鐵路隧道深大豎井井位選擇工程實(shí)踐及主控因素分析

劉建兵， 楊昌宇， 王喚龍， 曾云川

(1. 云桂鐵路云南有限責(zé)任公司， 云南 昆明 650011； 2. 中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川 成都 610031)

0 引言

國內(nèi)鐵路行業(yè)乃至交通行業(yè)少有將深大豎井設(shè)置為輔助施工坑道，鐵路隧道中的深大豎井在勘察、設(shè)計(jì)、施工等方面缺乏系統(tǒng)研究，成熟經(jīng)驗(yàn)較少。20世紀(jì)50年代我國煤炭工業(yè)處于恢復(fù)、發(fā)展初期，新建礦井井筒較淺，建井技術(shù)水平不高。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其從20世紀(jì)70年代到90年代，建井的機(jī)械化配套逐漸趨于合理，爆破技術(shù)得到發(fā)展和提高，施工組織管理得到加強(qiáng)，我國的建井速度也有了較大的提高，建井平均速度從16.4 m/月(1974年)提升到45.86 m/月(1997年)。文獻(xiàn)[1]對我國煤礦行業(yè)20世紀(jì)末立井井筒月進(jìn)度指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，我國立井建井速度10年間提高了57%，人工效率提高了48%。從總體趨勢上，隨著建造技術(shù)和裝備技術(shù)的發(fā)展，成熟的立井建設(shè)經(jīng)驗(yàn)給其他行業(yè)更廣泛的應(yīng)用提供了更為有利的可能性。

隨著煤礦開采規(guī)模的增大和深部資源的開發(fā)，現(xiàn)代礦井的井筒工程具有深度大、斷面大、服務(wù)年限長、質(zhì)量要求高、施工難度大的特點(diǎn)。宋宏偉等[2]認(rèn)為我國煤礦建設(shè)經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展，立井特殊法施工技術(shù)水平基本與世界先進(jìn)國家保持同步； 文獻(xiàn)[3-4]總結(jié)了我國建國后的煤礦特殊建井技術(shù)，指出西部地區(qū)以白堊系、侏羅系等為代表的復(fù)雜地層建井難度大，需要取得技術(shù)突破。龍志陽等[5]認(rèn)為短掘短砌混合作業(yè)的立井施工進(jìn)一步提高了鑿井的機(jī)械化水平，改進(jìn)了施工工藝。崔增祁[6]指出立井普通法施工只要做好地下水的處理即可。目前，我國煤炭及冶金系統(tǒng)豎井修建已形成了以混合作業(yè)方式、大型提升機(jī)、大型抓巖機(jī)、傘形鉆架和大型滑動(dòng)金屬模板為配套的鑿井技術(shù)，其建井技術(shù)已達(dá)國際先進(jìn)水平[7]。

由于工程需要投資、專業(yè)化設(shè)備、專業(yè)化施工隊(duì)伍等因素，豎井在鐵路系統(tǒng)并無大規(guī)模應(yīng)用。文獻(xiàn)[8]指出增加工作面可縮短運(yùn)距，但需要垂直提升，設(shè)備較復(fù)雜，井筒施工進(jìn)度慢，測量工作也較麻煩；其深度一般不宜超過150 m，但在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，也可采用深井。在20世紀(jì)80年代老大瑤山鐵路隧道中曾采用豎井進(jìn)行施工[9-10]，但由于當(dāng)時(shí)機(jī)械化配套差，采用的是人工鉆爆技術(shù)，施工過程中發(fā)生了淹井，因此豎井未發(fā)揮施工正洞作用，也給鐵路隧道選用豎井輔助施工提出了更多的質(zhì)疑。2003—2005年，烏鞘嶺隧道采用豎井機(jī)械化配套及短段掘砌模式修建大臺(tái)豎井和芨芨溝豎井[11]，豎井深度超過500 m，為鐵路深豎井建設(shè)積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

