反井鉆機(jī)施工技術(shù)在集義隧道小斷面超深豎井施工中的應(yīng)用

王養(yǎng)文

（中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 工程概況

集義隧道全長(zhǎng)15417m，單洞雙線，為高瓦斯隧道。為了有效降低高瓦斯工區(qū)有害氣體濃度，滿足洞內(nèi)安全施工要求，該工程施工過(guò)程中，將3座通風(fēng)豎井設(shè)置在正洞和3座斜井交叉位置附近，以此來(lái)提升通風(fēng)效果。通風(fēng)豎井在隧道的右邊，和線路右線中心線之間間隔10～16m，正洞和井底借助橫通道連接。

集義隧道通風(fēng)豎井凈空直徑2.0m，其中1#豎井的深度為235m，2#豎井的深度是475m，4#豎井的深度是275m。在豎井所在區(qū)域內(nèi)，砂質(zhì)新黃土的厚度大約為10～25mm，覆蓋在表層，下部主要的圍巖形式是砂巖，局部也有夾泥巖分布。井口位置屬于黃土段，其井壁用混凝土澆筑，厚度是350mm。在基巖段，井壁支護(hù)采用的是錨網(wǎng)噴支護(hù)形式，其厚度是120mm。

2 鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

按照我國(guó)大型反井鉆機(jī)、鉆井工藝、地層處理技術(shù)以及配套鉆具的研制標(biāo)準(zhǔn)，該施工中主要應(yīng)用BMC系列反井鉆機(jī)。該鉆機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。式的鉆機(jī)和潛孔錘形式的沖擊器，借助循環(huán)風(fēng)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，孔徑為Φ270mm，鉆孔速度為25～40r/min，鉆壓為12～16kN。

圖1 反井鉆機(jī)施工工藝

表1 BMC系列反井鉆機(jī)主要參數(shù)

3 施工工藝方法

首先處理表土段采用人工挖孔樁并回填混凝土，然后采用地質(zhì)鉆機(jī)自上而下施工導(dǎo)孔，接著采用反井鉆機(jī)一次擴(kuò)孔成型，最后進(jìn)行井壁支護(hù)。在鉆孔過(guò)程中，巖屑會(huì)在高壓風(fēng)的作用下沿著鉆桿和孔壁之間的環(huán)形空間被吹到孔外，并在自重的作用下落在井底通道中。導(dǎo)孔施工完成前，連接隧道和豎井的橫通道必須施工完成。

3.1 表土段處理

表土段采用人工開(kāi)挖并采用混凝土回填，以保證鉆機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)定和限制導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)鉆桿的自由度。人工挖孔樁基底應(yīng)坐落于穩(wěn)定基巖上，樁井開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施工鎖口和護(hù)壁，挖孔內(nèi)徑為2.6m。鎖口以下每1m護(hù)壁為一節(jié)，護(hù)壁厚0.20m。采用C30鋼筋混凝土，混凝土內(nèi)設(shè)置單層鋼筋，護(hù)壁施工完成后在樁孔內(nèi)回填C20混凝土。

3.2 導(dǎo)孔施工

根據(jù)實(shí)際情況，該施工中應(yīng)用SPC600水文地質(zhì)形

具體施工中，若要將鉆孔偏移控制在合理范圍內(nèi)，就應(yīng)該保障鉆機(jī)的水平穩(wěn)固安裝，保持鉆桿垂直，并增加粗徑鉆桿的長(zhǎng)度，用鉆桿扶正器進(jìn)行輔助。在每一根鉆桿鉆進(jìn)之后，應(yīng)將鉆具上提0.3～0.5m，通過(guò)吹風(fēng)來(lái)清潔孔底。在遇到裂痕較大、塌孔掉塊或破碎帶時(shí)，應(yīng)立刻將鉆具提動(dòng)，上下反復(fù)進(jìn)行串洞，并通過(guò)強(qiáng)行吹風(fēng)的形式進(jìn)行沖擊，以此來(lái)?yè)羲榈魤K，并將其沖到孔外，避免鉆研過(guò)高的不利影響。每鉆進(jìn)40m對(duì)孔位和偏斜率進(jìn)行一次檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)偏斜超標(biāo)，應(yīng)通過(guò)擴(kuò)孔、重新進(jìn)行鉆機(jī)支墊、壓力調(diào)整等的方式來(lái)進(jìn)行糾正，偏斜率不可超過(guò)10%。

