復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井施工技術(shù)研究

1、復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井施工技術(shù)研究1概述在我國西南地區(qū)，山嶺眾多，鐵路隧道施工難度較大，而修建鐵路隧道時(shí)往往需要修建幾對豎井井筒工程，以保障加快隧道施工進(jìn)度。然而地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，使隧道豎井施工面臨一系列技術(shù)難題，如深沉破碎帶、含水層、高地溫以及各種構(gòu)造等等。抑制這些問題，滿足我國西南部鐵路開發(fā)戰(zhàn)略的需要，是擺在隧道豎井施工企業(yè)面前亟待攻克的難題。中煤五建公司三處承接大瑞鐵路高黎貢山隧道1號豎井主、副井井筒掘砌工程。主井位于隧道D1K205+080處線路中線右側(cè)30m，凈直徑6m，井口標(biāo)高+1869m，井底標(biāo)高+1106.41m，深度762.59m；副井位于隧道D1K205+053處線路中線

2、左側(cè)52m，凈直徑5m，井口標(biāo)高+1869m，井底標(biāo)高+1104.26m，深度764.74m。主井功能為出碴、出污風(fēng)，副井功能為進(jìn)料、進(jìn)新風(fēng)、排水、人員進(jìn)出并兼做平安出口。2地質(zhì)及水文地質(zhì)概況1地質(zhì)概況。為了核實(shí)主副井井筒施工地質(zhì)及水文情況，在主副井之間鉆設(shè)了1個(gè)井檢孔，根據(jù)井檢孔揭露的地層為花崗巖，揭露厚度771.43m。巖性主要由淺灰綠色、淺灰色、深灰色及淺灰黑色花崗巖組成，從揭露地層厚度與巖芯來看，巖芯完好、局部較破碎、局部弱風(fēng)化、裂隙局部呈垂直狀分布、裂面見黃褐色鐵錳質(zhì)浸染、局部裂面見砂泥質(zhì)充填。2水文地質(zhì)概況。根據(jù)地質(zhì)鉆孔提醒，1號豎井水文地質(zhì)情況如下：地表水。1號豎井位于灞王河右岸

3、，屬龍川江水系。灞王河為常年性流水，主要受大氣降水補(bǔ)給，受降雨控制明顯。地下水。1號豎井地下水主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，主要含水層為礫砂、卵石土、漂石土、碎裂狀混合花崗巖及輝綠巖，隔水層主要為粉質(zhì)黏土和完好性好的混合花崗巖?；鶐r裂隙水：根據(jù)鉆孔提醒，井筒共穿越6個(gè)裂隙水含水層。9312.6m、324.4350m段為較為連續(xù)的一般裂隙含水層,浸透系數(shù)0.006m/d，為中等透水層；312.6324.4m段為承壓裂隙水含水層，浸透系數(shù)0.38m/d，為強(qiáng)透水層，承壓水水壓約3.2MPa；350680m段含水層不連續(xù)，厚度630m?；鶐r裂隙水主要承受大氣降水及地表水補(bǔ)給，以泉形式排泄。

4、基巖裂隙水含水層厚度大，且存在承壓水層，對井筒施工影響較大。主井潛水正常涌水量914m3/d；副井潛水正常涌水量867m3/d。承壓水含水層厚度11.8m312.6324.4m，主井承壓水正常涌水量1176m3/d，副井承壓水正常涌水量1149m3/d。主井正常涌水量為2090m3/d，最大涌水量為6270m3/d；副井正常涌水量為2021m3/d，最大涌水量為6048m3/d。3不良地質(zhì)情況。高地溫。豎井460741m段地溫介于2835.8之間，為細(xì)微熱害。巖爆。在447518m、577600m、628680m、728761.8m4段為中等巖爆。根據(jù)鉆孔資料，井筒穿過破碎帶共16條，厚度27