本文結(jié)合高黎貢山隧道2個(gè)豎井井位選擇的實(shí)踐以及在建井期間的工程特點(diǎn)，從豎井功能性定位的角度，對采用普通鑿井法施工豎井井位選擇的主控因素進(jìn)行分析和識(shí)別，得出鐵路深大豎井在井位選擇時(shí)的工程邊界條件，以期為今后鐵路豎井井位的確定提供借鑒。

1 豎井井位的選擇

1.1 礦山立井井位選擇的影響因素

1.1.1 生產(chǎn)功能需要確定宏觀選址

在煤礦礦山建設(shè)中，1個(gè)礦區(qū)可以由多個(gè)井田組成，大型礦井井田走向長度不小于8 km，中型礦井井田走向長度不小于4 km。井田劃分受礦區(qū)地質(zhì)條件、開采強(qiáng)度、深淺部各礦井的關(guān)系、井口與工業(yè)場地的位置等主要因素影響；在地形地貌較為復(fù)雜的地區(qū)，井口與工業(yè)場地的位置選擇有時(shí)會(huì)成為井田劃分的決定性因素。

由于立井開采適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于各種地質(zhì)條件，一般在表層土厚、煤層賦存深時(shí)均選擇立井開采；而在水文地質(zhì)條件復(fù)雜(如覆蓋有厚層土含水砂巖或厚含水層)時(shí)，需要采用特殊施工方法(如凍結(jié)法、鉆井法、注漿法)時(shí)，更是首選立井。據(jù)1995年國有重點(diǎn)煤礦數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，基本開采形式的煤礦共有599個(gè)[12]，其中近30%采用立井開采，若加上綜合開采方式的立井，則占比更大。

因此，立井是礦區(qū)井田開采的重要方式之一，井田的劃分基本確定了立井井位的區(qū)域位置和宏觀工程地質(zhì)條件，其井位確定具有在一個(gè)區(qū)域面積上選擇的特點(diǎn)。

1.1.2 生產(chǎn)條件確定井口位置

在煤礦礦山建設(shè)中，井位選擇時(shí)須全面考慮井下和地表的各種條件。

1)井下條件。①井田儲(chǔ)量走向。井筒應(yīng)設(shè)置在儲(chǔ)量的中央或靠近中央的位置，使兩側(cè)可采儲(chǔ)量基本平衡。②井下生產(chǎn)設(shè)施。井筒應(yīng)與井底車場、主要運(yùn)輸大巷位置等統(tǒng)籌考慮。③井下生產(chǎn)組織。井筒應(yīng)靠近初期達(dá)產(chǎn)采區(qū)，盡快形成生產(chǎn)能力。④工程地質(zhì)條件。井筒應(yīng)盡量避開或少穿地質(zhì)和水文條件復(fù)雜的地層或地段；井底車場應(yīng)布置于地質(zhì)和水文條件好的地層中，不受底部承壓水的威脅。

2)地表?xiàng)l件。①地形。井口位置應(yīng)盡量選擇在地面平坦的地方，結(jié)合生產(chǎn)系統(tǒng)布局，充分利用地形條件，盡量減少井口場地工程，且少占或不占良田。②地表水。井口高程應(yīng)滿足防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；若附近有河流和水庫，應(yīng)考慮決堤威脅和防范措施。③工程地質(zhì)。井口位置應(yīng)避開地面滑坡、巖石崩塌、泥石流等危險(xiǎn)地區(qū)。④生產(chǎn)條件。井口位置要與礦區(qū)總體規(guī)劃的交通運(yùn)輸、供電、水源等布局相協(xié)調(diào)，并有利于生產(chǎn)。⑤環(huán)境保護(hù)。井口和工業(yè)場地位置要符合環(huán)境保護(hù)的要求。

