淺談長大隧道豎井施工技術(shù)

1、淺談長大隧道豎井施工技術(shù)摘 要： 煤礦、礦山豎井傳統(tǒng)采用正井法施工，最大直徑8.5m。而大斷面豎井施工國內(nèi)無成功經(jīng)驗可以借鑒。本文介紹了雪峰山隧道豎井以及終南山隧道豎井的施工技術(shù)，簡單對豎井反井法開挖施工工藝進行分析闡述，同時對滑膜二襯施工簡單說明，以供類似工程參考。關(guān)鍵詞：大直徑 豎井 反井法 施工滑模 工藝 探討 1 工程概況1.1 雪峰山隧道3#豎井為垂直豎井，井深373m，襯砌后豎井凈徑為6.5m，從上井口至下部約5m處為節(jié)理裂隙極發(fā)育，呈碎石狀松散結(jié)構(gòu)的全、強風(fēng)化硅化砂質(zhì)板巖，再往下約15m為節(jié)理裂隙發(fā)育，呈塊碎石鑲嵌結(jié)構(gòu)的弱風(fēng)化硅化砂質(zhì)板巖，其余均為節(jié)理裂隙不發(fā)育，呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)

2、的微風(fēng)化硅化砂質(zhì)板巖。1.2 終南山3#豎井井深400m，襯砌后豎井凈徑為11.5m，位于秦嶺南坡大東溝中游左側(cè)約50m.上部43m為崩積塊石土（Q4c），塊石巖性為混合片麻巖，松散，潮濕，土質(zhì)不均，類圍巖；下部為混合片麻巖（MiGn），灰白色，大塊狀砌體結(jié)構(gòu)，類圍巖。2 施工方案比選 煤礦、礦山豎井開挖傳統(tǒng)采用正井法施工，其直徑大多介于68m。而直徑為13.1m大斷面豎井開挖國內(nèi)無成功經(jīng)驗可以借鑒。2.1 豎井開挖施工方法現(xiàn)階段常用的有兩種：一種是正井法，另一種是反井法。正井法國內(nèi)采用最多，但效率相對較低，也存在一些安全隱患，當(dāng)需要利用豎井來開挖主洞時這種方法是必須的。反井法施工是在豎井中心

3、位置施工12m導(dǎo)孔，然后通過爆破手段由上向下或由下向上反擴至33.5m導(dǎo)孔、再由上而下、由內(nèi)圈向外圈層層擴孔，最后形成開挖設(shè)計斷面。煤礦、礦山豎井開挖直徑大多介于68m，在水平通道具有出碴條件下，應(yīng)多采用反井法施工，特別當(dāng)豎井直徑大于8m，反井法施工的優(yōu)點更為突出。2.2 豎井襯砌工藝有翻模施工及滑模施工兩種。翻模施工適用的條件是：適用于豎井深度較淺，工藝簡單，適用于隨掘隨砌，對豎井襯砌砼質(zhì)量要求不高，工期相對較長。而滑模工藝適用條件為對豎井深度不受限制，尤其對異性斷面、設(shè)置有一道或者多道中隔板等豎井襯砌，優(yōu)點突出，確保砼質(zhì)量，工期有保證，缺點是前期投入大。 結(jié)合以上特點終南山豎井和雪峰山豎井

4、最后都采用反井法施工，二襯決定采用滑模工藝施工。 這種施工方法的最大優(yōu)點是施工費用較低，山上施工場地以及機械設(shè)備相對較少，不需要在山上棄渣，節(jié)約施工時間，縮短工期，有利于環(huán)境保護3 施工方法3.1 反井法施工工藝流程27cm導(dǎo)孔 140cm反擴孔 350cm擴孔 全斷面擴挖 襯砌施工。 3.2 27cm導(dǎo)孔和140cm擴孔施工3.2.1 鉆孔設(shè)備性能參數(shù)鉆孔設(shè)備根據(jù)豎井的深度選定鉆孔設(shè)備，以確保鉆孔的精度。根據(jù)實際選用不同型號鉆機進行施工。3.2.2 工藝流程基礎(chǔ)施工 鉆機安裝與調(diào)試 導(dǎo)孔鉆進 擴孔反鉆 鉆機拆卸。3.2.2.1 基礎(chǔ)施工為保證鉆孔的精確性，鉆機的基礎(chǔ)須置于穩(wěn)定的基巖上。當(dāng)?shù)乇?/p>

