市區(qū)內(nèi)豎井巖層開挖施工技術(shù)

陳雅輝

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300229）

1 工程概況

圓通公園站位于圓通山動物園以北，鼓樓路與一條連通鼓樓路與盤江西路的巷道（無名路）交叉口處，本站大里程端設(shè)置圓通公園站～翠湖站區(qū)間礦山法渡線施工豎井。圓通公園豎井豎井設(shè)計起點(diǎn)里程為右DK5+625.683，設(shè)計終點(diǎn)里程為右DK5+633.783?；觾糸L為25 m，凈寬8.1 m，深度約22.85 m，豎井基坑開挖土層深度為3 m，巖層深度為19.85 m，巖石強(qiáng)度在60～80 MPa。

2 施工方案

2.1 設(shè)計參數(shù)

圓通公園豎井基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用明挖+格柵支護(hù)體系方案。內(nèi)支撐采用一道砼支撐+十七道型鋼支撐，鎖口梁為1500 mm×1200 mm，基坑豎向采用十八道支撐，第一道支撐采用400 mm×600 mm砼支撐，支撐平均水平間距為5 m，第二～十八道支撐采用工25b型鋼支撐，鋼牌號為Q345b，平均水平間距5m，鋼支撐與型鋼格柵相連，第二～九道鋼支撐豎向間距為0.5m，第九～十一道鋼支撐豎向間距為1 m，第十一～十八道鋼支撐豎向間距為2m。豎井初支采用砂漿錨桿＋型鋼格柵，噴射C20混凝土，錨桿采用φ22砂漿錨桿，共設(shè)十三道，其中非靠山側(cè)第一～四錨桿長度為4 m，第五～十三錨桿長度為2 m；靠山側(cè)第一～四錨桿長度為5 m，第五～十三錨桿長度為3 m。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測量、放線定位→小鋼管樁施工→鎖口梁施工→土層開挖支護(hù)→龍門吊安裝→銑槽施工→巖層開挖及支護(hù)→馬頭門加固→封底及車站主體施工。

2.3 基坑開挖順序

圓通公園豎井基坑開挖順序?yàn)椋旱谝徊介_挖豎井兩端基坑，打設(shè)錨桿，施作型鋼格柵并及時架設(shè)支撐；第二步：開挖豎井中間部分基坑，打設(shè)錨桿，施作型鋼格柵并及時架設(shè)支撐；第三步：開挖剩余部分基坑，打設(shè)錨桿，施作型鋼格柵并及時架設(shè)支撐。

2.4 豎井基坑開挖施工

豎井基坑在土層中采用人工配合挖機(jī)進(jìn)行開挖及施工，由于本工程在昆明市中心并緊鄰圓通山動物園，在巖層中開挖不允許采用炸藥開挖，巖石強(qiáng)度在60～80 MPa，局部在120 MPa，根據(jù)本工程特點(diǎn)，首先采用銑槽機(jī)對巖層進(jìn)行破碎創(chuàng)造臨空面，待完成臨空面創(chuàng)造后，則可開始井身開挖。巖層開挖采用劈裂機(jī)、潛孔鉆+二氧化碳爆破、破碎錘等綜合方式對豎井內(nèi)巖石進(jìn)行破碎施工，然后人工配合挖機(jī)，由龍門吊運(yùn)輸至渣土池內(nèi)。

由于豎井下伏巖溶，在銑槽前需要進(jìn)行超前鉆探，探明溶洞位置，對探明的溶洞進(jìn)行注漿填充處理。然后施工施工小鋼管樁及鎖口梁。

2.4.1 豎井井身銑槽

豎井完成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收后，首先對上部土層進(jìn)行開挖支護(hù)，支護(hù)完成后回填，再用銑槽機(jī)對豎井范圍內(nèi)進(jìn)行銑槽，但不開挖，將銑槽完成后的渣土回填至槽內(nèi)，達(dá)到對豎井內(nèi)巖石破碎的效果，完成臨空面創(chuàng)造，在銑槽的過程中，為保證銑槽機(jī)的安全，需在鎖口梁及第一道支撐上方架設(shè)一工作平臺，工作平臺采用工40b+2 cm鋼板焊接而成。

根據(jù)一次同時開挖槽段的大小、泥漿的各種損失及制備和回收處理泥漿的機(jī)械能力確定所需的泥漿數(shù)量，采用MNT-400泥漿攪拌機(jī)拌制泥漿。粘土泥漿攪拌均勻后，在貯漿池內(nèi)一般靜止24 h以上，加分散劑后最低不少于3 h，以便粘土顆粒充分水化、膨脹，確保泥漿質(zhì)量。

在雙輪銑設(shè)備施工時，在雙輪銑下放自帶反循環(huán)系統(tǒng)，泥漿一直處于循環(huán)的狀態(tài)，反循環(huán)上來的泥漿經(jīng)過振動篩將泥漿中的碎石過濾掉，泥漿進(jìn)入到本次槽段內(nèi)，待本槽段完成銑槽施工后，碎石從新回填到槽段中，每個槽段一次銑到位。