3)井筒布置。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》[13]規(guī)定，一個(gè)礦井必須有2個(gè)通向地面的出口，以策安全和通風(fēng)需要。因此，每個(gè)井田都設(shè)置了2個(gè)及以上井筒，一般主井擔(dān)負(fù)提煤和回風(fēng)，副井承擔(dān)升降人員、材料、設(shè)備、矸石等輔助作業(yè)及進(jìn)風(fēng)。

1.2 鐵路隧道豎井井位選擇影響因素

由于鐵路隧道特點(diǎn)與煤礦礦井建設(shè)、生產(chǎn)等存在差異，其與豎井井位選擇的影響因素及原則既有相似之處，也有其不同的地方。

1.2.1 輔助功能和地形條件確定豎井的選址區(qū)域

與橫洞、斜井、平導(dǎo)等鐵路隧道輔助坑道類似，鐵路隧道的豎井功能也帶有輔助性質(zhì)，其井位設(shè)置受制于主體工程位置和需要的功能。

由于豎井建井方法特殊且具有垂直提升等特點(diǎn)，在交通隧道中多用于施工通風(fēng)、運(yùn)營通風(fēng)等，這類豎井功能單一，一般沿隧道線路走向范圍選擇，布置相對靈活；其建井方案多采用鉆井法、反井法等施工，地質(zhì)條件的適應(yīng)性相對較強(qiáng)。

當(dāng)受地形條件制約無法設(shè)置橫洞等輔助坑道，且設(shè)置其他輔助坑道不能滿足需要或經(jīng)濟(jì)性極差時(shí)，為滿足工期需要“長隧短打”或?yàn)樗淼来笮蜋C(jī)械施工創(chuàng)造條件(如長距離施工TBM設(shè)備檢修、提前對不良地質(zhì)段進(jìn)行處理等)，則不得不選擇豎井。這類豎井位置受控于隧道工期、施工組織、隧道不良地質(zhì)分布等因素，擬選井位相對集中在隧道線路走向的一定范圍內(nèi)。

因此，有別于煤礦立井在一區(qū)域面積上選擇，井位選址受隧道走向控制，具有明顯的沿線路走向條帶選擇的特點(diǎn)。

1.2.2 建井工程條件決定井位微觀選址

由于鐵路隧道豎井功能需求，在井位選擇時(shí)更應(yīng)重視建井條件、建井規(guī)模、工期和安全風(fēng)險(xiǎn)等，主要有如下考慮：

1)地質(zhì)條件是豎井選址的首要條件。煤礦立井，其資源賦存的地層條件在井田范圍相對簡單，以沉積巖、變質(zhì)巖地層及第三系地層居多，其地層分布具有較為明顯的地下水分層發(fā)育的特點(diǎn)。鐵路線路的走向，決定其隧道通過的地層條件可能是多樣的，地質(zhì)年代、地質(zhì)單元等不同，可能遭遇的地質(zhì)問題或水文條件更為復(fù)雜，豎井井筒及井下擬施工段如何避免通過強(qiáng)含水層、巖溶溶洞、大斷層、構(gòu)造破碎帶、軟弱大變形等地層，沿隧道線路走向選擇相對簡單的地質(zhì)及水文條件的分布段落是確定豎井井位的重要因素，也是微觀選址考慮的首要問題。

2)豎井規(guī)模是控制鐵路豎井井位選擇的重要因素之一。作為輔助正洞施工的豎井，從風(fēng)險(xiǎn)管理、投資控制等角度，一方面慎選多豎井工區(qū)，根據(jù)施工組織，1座隧道采用1個(gè)豎井工區(qū)為宜，根據(jù)承擔(dān)正洞任務(wù)，可采用單井或主副井布置；另一方面，作為輔助正洞施工的豎井一般均位于隧道中部或隧道施工組織控制區(qū)段的中部，往往隧道埋深大，且豎井井下施工的走向、高程由正洞控制，豎井一般較深。因此，在滿足施工組織需要和井筒適宜的地質(zhì)條件下，豎井的深度應(yīng)盡可能小，其建井工期越短，越容易發(fā)揮豎井輔助施工的功能。