5、9.7m，其中202.95m極破碎并含有水，其余76.75m較破碎并不含水。16條破碎帶分布在整個(gè)井筒，工程地質(zhì)條件極差。3施工方案豎井井筒掘砌自上而下穿過的地層分別為表土層、基巖風(fēng)化段和基巖段。表土層采用挖掘機(jī)配合人工挖掘，挖掘機(jī)裝土，整體金屬模板段高2.5m澆筑砼，混凝土澆筑采用溜槽或溜灰管直接入模?；鶐r風(fēng)化帶采用短段掘砌施工，淺孔鉆爆法掘進(jìn)，采用手抱鉆配2.5m鉆桿、壃42mm鉆頭打眼，井口起爆，挖掘機(jī)出矸裝罐，整體金屬模板段高2.5m澆筑砼，混凝土澆灌采用溜槽或溜灰管直接入模?；鶐r段采用傘鉆鑿巖，2套單鉤提升，中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)出矸，小型挖掘機(jī)清底，MJY型整體金屬模板筑壁，底卸式吊桶下料

6、到吊盤經(jīng)分灰器分灰通過溜灰管入模。4機(jī)械化配套設(shè)備1主井利用型鑿井井架鑿井，副井利用IVG型型鑿井井架鑿井。井筒內(nèi)均設(shè)置3層鑿井吊盤，下層吊盤安設(shè)1臺HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配合工作面挖掘機(jī)出矸，中層吊盤安設(shè)1臺DC50-80×10型臥泵，地面1臺備用，上層吊盤作為施工保護(hù)盤。2采用MJY型整體金屬模板筑壁，模板由地面穩(wěn)車懸吊。砌壁砼由地面砼集中攪拌站提供，再由底卸式吊桶下料到吊盤經(jīng)分灰器分灰入模。3選用FJD-6A型傘鉆配鑿巖機(jī)鑿巖，壓風(fēng)管、供水管、排水管、風(fēng)筒沿井壁吊掛，以加大井內(nèi)的提升空間。4主井井筒布置2臺2JK-3.6×1.85/16E型提升機(jī)；副井井筒布置1臺J

7、KZ-3.2×3.0/18型提升機(jī)和1臺JKZ-3.0×2.5/15.5型提升機(jī)。排矸采用自動翻矸入自卸汽車排至指定排矸地點(diǎn)。5主井井筒布置6臺JZ2-16/800型穩(wěn)車，其中吊盤5臺，抓巖機(jī)1臺；布置7臺JZ2-10/800型穩(wěn)車，其中放炮電纜1臺、模板4臺、穩(wěn)繩1臺、動力電纜1臺；布置1臺JZA-5/800型穩(wěn)車作為平安梯使用。副井井筒布置7臺JZ2-16/800型穩(wěn)車，其中吊盤5臺，抓巖機(jī)1臺、穩(wěn)繩1臺；布置5臺JZ2-10/800型穩(wěn)車，其中放炮電纜1臺、模板3臺、動力電纜1臺；布置1臺JZA-5/800型穩(wěn)車作為平安梯使用。5特殊地層施工技術(shù)5.1表土段含水層施工

8、針對主、副井表土段強(qiáng)透水層及其上下段，設(shè)計(jì)采用袖閥管注漿的方式進(jìn)展防滲、加固，對應(yīng)地層分別為020m、022m段的土層主井1116m、副井311m為強(qiáng)透水層。主、副井分別布置2圈注漿孔，孔數(shù)分別為26、24個(gè)，孔間距控制在2.5m左右，孔深分別為20、22m。采用袖閥管分段注漿工藝，上行式注純水泥液漿及水泥-水玻璃雙液漿。注漿過程設(shè)計(jì)1.0m一個(gè)分段，先注孔底段，到達(dá)預(yù)設(shè)的注漿量后，再由下而上以1.0m一個(gè)分段逐段進(jìn)展注漿。5.2基巖段綜合防治水井筒基巖段采用工作面探水注漿法施工1，注漿站設(shè)在地面，通過地面注漿泵和井壁吊掛注漿管路，將地面攪拌好的水泥漿液壓入注漿孔含水層裂隙中，用來封堵裂隙水或