3.3 反井鉆機(jī)擴(kuò)孔施工

導(dǎo)孔鉆進(jìn)至橫通道后，拆除導(dǎo)孔鉆桿和機(jī)具，在井口安裝BMC400～600型反井鉆機(jī)，下放鉆桿至橫通道，在橫通道內(nèi)安裝Φ2250mm擴(kuò)孔鉆頭，從下自上一次擴(kuò)孔成形，巖渣靠自重下落到井底橫通道內(nèi)，由隧道斜井出渣通道運(yùn)出。

擴(kuò)孔鉆頭開(kāi)始接觸巖面時(shí)，用最低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并慢慢給進(jìn)，保證鉆頭滾刀不受過(guò)大的沖擊而破壞。正常鉆進(jìn)過(guò)程時(shí)一般將系統(tǒng)壓力限制在18MPa以下。擴(kuò)孔過(guò)程中應(yīng)根據(jù)圍巖強(qiáng)度調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速，在硬巖地段可適當(dāng)增加鉆壓，在軟巖地段可以降低鉆壓。在鉆頭與基礎(chǔ)相距2.5m的情況下，應(yīng)降低鉆進(jìn)速度，并仔細(xì)觀察基礎(chǔ)情況，若其周邊異常，應(yīng)及時(shí)通過(guò)合理的措施進(jìn)行處理，待保障無(wú)異常的情況下方可繼續(xù)緩緩擴(kuò)張，直到鉆頭完全露出地面為止。

3.4 井壁支護(hù)

擴(kuò)孔完成后，在井口安裝鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)盤，安裝施工井架和絞車。人員和設(shè)備在鋼結(jié)構(gòu)雙層鑿井吊盤上施工，吊盤直徑為Φ1900mm，盤間為4根立柱剛性聯(lián)接，上層盤是保護(hù)盤兼作穩(wěn)繩盤，采用4臺(tái)穩(wěn)車懸吊，下層盤用于布置噴漿機(jī)。為保證吊盤的穩(wěn)定性，在上下層盤均設(shè)穩(wěn)固裝置，穩(wěn)定裝置采用在吊盤四周安裝定向輪形式。

錨桿采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行濕式打眼，人工安裝。鋼筋網(wǎng)片與錨桿焊接牢固。錨網(wǎng)安裝完成后，每3m段高度進(jìn)行噴漿作業(yè)，噴漿機(jī)選用ZP-Ⅳ型混凝土噴漿機(jī)。混凝土在拌和站拌制，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后由管道輸送下放。

井壁淋水、涌水可采取截、導(dǎo)、堵等處理措施。集中出水點(diǎn)可根據(jù)出水點(diǎn)涌水量大小安裝導(dǎo)水管；當(dāng)施工點(diǎn)上部井壁出現(xiàn)淋水時(shí)，在井壁做截水槽將水集中排放；當(dāng)井壁出水點(diǎn)較小時(shí)，采用錨固劑進(jìn)行封堵。