3)鐵路豎井多建于地形條件復(fù)雜的山區(qū)，不可避免會(huì)選在自然槽谷區(qū)，因此，避免或盡量減小自然沖溝、河流的影響，合理確定井口高程等是井位選址的又一控制因素。

4)豎井提升出渣、進(jìn)料和施工抽排水的施工特點(diǎn)，決定了電力引入條件也是井位選擇的重點(diǎn)考慮因素之一。

2 鐵路豎井井位選擇的原則及要求

通過比較煤礦立井和鐵路豎井的特點(diǎn)及選址因素，在選用豎井作為開辟正洞(或平導(dǎo))工作面，加快正洞施工的輔助坑道，且采用普通鑿井法施工時(shí)，研究提出井位選址應(yīng)遵循的原則及要求。

2.1 充分考慮區(qū)域水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件對井位的影響

對于井筒位置的地質(zhì)勘察，核心是通過抽水(或壓水)試驗(yàn)明確井筒涌水量，井位宜選擇在具有明顯地下水分層性質(zhì)的地層，應(yīng)盡量選擇在貧水層，通過的弱—強(qiáng)富水層盡量短，并符合以下原則：

1)井位選在單一地層時(shí)，應(yīng)結(jié)合巖層性質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及構(gòu)造活動(dòng)情況，綜合判識(shí)地下水(裂隙水)水文地質(zhì)條件，結(jié)合井底車場、井筒斷面大小、抽排水能力等合理確定井位。

2)井位應(yīng)避開并盡量遠(yuǎn)離斷層等構(gòu)造。

3)井位應(yīng)避免選在巖溶水發(fā)育的可溶巖地層。

4)井位應(yīng)避免選在并避免穿過可能發(fā)生軟巖大變形的地層。

5)無論井底采用有軌還是無軌運(yùn)輸，井底車場應(yīng)布置于地質(zhì)和水文條件好的地層中。

2.2 重視局部地形條件對井位的影響

由于鐵路隧道需要設(shè)置深豎井輔助正洞施工地段，一般位于山區(qū)，地形條件復(fù)雜、井口地質(zhì)條件也較復(fù)雜。在井位選擇時(shí)，除考慮交通、電力條件外，應(yīng)重視局部地形條件的影響，并符合以下原則。

1)井口地形要盡量開闊，盡量避免設(shè)置于狹窄區(qū)域或方向不利的狹窄槽谷區(qū)域，這樣有利于控制場坪處理、防護(hù)等工程規(guī)模，且可減少井口地質(zhì)圍巖條件相對較差段的長度和范圍。

2)井位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離自然溝渠、河流。在自然溝、河附近的井位，豎井深度相對較淺，而井口的防洪高程起著控制作用，影響井口防護(hù)和場地布置； 另一方面地表水可能下滲，影響建井期間的處理。

2.3 合理確定井位與隧道的平面關(guān)系

豎井中線與隧道中線或平導(dǎo)中線的間距宜盡量小，這樣有利于井口場坪面積、防護(hù)工程等的控制，但可能導(dǎo)致井底車場功能區(qū)的布置等受到限制，造成車場結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，在井位與隧道主體工程的平面關(guān)系確定上，應(yīng)盡量滿足以下要求。

1)豎井井位與隧道中線平面距離不宜小于30 m。結(jié)合井口地形條件、地表既有構(gòu)筑物分布和場坪防護(hù)工程等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可適當(dāng)加大距離。

2)重視井位，尤其重視井底車場工程地質(zhì)條件對井位的影響。在軟質(zhì)巖地層，井底車場洞室、通道等功能區(qū)的布設(shè)及相互影響，可能成為其豎井井位與隧道平面關(guān)系確定的關(guān)鍵因素。