5、經(jīng)實測承載力達到設(shè)計要求時，通過爆破手段，機械配合平整基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)乇沓休d力不足時，可采用樁基、承臺方式達到承載力要求。以3#豎井施工為例，地表段圍巖為崩積塊石土，圍巖極差，距離基巖40m，施工鉆孔樁施工至基巖，其中兩根為受力樁，樁徑1.2m，一根樁徑2m（為1.4m鉆頭的穿透樁），在樁頂施工作業(yè)平臺，取得了良好的效果。3.2.2.2 鉆機安裝與調(diào)試 根據(jù)鉆機使用說明書和豎井設(shè)計要求，按照機器參數(shù)和豎井設(shè)計精度對鉆機進行安裝與調(diào)試。3.2.2.3 導(dǎo)孔鉆進與擴孔反鉆調(diào)正：鉆機立好后，保證鉆機本身的垂直度才能保證鉆孔的垂直度，鉆機的垂直度控制在1以內(nèi)。開孔：開孔是確保鉆孔精度的關(guān)鍵，開孔時須以低轉(zhuǎn)速

6、、小鉆壓開動鉆機。操作：挑選技術(shù)水平高和責(zé)任心強操作者施工，隨時觀察泛渣、返水及巖石狀況控制鉆進速度，巖石破碎時快速通過，巖石完整堅硬時降低進尺速度，以確保導(dǎo)孔的精度。27cm導(dǎo)孔施工完畢后，組織人員對導(dǎo)孔精度進行測量，若精度符合要求，可安裝1.4m反擴鉆頭。否則,將導(dǎo)孔封堵，重新施鉆。采用反井鉆機在秦嶺終南山圍巖相對較好的情況下施工，平均日進尺13m，豎井深392.8m，偏差3.64m，偏斜率0.93%,控制在1%精度要求，完全滿足施工需要。3.2.2.4 鉆機拆卸按照安全是第一原則要求拆卸鉆機，準(zhǔn)備下到工序。3.3 350cm擴孔1.4m導(dǎo)孔施工完后,導(dǎo)孔隊伍根據(jù)鉆孔提供的地質(zhì)資料,當(dāng)圍巖

7、相對較好情況下，驗孔后對地表段進行必要處理后，為防止大斷面爆破漏碴時堵孔，可采用3.5m從下向上反擴孔工藝施工，當(dāng)鉆孔資料比較差，無法驗孔或者驗孔后受斷面制約無法采取措施的情況下，為確保施工安全，3.5m擴挖采用從上向下擴孔工藝施工。同樣要保證實事求是原則，例如雪峰山隧道豎井凈直徑6.5米，不需3.5m擴孔，直接進行下一道工序：全斷面開挖。3.4 全斷面擴挖3.4.1 驗孔根據(jù)豎井地質(zhì)資料,第一當(dāng)圍巖相對較好情況下，第二豎井凈徑小于8米，這是直接考慮驗孔，準(zhǔn)備全斷面開挖；同樣驗孔后對地表段進行必要處理后，豎井凈徑大于8米為防止大斷面爆破漏碴時堵孔，可采用3.5m從下向上反擴孔工藝施工，終南山3

8、#豎井施工采用上述方案取得了平均日進尺達6m的好成績。3.4.2 全斷面開挖開挖施工僅有打眼、裝藥爆破兩個工序施工，對于豎井凈徑達到11.5米時，這時候要考慮部分開挖施工。然后考慮全斷面開挖。如終南山3#豎井9.5m開挖施工，9.5m開挖施工僅有打眼、裝藥爆破兩個工序施工。根據(jù)工期情況來決定工作盤的層數(shù)、人員及機具配置，資源配置可參照3.5m擴孔施工。3.5m擴孔完成后，通過試驗情況，采用三層吊盤,層高1.8m，每層盤安排三臺風(fēng)槍施鉆，鉆桿套打的方式，眼深3m，間距42cm，排距0.9m，梅花型布置， 裝藥、爆破用時3小時，平均日進尺7m，效果良好。鉆爆平面圖見下圖。3.4.3 資源配置在原有

9、鉆孔設(shè)備上新增設(shè)備:型井架，15T穩(wěn)車， 20m3空壓機，PZ-5型噴漿機。4 施工通訊信號與風(fēng)水供應(yīng)41 施工通訊與信號 施工信號是豎井施工安全的頭等大事，必須形成系統(tǒng)專機專設(shè)專人使用，統(tǒng)一管理與維修，做到信息靈通及時有效，擬將敷設(shè)14芯通訊電纜，分布各機房與井下對口聯(lián)系，并建立聯(lián)系規(guī)則與嚴(yán)格的管理制度，確保準(zhǔn)確無誤，通訊電纜通過由專設(shè)14芯穩(wěn)車懸吊和升降。根據(jù)施工需要可補充其他通訊及信號設(shè)施，如步話機、電鈴等。例如：終南山豎井井上、下通訊：井下吊盤上設(shè)1臺GB-21隔爆電話機與井口HD262J磁式電話機作為井上、下聯(lián)系。地面上裝1臺直撥電話保證通訊暢通。井上、下信號：井口和掘進工作面采用聲

