整體性較好，開挖打眼采用SJZ6.10型傘形鉆架，配6臺鑿巖機，中深孔光面爆破施工。利用整套系統(tǒng)進行開挖，如圖4所示。

（2）裝巖出渣。采用1臺HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機裝罐，雙鉤提升絞車配4 m 3吊桶提升。翻洞渣為人工掛鉤式，洞渣經(jīng)溜槽直接溜入儲渣區(qū)，運至指定棄渣場地。

（3）初期支護。采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架+噴射混凝土聯(lián)合支護。25 mm砂漿錨桿梅花形布設(shè)，間距120 cm×100 cm，結(jié)合巖層產(chǎn)狀適當調(diào)整位置和方向。

（4）噴射混凝土。噴射作業(yè)自下而上，先噴射鋼架支撐與井壁間混凝土，后噴射兩鋼架間混凝土。為減小噴射混凝土回彈量，可摻加適當速凝劑。噴射混凝土總厚度不小于設(shè)計要求。

5初期支護工藝優(yōu)化

5.1優(yōu)化目的

豎井初期支護施工大多采用錨噴工藝，由于初支暴露時間長，噴射混凝土易掉塊，存在極大的安全隱患。昌寧隧道豎井借鑒礦山豎井施工經(jīng)驗，Ⅳ級、Ⅲ級圍巖初期支護結(jié)構(gòu)采用模筑混凝土替代傳統(tǒng)掛網(wǎng)錨噴聯(lián)合支護，極大地加快了施工進度并改善了初期支護質(zhì)量，同時降低了建設(shè)成本。

5.2工藝流程

模筑混凝土施工工藝流程如下頁圖5所示。

5.3控制要點

5.3.1混凝土防離析措施

由于落差較大，混凝土易離析，粗骨料易堵管，灰漿滯后粘管凝結(jié)，影響混凝土澆筑質(zhì)量，是大落差向下輸送混凝土的施工難點。

為解決這一難題，研發(fā)了一套超高垂距深豎井輸送混凝土工藝。通過在無縫鋼管內(nèi)部設(shè)置緩沖裝置，采用分灰器、活節(jié)管分層，對稱澆筑初期支護混凝土，最大限度保障初支混凝土施工質(zhì)量。

5.3.2模筑混凝土初支面接茬處滲水處理

豎井井壁滲水是豎井施工常見現(xiàn)象。由于采用模筑混凝土施工初期支護，初支背后裂隙水無引排措施，隨著豎井向下掘進、水壓增大，初支背后裂隙水在壓力作用下沿縫隙滲出，影響施工進度和結(jié)構(gòu)安全。

采用礦用封孔器配合注漿設(shè)備進行注漿堵水施工，不僅能縮短注漿施工周期，減少材料成本投入，又能最大限度保證注漿質(zhì)量，降低返工處理風(fēng)險和額外成本投入，取得良好的經(jīng)濟效益。

6二襯及中隔板同步滑模施工

6.1工藝簡介

豎井正向擴挖成井后，經(jīng)充分考慮工程建設(shè)安全、質(zhì)量、工期等因素，采用滑模法由井底向井口同步施工二襯和中隔板（圖6、圖7）。

利用液壓滑升模板自下而上連續(xù)砌筑內(nèi)壁混凝土?；炷两?jīng)過溜灰管下放，到吊盤上經(jīng)分灰器、活節(jié)管入模。

6.2工藝流程

二襯滑模施工工藝流程包括滑模組裝、測量放線、調(diào)試定位、防水板掛設(shè)、混凝土澆筑、下循環(huán)模板滑升等。

（1）滑模組裝?；＝M裝在豎井底聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)進行。豎井滑模由鋼管承重支架、井面封閉鋼桁架平臺、安全盤、滑升操作上平臺、混凝土修飾下平臺組成。

（2）測量放線。在豎井井筒放出豎井軸線、邊線、模板上圍圈邊線及標高，放線后經(jīng)有關(guān)人員檢查驗收無誤后可進行模板組裝。

（3）調(diào)試定位。模板組裝完成，經(jīng)復(fù)測驗收合格后，進行試運行，接上油路進行耐壓、排氣、爬升檢測，檢測合格后方可投入使用。

（4）防水板掛設(shè)。借助滑模頂面平臺，作業(yè)人員站在梯子上掛設(shè)豎向透水管及環(huán)向分離式防水板。防水板用熱合爬焊機焊接，每次掛設(shè)高6 m。

（5）混凝土澆筑?；炷翉木陧樉诎惭b的下料管經(jīng)減速器后，進入作業(yè)面，下料管最后12 m采用軟管，便于作業(yè)人員將混凝土直接放入與下料管距離較遠部位。采用振動棒插入振搗，混凝土澆筑分層厚度≤30 cm。

6.3滑模中線控制

為確保結(jié)構(gòu)中心不發(fā)生偏移，利用地面全站儀定出中心點，鋼絲繩懸掛60 kg錘球進行中心輔助控制，在井口平臺梁下部井壁固定激光指向儀進行滑模位置控制，利用液壓千斤頂同步器和水準儀進行滑模水平控制。

7豎井測量方案

7.1井壁監(jiān)測

（1）初期支護結(jié)構(gòu)完成后，采用6 mm鋼筋加工監(jiān)控量測點，全長約30 cm，其中一端加工成圓弧狀便于掛鉤，觀測支護結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，并及時分析處理量測數(shù)據(jù)，掌握圍巖和支護結(jié)構(gòu)變形動態(tài)信息，確保豎井施工質(zhì)量和安全，指導(dǎo)后續(xù)施工安排。

（2）豎井監(jiān)控量測點采用十字線法布設(shè)，開始10 d每天測量一次，觀測圍巖收斂情況。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，若圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，減小測量頻率;若圍巖收斂情況變化大，立即加大測量頻率。

（3）根據(jù)圍巖情況，不同斷面監(jiān)控量測布點應(yīng)布置在相同部位，盡量對稱布置，兩線接近垂直布設(shè)，以便數(shù)據(jù)相互驗證。Ⅴ級圍巖布點斷面間距5 m，Ⅳ級圍巖布點斷面間距10 m，Ⅲ級圍巖布點斷面間距15 m。測點布設(shè)如圖8所示，鉤掛加工如圖9所示。

7.2地表監(jiān)測

（1）近點觀測。

地面近井點利用精密導(dǎo)線測設(shè)，構(gòu)成附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線。高程近井點利用二等水準點直接測定，構(gòu)成附合、閉合水準路線。地表觀測點埋設(shè)在豎井中心線外軸線上。

（2）定向觀測。

豎井施工完成至設(shè)計標高時，采用投點定向法進行定向測量。在豎井中通過激光投入兩個激光點，要求兩個激光點定向與井下橫通道開挖方向一致。兩個激光點與地面控制點共線，井上起始方位通過激光傳入井下，在井下確定控制點平面位置。

8結(jié)語

隨著國家高速公路路網(wǎng)日益完善，山區(qū)特長隧道占比越來越大。本文通過昌寧隧道豎井實踐，從策劃階段到實施階段、從施工準備到方案實施形成比較完備的施工組織設(shè)計體系，通過優(yōu)化組合機械設(shè)備、人員配備、施工工藝，既保證豎井施工進度，又降低成本投入，達到安全、快速、高質(zhì)量推進豎井建設(shè)的目的。

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