3 高黎貢山隧道豎井選址

高黎貢山隧道全長34.538 km，為時(shí)速140 km的單線隧道，利用貫通平導(dǎo)預(yù)留Ⅱ線工程，Ⅰ線隧道貫通后，擴(kuò)建平導(dǎo)。隧道最大埋深1 155 m，埋深超過500 m的地段長26.8 km，輔助坑道選擇十分困難。隧道地質(zhì)縱斷面如圖1所示。

圖1 高黎貢山隧道地質(zhì)縱斷面(單位： m)

高黎貢山隧道進(jìn)口段12.5 km范圍巖性多樣、10條構(gòu)造；出口段22 km范圍內(nèi)以花崗巖為主且構(gòu)造少，結(jié)合地形條件及工期等，經(jīng)過多階段深入分析論證，隧道修建方案融合了礦山法“長隧短打”和掘進(jìn)機(jī)“長距離機(jī)械化施工”理念。

隧道進(jìn)口段長度超過20 km段采用礦山法施工，受地形條件控制，選擇深大豎井作為輔助正洞施工的措施之一。在修建方案研究過程中，按照從宏觀到微觀的總體思路，遵循“施工組織需要、地質(zhì)條件適應(yīng)、工程規(guī)?？煽?、場地條件適宜”的原則進(jìn)行豎井位置選址。

3.1 施工組織需要確定豎井選址的區(qū)域范圍

在規(guī)劃期間，隧道土建工期按6年控制。受地形條件控制，高黎貢山隧道擬采用的斜井距進(jìn)口7.1 km(與正洞交點(diǎn)D1K199+600)，斜井長3.6 km。到達(dá)井底后，在規(guī)劃工期內(nèi)可向大里程施工正洞約3 km；出口工區(qū)根據(jù)圍巖條件及構(gòu)造分布情況，TBM掘進(jìn)機(jī)可掘進(jìn)12～14 km。斜井工區(qū)和出口工區(qū)之間剩余隧道正洞10～12 km，若不增設(shè)輔助坑道，無法保證規(guī)劃的工期；且在該段內(nèi)，隧道埋深600～1 050 m，受地形條件控制，設(shè)置斜井長度均在6 km以上，無設(shè)置橫洞條件。

為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃工期目標(biāo)，經(jīng)綜合研究分析施工組織，提出在斜井向大里程方向5～6 km(1號(hào)區(qū)域D1K204+600～D1K205+600)，以及TBM掘進(jìn)終點(diǎn)小里程方向3～4 km(2號(hào)區(qū)域D1K209+600～D1K210+600)合適位置設(shè)置2處豎井輔助正洞施工的初步方案。

3.2 地質(zhì)條件細(xì)化井位的小區(qū)段

如前所述，工程地質(zhì)條件是豎井選擇的主要控制因素之一，擬選擇豎井范圍的工程條件和水文條件，一方面控制井位在隧道縱向可能分布的區(qū)段范圍；另一方面影響施工組織區(qū)段的劃分，反過來也影響著隧道施工組織安排和工期。最終控制的還是豎井工程地質(zhì)條件對建井的影響。

3.2.1 擬選1號(hào)豎井

通過地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)， D1K204+000、D1K206+100分布怒江、鎮(zhèn)安2條斷裂構(gòu)造。根據(jù)工期和均衡施工組織確定的擬選豎井的1號(hào)區(qū)域(D1K204+600～D1K205+600)位于2條斷層之間，其范圍內(nèi)地層為花崗巖，圍巖完整、整體性好，弱富水。因此，從地質(zhì)、水文條件分析，該范圍內(nèi)選擇1號(hào)豎井具有一定可行性，但是井位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離2條斷層。

3.2.2 擬選2號(hào)豎井

地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2號(hào)區(qū)域與TBM掘進(jìn)終點(diǎn)之間的D1K212+120、D1K213+130、D1K214+831連續(xù)分布3條斷層，其中前2條斷層寬度分別為160 m和229 m，TBM施工無法通過，采用鉆爆法施工處理時(shí)間長，對工期影響極大。因此，需要調(diào)整擬選豎井的2號(hào)區(qū)域范圍，從施工組織方面，擬選2號(hào)豎井進(jìn)入正洞后，宜及時(shí)處理斷層，降低工期風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)TBM施工創(chuàng)造條件。

