長大隧道超深豎井反井法施工技術(shù)

謝　曉（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北武漢430000）

長大隧道超深豎井反井法施工技術(shù)

謝曉（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北武漢430000）

介紹了福州京臺高速公路牛巖山隧道通風(fēng)豎井在施工過程中采用反井法施工工藝及雙層安全防護(hù)盤，對井下作業(yè)人員進(jìn)行多重防護(hù)的方法，降低施工難度，減少施工安全風(fēng)險，加快施工進(jìn)度，節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境，取得了一定的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，對類似工程施工具有借鑒作用。

長大隧道；超深豎井；反井法

前言

豎井通風(fēng)在公路、鐵路長大隧道中，具有通風(fēng)效果好，營運(yùn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，在公路、鐵路長大隧道中應(yīng)用越來越廣泛，深度300m以上的超深豎井也隨之越來越多，隨著深度的增加，傳統(tǒng)的正井開挖施工方法已逐漸無法滿足施工的安全、進(jìn)度等要求。福州京臺高速公路牛巖山隧道是目前福建省內(nèi)最長公路隧道，牛巖山隧道送排風(fēng)豎井為福建省內(nèi)最深的公路通風(fēng)豎井之一，為確保安全、高效的完成豎井工程施工，中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司進(jìn)行課題研究和公關(guān)，在368.49m超深豎井開挖過程中，改變傳統(tǒng)正井開挖法，而采用反井法開挖，同時結(jié)合反井施工的特點(diǎn)，改良井口安全盤及井下安全作業(yè)平臺，安全、高效的完成超深豎井的開挖工作，取得了良好的效果。

1　工程概況

福州京臺高速公路牛巖山隧道全長為9252m，為目前福建省最長的高速公路隧道。牛巖山隧道送排風(fēng)豎井位于牛巖山隧道左洞ZK122+030左側(cè)35m位置，豎井直徑7.2m，井口設(shè)計標(biāo)高為740.9m，豎井深度為368.49m，豎井圍巖主要為凝灰?guī)r，開挖方量為19500m3。

整個豎井施工過程中，豎井開挖施工難度大，通風(fēng)、排水困難，安全風(fēng)險極高。該隧道豎井為京臺高速公路全線極高風(fēng)險點(diǎn)、重難點(diǎn)控制性工程之一。

為了減小施工難度，降低施工安全風(fēng)險，解決豎井開挖過程中的通風(fēng)、排水困難等問題，結(jié)合隧道整體施工進(jìn)程，對豎井的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，在隧道左洞掌子面開挖通過豎井位置后，通過豎井導(dǎo)孔，利用豎井底部與隧道主洞的連接通道，實(shí)現(xiàn)在豎井底部出碴，從而徹底解決開挖過程中的洞渣吊運(yùn)安全風(fēng)險大及井內(nèi)通風(fēng)、排水困難等問題。

2　技術(shù)原理

反井法施工改變傳統(tǒng)的自上而下的全斷面開挖，孔口出渣的施工方式，而采用先在在豎井中心由上而下鉆取直達(dá)井底的φ260mm導(dǎo)孔，與下部已完成開挖的主洞送排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道相通；在井下聯(lián)絡(luò)道內(nèi)連接擴(kuò)孔鉆頭，由下向上擴(kuò)孔反鉆施工φ1400mm先導(dǎo)井（擴(kuò)孔），作為豎井全斷面爆破施工時的爆破自由面和通風(fēng)溜碴通道；最后自上而下爆破開挖至形成設(shè)計的豎井?dāng)嗝妫瑥亩鉀Q人工開挖施工過程中的出渣、通風(fēng)、排水等難題。同時在通過設(shè)置改良井口安全盤，井下安全平臺，導(dǎo)孔口加蓋透氣型防翻轉(zhuǎn)井蓋等措施，為豎井掌子面作業(yè)人員提供多重保護(hù)，降低施工安全風(fēng)險。

3　主要施工工藝

（1）超深豎井反井法施工工藝流程圖見圖1。

圖1　工藝流程圖

（2）關(guān)鍵技術(shù)及控制要點(diǎn)

①260mm導(dǎo)孔施工技術(shù)：豎井深達(dá)368.49m，豎井直徑為7.2m，導(dǎo)孔鉆孔的垂直精度必須控制在1%以內(nèi)，一旦導(dǎo)孔偏離豎井范圍，必須在豎井底部進(jìn)行擴(kuò)挖找尋導(dǎo)孔，嚴(yán)重的需廢除重鉆，將嚴(yán)重影響施工工期。施工中通過挖除孔口軟如土層，在豎井中心澆筑直徑2.0m的C20混凝土灌注樁，樁基底部與中風(fēng)化基巖銜接，保證在鉆孔時孔口機(jī)械的平整及地層的穩(wěn)定，減少導(dǎo)孔偏移。選擇適合的鉆機(jī)設(shè)備，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員進(jìn)行操控，通過測量糾偏等手段，保證導(dǎo)孔的成孔精度，是反井法施工能否成功實(shí)施的第一步，也是關(guān)鍵一步。

②φ1400mm反鉆擴(kuò)孔技術(shù)：導(dǎo)孔貫通后，安裝反挖擴(kuò)孔鉆機(jī)，通過導(dǎo)孔自上而下安裝鉆桿至豎井底部，在底部換裝反挖擴(kuò)孔鉆頭，通提升拆除鉆桿，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。反井?dāng)U挖工作原理見圖2。