2.4.2 豎井開挖

待整個豎井銑槽完畢后，完成豎井臨空面創(chuàng)造后，則可開始井身開挖。采用劈裂機(jī)、潛孔鉆+二氧化碳爆破、破碎錘等綜合方式對豎井內(nèi)巖石進(jìn)行破碎施工，然后人工配合挖機(jī)，由龍門吊運(yùn)輸至渣土池內(nèi)，豎井井身自上而下開挖和支護(hù)，由測量人員控制標(biāo)高，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，每次開挖高度不允許超過格柵高架底以下50 cm。土方開挖先挖豎井兩端，再分段開挖中間井壁，開挖時應(yīng)以豎井中心對稱分側(cè)分塊開挖，在豎井內(nèi)設(shè)置1.5×1.5 m的臨時積水坑，采用2臺35 kW潛水泵抽至地面排水系統(tǒng)中，同時備用2臺35 kW潛水泵。

2.4.3 二氧化碳爆破

（1）工程致裂過程中采用51#、83#致裂器，二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備數(shù)據(jù)采集見表1。

表1 二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備數(shù)據(jù)采集表

（2）致裂參數(shù)選取。

①炮孔設(shè)計。減震溝孔徑：φ60 mm；中間段孔徑φ90 mm；布孔形成：梅花形；鉆孔角度：90°。

②致裂參數(shù)選取。減震溝臺階高度：H=2 m；超深：h=0.2 m；孔深：L=H+h=2.2 m；孔距：a=（0.4～0.6）L，在此取1.32～1.98 m；排距：b=0.8～1 m；最小抵抗線：w=0.8～1 m；單耗二氧化碳：q=0.7 kg/m3；中間段臺階高度：H=3 m；超深：h=0.2 m；孔深：L=H+h=3.2 m；孔距：a=2.5 m；排距：b=2 m；最小抵抗線：w=2～2.5 m；單耗二氧化碳：q=1.5 kg/m3。

（3）致裂安全設(shè)計。①致裂振動安全允許指標(biāo)計算、選擇與校核。依據(jù)《致裂安全規(guī)程》（GB6722-2014）的規(guī)定，地面建筑物的致裂振動判據(jù)，采用保護(hù)對象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度和主振頻率兩個指標(biāo)。致裂振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)參考二氧化碳爆破安全允許振速表內(nèi)相關(guān)內(nèi)容選取數(shù)值，本工程所采用的露天淺孔致裂f在40～100 Hz之間。質(zhì)點(diǎn)振動速度為三個分量中的最大值，振動頻率為主振頻率。致裂振動監(jiān)測應(yīng)同時測定質(zhì)點(diǎn)振動相互垂直的三個分量。頻率范圍根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測波形確定或按如下數(shù)據(jù)選取，硐室致裂f小于20 Hz；露天深孔致裂f在10～60 Hz之間；露天淺孔致裂f在40～100 Hz之間；地下深孔致裂f在30～100 Hz之間；地下淺孔致裂f在60～300 Hz之間。

根據(jù)地表建筑物安全允許振速時，應(yīng)綜合考慮建筑物的重要性，其建筑質(zhì)量、新舊程度、自振頻率、基礎(chǔ)條件等因素。致裂作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，對破碎振動和飛石的控制要求極高，施工時必須采取切實(shí)可行的安全防范措施，確保施工安全。擬選取V=1 cm/s作為周邊建筑物的安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)。在場區(qū)施工時，每次致裂的震源與需保護(hù)目標(biāo)之間的距離是已知的，可用《致裂安全規(guī)程》給出的公式，計算出致裂允許的最大起爆量或延時致裂最大單段起爆量。

②致裂振動安全監(jiān)測。為確保施工安全，對本工程實(shí)施致裂振動監(jiān)測，振動監(jiān)測采用Extech振動監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測。通過監(jiān)測，掌握致裂對基坑邊坡結(jié)構(gòu)及地表建筑物的影響程度，用以修改致裂設(shè)計參數(shù)，控制致裂振動對基坑結(jié)構(gòu)與周邊建筑物及管線的危害，確保施工安全。監(jiān)測結(jié)果作為施工記錄存檔備查。

4 結(jié)語

本工程豎井基坑在巖層中開挖首先采用銑槽機(jī)對巖層進(jìn)行破碎創(chuàng)造臨空面，待完成臨空面創(chuàng)造后，進(jìn)行巖層開挖，巖層開挖采用二氧化碳爆破對豎井內(nèi)巖石進(jìn)行破碎施工，然后人工配合挖機(jī)，由龍門吊運(yùn)輸至渣土池內(nèi)的開挖方式，不僅能夠解決在市區(qū)不允許爆破施工的難題，還能夠優(yōu)質(zhì)、安全、高效按期完成豎井巖層開挖施工，為以后類似豎井基坑開挖作業(yè)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。