根據(jù)地質(zhì)條件、斷層分布和出口TBM施工工區(qū)安排，擬選豎井的2號(hào)區(qū)域宜調(diào)整到D1K212+200～D1K213+000段，該段位于2個(gè)斷層之間，為燕山期花崗巖地層、弱富水—強(qiáng)富水區(qū)。

3.3 工程規(guī)模比較

為控制豎井深度，縮短建設(shè)工期，在擬選豎井的1號(hào)、2號(hào)區(qū)域開展詳細(xì)的地表地形調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)：

1)1號(hào)區(qū)域中的D1K204+900～D1K205+150段為高原槽谷形成的小盆地地貌，地面高程1 845～2 010 m，基本為該區(qū)域的最低范圍，擬選1號(hào)豎井深度為750～850 m。

2)2號(hào)區(qū)域中的D1K212+200～D1K213+000段為山地峰谷地貌，槽谷狹窄，谷底與峰頂高差為40～60 m，擬選豎井若設(shè)于槽谷，井深580～620 m；若設(shè)于坡頂，井深620～680 m。

3.4 洞口場地條件適宜性

3.4.1 井口場地布設(shè)的基本要求

擬建的豎井深度均超過500 m，且按主、副井形式布置，井位距線路中線不小于30 m。在滿足井架設(shè)備和提升設(shè)備的布置使用、出渣倒運(yùn)、材料運(yùn)輸?shù)纫蠓矫?，擬建豎井與其他輔助坑道洞口場坪相比較，具有以下特點(diǎn)：

1)井口場坪面積大。高黎貢山隧道豎井主井主要用于出渣和排污風(fēng)，副井主要用于人員、材料進(jìn)出和供新風(fēng)等。主、副井均采用Ⅴ型鑿井井架，建井期間豎井的主副提升機(jī)采用兩面對稱布置，鑿井絞車采用四面對稱布置。根據(jù)計(jì)算，主提升機(jī)與豎井中心線間距為33～46 m，副提升機(jī)與豎井中心線間距為34～46 m。為滿足井口提升設(shè)備、井架安裝、主副井場地銜接、物流組織車場等需要，其計(jì)算場坪面積為10 800～12 500 m2，遠(yuǎn)大于一般隧道輔助坑道的洞口場坪面積。

2)場坪地基要求高。豎井井口場坪需要安裝井架、提升機(jī)等重型固定設(shè)備，需置于穩(wěn)定的地基基礎(chǔ)上，對場坪地基的要求較一般洞口場坪要求高。

3)電力條件需求高。豎井工區(qū)的供配電需采用雙回路電源，當(dāng)一路電源中斷，另外一路電源需保障豎井工區(qū)抽排水、施工通風(fēng)和人員提升等基本供電需求。

3.4.2 擬選1號(hào)豎井確定

擬選豎井1號(hào)區(qū)域在小盆地(龍陵縣鎮(zhèn)安盆地)東邊緣通過，該盆地邊緣有霸王河流過，在河左岸山坡腳有老滇緬公路經(jīng)過，線路距鎮(zhèn)安小鎮(zhèn)約2 km。擬建1號(hào)豎井可設(shè)于霸王河右岸、盆地另一側(cè)山坡之間，洞口場地條件相對開闊，平坦。

結(jié)合井底施工、通風(fēng)、人員進(jìn)出及材料提升等需要，1號(hào)豎井采用主副井設(shè)置方式。綜合考慮井底平導(dǎo)和正洞的關(guān)系、井底車場和進(jìn)口場地布置、預(yù)留Ⅱ線施工通風(fēng)、運(yùn)營通風(fēng)的需要，設(shè)置主井位于D1K205+080線路中線右側(cè)30 m，副井位于正洞D1K205+053線路中線左側(cè)52 m，豎井深度約為760 m。