③豎井全斷面開挖技術(shù)：擴(kuò)孔完成后，拆除LM400型反井鉆機(jī)，清理現(xiàn)場。澆筑豎井鎖口圈，利用安全爬梯完成自井筒地面以下20m范圍的掘進(jìn)、支護(hù)工作，豎井洞渣通過中心先導(dǎo)井直接排放到豎井底部，由隧道主洞的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行出碴。完成20m井身施工后，通過建立提升懸吊系統(tǒng)及作業(yè)平臺，加強(qiáng)安全防護(hù)及提高工作效率。

圖2　反井鉆機(jī)工作原理示意圖

④多重安全防護(hù)：在豎井全斷面開挖后，設(shè)置改良型井口安全盤、井下安全平臺，導(dǎo)孔井蓋等。改良型井口安全盤更有效的防止孔口雜物墜入孔內(nèi)；下安全平臺除了作為中轉(zhuǎn)平臺外，更為井下作業(yè)人員提供安全繩固定點(diǎn)；豎井導(dǎo)孔口加蓋透氣型防翻轉(zhuǎn)井蓋，既保證井內(nèi)通風(fēng)又可有效防止井內(nèi)人員、雜物掉入導(dǎo)孔內(nèi)。開挖過程中，通過上述措施為井下作業(yè)人員提供多重的安全保護(hù)。

4　工法特點(diǎn)

（1）本施工工藝通過改變常規(guī)的從豎井口出渣的施工方法，采用反井法，通過豎井導(dǎo)孔，向豎井底部排渣，從隧道主洞出渣，解決了豎井開挖施工中“越深越難，越深越慢”的難題，通過降低了出渣工作強(qiáng)度，提高了出渣的工效，打破了豎井深度對施工的制約。

（2）本施工工藝通過取消孔口出渣工序，從而避免大量的垂直運(yùn)輸工作，很大程度上降低了豎井施工的安全風(fēng)險。同時在豎井口設(shè)置固定式的安全盤，及在井下設(shè)可移動式安全作業(yè)平臺，為井下作業(yè)提供多重安全防護(hù)，使施工作業(yè)更加安全。

（3）本施工工藝通過豎井中心導(dǎo)孔，利用豎井底部與井口的氣壓差產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，解決了豎井內(nèi)的通風(fēng)問題，同時還解決豎井內(nèi)排水問題，無需采用通風(fēng)、排水設(shè)備，節(jié)能環(huán)保。

（4）本施工工藝總體施工成本低，施工進(jìn)度快，施工耗能量小，可操作性更強(qiáng)，節(jié)約建設(shè)工期。

5　效益分析

5.1提高破巖效率

采用鉆爆法精心布置炮眼，可將破巖效率提高5～10%，并且有利于實(shí)現(xiàn)深孔光面爆破。

5.2提高裝巖及運(yùn)輸效率

裝巖及運(yùn)輸是普通法施工豎井循環(huán)中最繁重的工序，消耗工時多、效率低，通常占整個開挖循環(huán)用時的50%以上。采用反井法施工，爆破下來的巖石直接落到下部隧道內(nèi)，用裝載機(jī)裝車、汽車運(yùn)輸。正是利用導(dǎo)井，很好地解決了巖石的裝運(yùn)問題，大大提高了鑿井速度。

5.3節(jié)省施工期間通風(fēng)和排水設(shè)備

普通法施工井筒，需安設(shè)臨時通風(fēng)排水設(shè)備和提吊系統(tǒng)，深度越深，通風(fēng)和排水難度越大，而反井法施工采用的導(dǎo)孔，利用井底及井口產(chǎn)生的氣壓差，形成空氣流通，有效解決掘進(jìn)過程中的通風(fēng)問題。同時井筒的滲水及施工用水可從導(dǎo)井流到井下隧道排查，降低成本，提高掘進(jìn)速度。

5.4安全風(fēng)險低

超深豎井反井法施工通過井口及井下兩處安全盤（平臺）的設(shè)置，最大限度的減少了豎井施工過程中物體打擊、高處墜落等安全防護(hù)及處理，使得豎井施工安全控制在可控范圍內(nèi)。5.5根據(jù)測算，采用反井法施工比采用常規(guī)正井法開挖施工，僅豎井開挖一項(xiàng)，可節(jié)約成本約150萬元。

6　結(jié)語

牛巖山隧道368.49m送排風(fēng)豎井開挖于2015年11月完成，施工中未出現(xiàn)安全質(zhì)量事故，尤其是在反井法施工中使用固定式井口盤結(jié)合井下安全盤的雙重保護(hù)方法，獲得業(yè)主、監(jiān)理及同行的一致好評，福建省高指多次組織其他單位到現(xiàn)場學(xué)習(xí)觀摩，并被京臺業(yè)主推廣到福建省同類工程施工中應(yīng)用，獲得了良好的社會效益。

[1]李豐果.節(jié)能降耗技術(shù)在深大通風(fēng)豎井施工中的應(yīng)用.隧道建設(shè)，2012（6）.

[2]魏更生.公路特長隧道超深豎井反井法導(dǎo)孔偏斜率控制技術(shù)探討.福建交通技術(shù)，2013（5）.

[3]肖禮忠.反井鉆機(jī)在終南山公路隧道豎井中的應(yīng)用.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008（5）.

U435

A

2095-2066（2016）31-0181-02

2016-10-5

謝 曉（1981-），男，工程師，本科，主要從事交通土建類的施工工作。