9、加固地層。鉆孔深度。每次超前鉆孔深度80m，鉆孔鉆探過程中需確定含水層位置、涌水量及水壓參數(shù)，以指導(dǎo)工作面預(yù)注漿。鉆孔數(shù)量。主井井筒凈直徑6.0m，鉆孔圈徑小于井筒凈直徑1.4m，鉆孔數(shù)為13個(gè)，以半徑2.3m均勻布置，探孔孔底超出井筒掘進(jìn)荒徑3m。副井井筒凈直徑5.0m，鉆孔圈徑小于井筒凈直徑1.4m，鉆孔數(shù)為12個(gè)，以半徑1.8m均勻布置，探孔孔底超出井筒掘進(jìn)荒徑3m。鉆孔在徑向與豎直軸線的夾角按下式計(jì)算：=tg-1S+A/H式中：為鉆孔在徑向上與豎直軸線的夾角，°；S為終孔位置在徑向上超出荒徑的間隔 ，均取3.0m；A為鉆孔與井壁間隔 ，0.7m；H為段高，80m。經(jīng)計(jì)算，=2

10、°3853，主、副井均采用此角度值。每段先施工4個(gè)超前探孔，對本段高內(nèi)各含水層情況進(jìn)展前探，假設(shè)4個(gè)超前探孔孔內(nèi)總涌水量均小于2m3/h，說明本段高內(nèi)水患威脅較小，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理單位共同評測后即可恢復(fù)井筒掘砌施工；假設(shè)4個(gè)超前探孔內(nèi)任何一個(gè)探孔的涌水量大于2m3/h，那么啟開工作面預(yù)注漿施工，注漿段高80m，方案掘砌段高72m。詳細(xì)方案選擇按以下步驟操作：當(dāng)鉆孔的涌水量均小于2m3/h時(shí)，直接封堵鉆孔后恢復(fù)掘砌。當(dāng)任意一個(gè)鉆孔的涌水量在25m3/h之間時(shí)，說明該鉆孔周圍存在有疑問的含水層，必須在該鉆孔兩側(cè)增加2個(gè)驗(yàn)證鉆孔；假設(shè)驗(yàn)證鉆孔涌水量均小于5m3/h時(shí)，直接封堵鉆孔后直接

11、掘砌。假設(shè)任意一個(gè)驗(yàn)證鉆孔涌水量大于5m3/h時(shí)，即啟開工作面預(yù)注漿對該段地層堵水；孔內(nèi)涌水量小于5m3/h后，恢復(fù)剩余段落鉆孔作業(yè)，直至完畢。當(dāng)鉆孔的涌水量大于5m3/h時(shí)，即啟開工作面預(yù)注漿對該段地層進(jìn)展堵水，孔內(nèi)涌水量小于5m3/h后，恢復(fù)剩余段落鉆孔作業(yè)，直至完畢，期間不再增加驗(yàn)證鉆孔。5.3特殊地層深沉含水破碎帶施工井筒利用探水注漿對深沉破碎帶進(jìn)展注漿加固地層，同時(shí)施工中合理調(diào)整爆破參數(shù)2-3，采取松動爆破技術(shù)，即減少周邊眼眼距和抵抗距，采用不耦合裝藥，盡量減少爆破對井筒圍巖的破壞，保持圍巖的完好性；同時(shí)縮小掘進(jìn)段高，采用錨噴或錨網(wǎng)噴結(jié)合支護(hù)；盡量縮短圍巖的暴露時(shí)間，必要時(shí)增設(shè)鋼井圈