豎井井身除地表9.3 m為粉質(zhì)黏土、漂石土、卵石土和礫砂，井深34.2～61.6 m范圍除弱風(fēng)化輝綠巖外，其余段落均為不明時(shí)期的弱風(fēng)化混合花崗巖(γm)，巖體較完整。井身段地下水以基巖裂隙水為主，主要賦存于碎裂狀的混合花崗巖及輝綠巖中，基巖裂隙水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給。

3.4.3 擬選2號(hào)豎井確定

經(jīng)過比選，2號(hào)豎井選址于黃草壩村約2.7 km處的山坡坡頂，場坪以挖方為主，局部填方，附近有國道G320線和省道S231線通過，距S231省道500～800 m。2號(hào)豎井采用主副井布置，以提高豎井出渣效率、形成巷道式通風(fēng)及保障施工安全。主井位于正洞D1K212+435線路中線左側(cè)60 m，副井位于正洞D1K212+415線路中線右側(cè)30 m，豎井井深640 m。隧道建成后，2號(hào)豎井作為隧道的運(yùn)營通風(fēng)井使用。

3.5 豎井對隧道指導(dǎo)性施工組織的作用

按照上述確定的豎井位置，隧道采用1平導(dǎo)、1斜井及2豎井的輔助坑道設(shè)置，斜井及豎井均為主副井布置，輔助坑道與正洞平面關(guān)系見圖2。

圖2 高黎貢山隧道輔助坑道平面布置示意圖(單位： m)

根據(jù)輔助坑道的設(shè)置，全隧可劃分為5個(gè)工區(qū)，除出口TBM施工外，其余為進(jìn)口、斜井、1號(hào)豎井、2號(hào)豎井4個(gè)鉆爆法工區(qū)，全隧土建工期為71.6月。

2座豎井之間的正洞長7.3 km，為全隧工期控制區(qū)段，其中，進(jìn)入1號(hào)豎井井底后進(jìn)行雙向施工，預(yù)計(jì)共承擔(dān)4.1 km的正洞施工； 進(jìn)入2號(hào)豎井井底后進(jìn)行雙向施工，預(yù)計(jì)共承擔(dān)4.8 km正洞施工。全隧道施工組織安排相對均衡。

隧道建成后，1號(hào)豎井作為隧道的運(yùn)營通風(fēng)井使用； 2號(hào)豎井除作為隧道運(yùn)營通風(fēng)井使用外，還作為隧道運(yùn)營防災(zāi)疏散救援站的排煙井使用。

4 高黎貢山隧道豎井施工實(shí)踐

2016年1月，高黎貢山隧道豎井引進(jìn)煤礦礦山專業(yè)化施工隊(duì)伍進(jìn)行建井施工。施工采用混合作業(yè)以及傘形鉆架打眼配合深孔光面爆破、大型抓巖機(jī)裝巖出渣、大型滑動(dòng)金屬模板砌筑等。目前，豎井建井已完成，已轉(zhuǎn)入井底車場施工。在滇西地區(qū)花崗巖地層中，2座豎井在施工中也遭遇到挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

4.1 滇西花崗巖地層對建井施工方法、施工效率影響較大

4.1.1 1號(hào)豎井

1號(hào)豎井的勘察資料和施工驗(yàn)證深鉆孔資料都顯示，除井口段70 m地質(zhì)圍巖條件相對較差外，其余地段以弱風(fēng)化花崗巖為主，地下水以裂隙水為主，相對含水層1～3層，井口段受地表水影響較大。最后綜合評(píng)估采用普通鑿井法，對含水層采取工作面探水注漿止水方案。