4 豎井施工導(dǎo)孔防偏糾偏技術(shù)措施

導(dǎo)致鉆孔出現(xiàn)彎曲的原因十分復(fù)雜，在不同情況下，鉆孔所受到不同因素的影響程度也不同。因此在糾偏過(guò)程中，首先應(yīng)通過(guò)全面分析找出鉆孔彎曲的原因，然后再通過(guò)合理的措施加以糾偏。具體施工中，可通過(guò)以下幾個(gè)方面確保導(dǎo)孔施工質(zhì)量：（1）保證安裝質(zhì)量，把好開(kāi)孔質(zhì)量關(guān)。應(yīng)保障其回轉(zhuǎn)給進(jìn)工作系統(tǒng)的正常運(yùn)行，機(jī)械和滑軌間不可出現(xiàn)松曠現(xiàn)象，且變角機(jī)構(gòu)應(yīng)保持牢固。具體安裝中，技術(shù)人員應(yīng)做好安裝質(zhì)量的控制工作，保障地基的平整、堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固，鉆機(jī)立軸傾角方向符合“三點(diǎn)一線”的要求。開(kāi)孔時(shí)，確保鉆具的方向一定要直，長(zhǎng)度隨孔深逐漸加長(zhǎng)，確?？卓诠芄潭ɡ慰浚轿缓蛢A角符合要求。（2）合理配備鉆具，正確選擇鉆具結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)導(dǎo)向性和穩(wěn)定性。（3）合理選擇鉆進(jìn)工藝，嚴(yán)格控制孔壁間隙。為了確保施工精度，選擇鉆機(jī)低速鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速為48r/min。采用測(cè)斜儀每50m測(cè)斜一次，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工鉆孔彎曲度變。（4）對(duì)BSPJ-500型鉆機(jī)施工導(dǎo)孔嚴(yán)格控制精度，防止短距離大角度糾偏，避免擴(kuò)孔時(shí)，鉆桿受力條件差，發(fā)生斷鉆桿掉鉆頭事故。另外，由于地質(zhì)條件較差，BSPJ-500型鉆機(jī)施工完導(dǎo)孔后，反井鉆機(jī)要盡快就位，進(jìn)行掃孔作業(yè)，避免長(zhǎng)時(shí)間空置鉆孔，發(fā)生掉渣堵孔。

5 豎井井壁防排水技術(shù)措施

由于井壁淋水（涌水）對(duì)豎井噴錨支護(hù)質(zhì)量、施工安全及進(jìn)度造成很大的影響，因此，在施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取有效的防治措施。根據(jù)1#、4#豎井施工情況，總結(jié)如下：（1）認(rèn)真做好含水層部分井壁施工質(zhì)量，確保噴射混凝土接茬位置質(zhì)量和噴射混凝土整體厚度、平整度，做到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)漏水。（2）噴錨前對(duì)出現(xiàn)的涌水點(diǎn)進(jìn)行引排，首先在出水點(diǎn)位置打設(shè)1m長(zhǎng)的Ф42無(wú)縫鋼管，將涌水引入井筒內(nèi)，然后在井壁刻槽埋設(shè)Ф50波紋管引排，待所有涌水點(diǎn)引排完成后，通過(guò)Ф100鋼絲螺紋管匯總引排至橫通道排水溝。（3）噴射混凝土?xí)r對(duì)埋設(shè)的Ф50波紋管進(jìn)行覆蓋噴射，待噴錨支護(hù)完成后，按照2m間距、梅花形的要求布設(shè)1m長(zhǎng)的Ф42鋼花管進(jìn)行注漿，注漿漿液采用雙液漿，水∶水玻璃=1∶1。（4）有水地段噴射混凝土?xí)r，應(yīng)集中力量，加快噴射混凝土施工速度，縮短噴射時(shí)間，在不影響強(qiáng)度的情況下適當(dāng)增加速凝劑用量。

6 應(yīng)用效果

集義隧道3座豎井已完成施工，其中導(dǎo)孔鉆機(jī)平均鉆進(jìn)速度為1.3m/h，擴(kuò)孔反井鉆機(jī)平均擴(kuò)孔速度5.1m/d，集義隧道2#豎井孔深475m，擴(kuò)孔后實(shí)際偏斜率為0.6%，取得了較好的控制效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，反井鉆機(jī)主要借助定向技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)井施工，該方法的應(yīng)用不僅可以提升施工效率，縮短工期，還可以有效避免孔道彎曲所引起的一系列問(wèn)題，且操作簡(jiǎn)單、工藝性良好，可降低工作人員的作業(yè)強(qiáng)度，并保障作業(yè)安全性。文章將反井法應(yīng)用于集義隧道通風(fēng)豎井的施工，保證了小斷面超深豎井的施工安全，提高了豎井施工質(zhì)量。隨著反井鉆機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和反井施工工藝的發(fā)展，反井技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域井更加廣泛，施工安全和施工效率也將更大的提高。