10、光信號(如打鈴機械信號)，井口到絞車房采用16門內(nèi)部電話溝通，井口到鑿井穩(wěn)車房采用聲光燈打點信號。施工通訊與信號是豎井施工安全的重要環(huán)節(jié)，施工通訊的選擇由豎井施工環(huán)境決定的。4. 風(fēng)水供應(yīng)掘進施工用風(fēng)用水分別由地面壓風(fēng)站與高壓水池供給，下井管路由井口穩(wěn)車懸吊，管路下口配置分風(fēng)（水）閥供鉆機使用，接長管路時靠穩(wěn)車升降配合人工來完成。5 施工運輸5.1 出碴運輸 豎井炮碴經(jīng)卸碴孔放入井底，裝載機裝碴，自卸汽車運輸達棄碴場。裝碴作業(yè)必須待擴挖炮碴全部清除并蓋上孔口防護蓋時方可進行，并與主隧道施工統(tǒng)一運輸調(diào)度減少相互干擾。5.2 人員及物料升降運輸 豎井施工期內(nèi)人員及物料運輸采用井口設(shè)置的罐籠及提升機

11、進行升降作業(yè)，由于罐籠最低點距工作面有一定高差（控制在5米以內(nèi)） 之間采用繩索軟梯、溜槽等下放到工作面。6 二次襯砌 豎井襯砌工藝有翻模施工及滑模施工兩種。翻模施工適用的條件是：適用于豎井深度較淺，工藝簡單，適用于隨掘隨砌，對豎井襯砌砼質(zhì)量要求不高，工期相對較長。而滑模工藝適用條件為對豎井深度不受限制，尤其對異性斷面、設(shè)置有一道或者多道中隔板等豎井襯砌，優(yōu)點突出，確保砼質(zhì)量，工期有保證，缺點是前期投入大。3#豎井襯砌經(jīng)方案必選，最終決定采用滑模工藝施工。豎井襯砌工藝另作介紹。 7 施工注意事項7.1 豎井井口旁的高邊坡防護處理如3#豎井為偏壓地形，場地平整完后，為確保豎井施工安全，豎井靠山側(cè)的

12、邊坡采用邊開挖邊防護的方案，方案如下：土層采用R32N邁式錨桿(鉆進、注漿一體化)，孤石采用22砂漿錨桿，間距1m1m，梅花型布置，深度6m/根，結(jié)合鋼筋網(wǎng)、噴砼及時按設(shè)計要求進行了封閉支護，確保了豎井井口施工安全。7.2 鉆機基礎(chǔ)處理3#豎井安裝鉆機地基承載力不足。為能滿足反井鉆機施工過程中荷載，最終確保鉆孔精度，在地基承載力通過換填承載力仍然不足，又無法通過開挖至基巖滿足承載力的情況下，需對地基進行加固處理。處理措施如下：采用3根鉆孔樁一字型布置，施工至基巖，其中兩根為受力樁，樁徑1.2m，一根樁徑2m（為1.4m鉆頭的穿透樁，除與承臺連接處埋設(shè)鋼筋外，樁徑內(nèi)部不設(shè)鋼筋），樁頂施工1.5m

13、厚的承臺作為鉆機作業(yè)平臺，為鉆機鉆孔精度奠定了基礎(chǔ)。7.3 反井鉆機鉆進過程中不良地層處理在地表段與基巖過度段鉆進過程中，遇到孤石滑動、漏漿現(xiàn)象，為防止鉆孔方向受到影響，及時采用灌注水泥漿的辦法固結(jié)地層和充填裂隙，取得了預(yù)期的效果。25.4m及61m深處灌漿情況見下表。巖層灌漿情況處理情況表深度（m）水泥用量（t）漿液密度（tm-3）凝固時間（h）25.441.61.772612.51.71.9727.4 井口鎖口圈施工為確保豎井施工安全，在開挖3.5m及全斷面開挖前分別對井口作臨時鎖口處理，鎖口采用砼施作或漿砌材料施工，并設(shè)置鎖口盤，防止墜物掉入井內(nèi)。鎖口圈標(biāo)高比地面高出1m，防止雨水進入，

14、確保豎井施工安全。7.5 地表段開挖 因地表段43m圍巖為崩積塊石土，類圍巖，加上緊靠大東溝河床，地表段開挖采用了人工開挖，遇到孤石時采用爆破的方法，遵照“少裝藥、弱爆破”的原則，盡量減少對周邊圍巖的擾動，開挖1m，強支護1m，支護采用噴錨網(wǎng)結(jié)合型鋼加強支護的方法，穩(wěn)扎穩(wěn)打，根據(jù)圍巖情況不斷調(diào)整支護參數(shù)，安全順利地通過了地表段。7.6 塌方處理當(dāng)1.4m導(dǎo)孔貫通后，在井口下32m處靠河側(cè)因裂隙水發(fā)育，圍巖差，造成塌方，造成1.4m導(dǎo)孔堵孔，堵孔原因為，因圍巖中的大塊孤石被水沖刷卡住導(dǎo)孔，小塊及泥沙沖填縫隙造成徹底堵孔。采用沖擊鉆錘擊、地質(zhì)鉆機鉆孔清孔及爆破等各種辦法都進行了嘗試，最終決定將1.