12、復(fù)合支護(hù)或采用工作面注漿加固圍巖后再掘砌，確保平安順利通過不良地質(zhì)地層。施工中，工作面預(yù)注漿段地層巖性比較穩(wěn)定，無破碎地層。通過揭露的巖層情況，可以明顯看出巖層裂隙之間有水泥的充填物。通過水泥漿的注漿膠結(jié)，使得破碎巖石得以加固，形成一個(gè)整體，保證井筒施工平安，同時(shí)加快了施工進(jìn)度。5.4深部地層高地溫通風(fēng)方案1采取合理的通風(fēng)方式，選擇合理的通風(fēng)設(shè)備，進(jìn)展初期通風(fēng)優(yōu)化，為井筒工作面降溫方案提供根底條件。2利用壓風(fēng)降溫技術(shù)解決地?zé)釂栴}。通過研究，利用建井階段的壓風(fēng)動力進(jìn)展局部技術(shù)降溫，即在壓風(fēng)機(jī)的螺桿機(jī)出口處加設(shè)降溫風(fēng)包，配置冷凝器為壓風(fēng)初次冷卻降溫。降溫作業(yè)點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)展作業(yè)空間封閉，并對壓風(fēng)出口采用

13、等熵膨脹器渦流管進(jìn)展射流降溫，利用壓風(fēng)的膨脹釋壓吸熱對井下高溫工作面進(jìn)展降溫，或?qū)ぷ髅孀鳂I(yè)人員直接降溫，改善作業(yè)環(huán)境，進(jìn)步降溫效果。6施工組織與管理1勞動組織。施工隊(duì)伍采用掘進(jìn)班組和機(jī)電維修班組相結(jié)合的綜合隊(duì)形式，井下工與地面運(yùn)輸工實(shí)行統(tǒng)一的“滾班制作業(yè)方式，要求定時(shí)定量完成任務(wù)，并制定了嚴(yán)格的獎罰制度。為了減少交接班時(shí)間，實(shí)行井下交接班。采用工程工程法管理，按消費(fèi)、技術(shù)、機(jī)電、后勤4個(gè)部門進(jìn)展人員編制，根據(jù)工程需要定崗、定員、定責(zé)、定任務(wù)，同時(shí)利用內(nèi)部承包的經(jīng)營機(jī)制，將整個(gè)工程分成假設(shè)干個(gè)能獨(dú)立核算的單項(xiàng)工程，逐項(xiàng)考核，層層把關(guān)，層層兌現(xiàn)，充分調(diào)動了施工人員的積極性。2工程質(zhì)量及平安施工管

14、理。為了保證施工質(zhì)量及平安，技術(shù)人員根據(jù)國家現(xiàn)行礦井建立驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)，制定了一系列的質(zhì)量管理細(xì)那么。在施工中嚴(yán)格檢查每道工序，堅(jiān)持“上道工序不合格不得進(jìn)展下道工序施工的原那么，確保平安施工無事故。7施工成效主井井筒從2021-03-01開始表土段袖閥管注漿工作，2021-07-30井筒具備開工條件，2021-09-09開始第一次工作面探水注漿，經(jīng)過9次探水注漿主井井筒如今涌水量為3.7m3/h，實(shí)現(xiàn)了平安施工。副井井筒從2021-04-01開始表土段袖閥管注漿工作，7月30日井筒具備開工條件，2021-10-13開始第一次工作面探水注漿，經(jīng)過8次探水注漿副井井筒如今涌水量4.8m3/h，實(shí)現(xiàn)了平安施工。主、副井井筒施工質(zhì)量經(jīng)甲方、監(jiān)理驗(yàn)收均到達(dá)優(yōu)良級別。8結(jié)語通過本工程研究，總結(jié)復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井施工設(shè)備布置、爆破參數(shù)優(yōu)化、有效防治水方案、深沉破碎帶施工、通風(fēng)方案選擇等，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井快速、平安施工關(guān)鍵技術(shù)問題。該技術(shù)是隧道、鑿井施工技術(shù)的宏大進(jìn)步，是今后乃至將來隧道豎井井筒施工技術(shù)的開展方向，對間隔 跨度大的鐵路隧道施工具有非常重大的意義。假設(shè)合