15、4m導(dǎo)孔正向擴挖至直徑3.5m直到將堵孔清空，滿足小型施工設(shè)備及人員操作的需要。開挖時設(shè)置積水坑采用階梯抽水的辦法將水抽至地表，塌腔施工時，采用沙袋堆碼，型鋼鋼架做骨架、噴砼鋼筋網(wǎng)錨桿安全通過。 7.7 爆破縱波處理豎井開挖過程中為減少爆破縱波對施工影響，施工時除加強安全警戒撤人至安全地帶外，還要注意爆破后負壓對井口鎖口盤及安全盤的影響，所以在鎖口盤及安全盤上預(yù)留部分空洞，空洞部分做好安全防范措施，確保施工安全，同樣，井下風(fēng)道的各種施工門，爆破前處于開啟狀態(tài)，3#豎井開挖爆破在這方面進行了有效嘗試，取得了良好的效果。7.8 擴挖 開挖采用鉆爆法分層開挖或環(huán)向分段拉槽開挖，支護采取一掘一支環(huán)環(huán)緊

16、跟，循環(huán)進尺與格柵鋼架間距相對應(yīng)，鋼筋網(wǎng)片、錨桿、鋼架等均采用預(yù)制送達工作面安裝，噴砼采用機械拌合，手推車運輸，人工送入噴射機進料斗完成噴射作業(yè)。防止擴挖炮碴堵塞卸碴孔的技術(shù)措施：1）加密炮眼縮小炮眼間距，將炮碴最大塊度控制在40cm以下。2）增加導(dǎo)爆管的段別，將各段起爆時間延長利用起爆時間差分批拋擲落入卸碴孔。3）采用臺階開挖，利用臺階存碴再經(jīng)人工清碴進入卸碴孔。4)發(fā)生堵孔現(xiàn)象采用電力爆破清通堵孔石碴。8 安全保證措施豎井工程為爆破、高空、帶電高危作業(yè)，安全工作必須放在首要地位。在開工前必須制定各項安全管理措施，逐層簽訂安全責(zé)任合同，橫向到邊、縱向到底，不留死角，保證施工安全。如豎井開挖，

17、嚴(yán)格按爆破設(shè)計和爆破安全規(guī)程操作施工，加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測的地質(zhì)情況及時調(diào)整爆破參數(shù)，保證爆破安全。9 結(jié)論9.1 施工工藝方面通過豎井開挖實踐，筆者認為，在總體方案確定的情況下，工序上可以再進一步的優(yōu)化.如終南山3#豎井即在1.4m導(dǎo)孔開挖完成后，正向開挖至3.5m斷面至堵孔部分，遵照“弱爆破、強支護”的原則，將3.5m堵孔斷面開挖完，然后反向開挖3.5m斷面，最后由上向下施工至全斷面。若按上述方案施工，工期可縮短達3個月以上。如終南山1#豎井在圍巖相對較好的情況下，1.4m導(dǎo)孔開挖完成后，直接反擴3.5m斷面，然后正向全斷面開挖至設(shè)計尺寸，取得了良好的效果。9.2 經(jīng)濟效益方面采用反井法優(yōu)點

18、就是漏碴,相比正井法吊碴,大大減少了設(shè)備投入、降低了工人勞動強度，經(jīng)濟效益取得了明顯改觀。拿3#豎井開挖為例，就設(shè)備投入一項減少500萬左右，大大減輕了前期資金壓力。9.3 導(dǎo)孔開挖方面豎井的開挖方式要根據(jù)豎井的深度、工期及成本方面來確定采用反井鉆井法或正向開挖導(dǎo)孔施工方式。實踐證明對于圍巖差，節(jié)理發(fā)育，層間粘結(jié)力差的巖層，采用反井鉆機施工工藝是不適合的。終南山1#、3#豎井采用反井鉆機施工導(dǎo)孔方式是成功的，節(jié)約了成本和工期。9.4 豎井襯砌方面豎井二襯采用滑膜施工，比傳統(tǒng)施工工藝大大縮短施工工期，提高了混凝土外觀質(zhì)量。節(jié)約成本。而滑模工藝適用條件為對豎井深度不受限制，尤其對異性斷面、設(shè)置有一道或者多道中隔板等豎井襯砌，優(yōu)