1號(hào)豎井在場坪施工中，對豎井附近霸王河進(jìn)行局部改移并進(jìn)行鋪砌渠化，有效減小地表水對豎井的影響，在井深0～130 m加深炮眼探水，掘砌進(jìn)度為46～52 m/月。在井深130 m處，超前探水孔揭示單孔出水量較大，涌水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10 m3/h，因而開始實(shí)施工作面注漿堵水。由于該地區(qū)花崗巖以陡傾裂隙為主，裂隙水分布規(guī)律性差，加之豎井作業(yè)環(huán)境的限制，超前探水以工作面探孔為主，并結(jié)合注漿孔探測，最終按照“有掘必探、探灌結(jié)合”的原則開展止水工作。井深130～630 m掘砌按照原則實(shí)施了7段(每段80 m)探水注漿工作，探孔最大打孔水量達(dá)112 m3/h，建井平均進(jìn)度為30 m/月左右，其中探水、注漿占用60%～70%的時(shí)間；在最后130 m的施工中，由于受到多種因素影響，建井進(jìn)度甚至低于30 m/月。由于1號(hào)豎井以弱風(fēng)化花崗巖地層為主，陡傾節(jié)理裂隙發(fā)育，施工揭示地下水基本沒有明顯的強(qiáng)、弱含水層之分，探水止水工作占用時(shí)間長，尤其在1號(hào)豎井副井井深630 m處，出現(xiàn)300 m3/h的股狀水造成淹井，處理時(shí)間達(dá)1年，對豎井施工組織及工期影響嚴(yán)重。

4.1.2 2號(hào)豎井

2號(hào)豎井同樣位于花崗巖地層，但是圍巖條件及水文條件與1號(hào)井差異極大。據(jù)鉆孔資料顯示，井身分布14處構(gòu)造影響帶、10處擠壓破碎帶及7處含水層，因此，2號(hào)井身地層具有一定分層性，且含水層間距較大。經(jīng)過最終方案論證，2號(hào)豎井采用了地面深孔注漿止水為主、工作面探水注漿補(bǔ)充后再掘砌的方案。2號(hào)豎井雖然圍巖破碎，井身0～200 m基本正常掘進(jìn)，探水以加深炮孔為主，綜合建井進(jìn)度為55 m/月；在井深200～400 m掘進(jìn)中，以超前鉆孔探水為主，掘進(jìn)綜合進(jìn)度為40～45 m/月。但其地面注漿準(zhǔn)備、注漿周期長，對豎井施工組織及工期造成一定影響。

4.2 富水軟弱破碎圍巖地段對掘砌施工的影響

2號(hào)豎井通過部分?jǐn)D壓破碎帶地段，圍巖破碎，局部砂化，遇水軟弱，穩(wěn)定性差。開挖后極易出現(xiàn)片幫、小坍塌等，導(dǎo)致井壁結(jié)構(gòu)后局部出現(xiàn)空腔，造成圓形井筒結(jié)構(gòu)受力不均，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂。井身393～427 m范圍內(nèi)出現(xiàn)3次井壁開裂，每次處理時(shí)間為2～3月，對工期造成一定影響。通過調(diào)整掘、砌段高，輔以必要的錨、網(wǎng)、鋼架等臨時(shí)支護(hù)防治片幫掉塊，且對壁后空腔及時(shí)采取注漿回填等措施，在后期施工中較好地克服了開裂問題。

4.3 地下水處理?xiàng)l件和施工條件對井底車場施工組織的影響

1、2號(hào)豎井在建井工程中，對地下水的防治標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，因水文地質(zhì)條件復(fù)雜，抽排水條件有限，采用了較大規(guī)模的注漿堵水。在井筒和馬頭門施工完成后，轉(zhuǎn)入井底車場施工。由于井底工作場地條件限制，先期僅能利用建井期間的抽排水條件，導(dǎo)致在井底車場與馬頭門連接段通道施工，須采用較為嚴(yán)格的地下水防治標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行探水注漿，以確保施工安全。探水注漿受工裝設(shè)備、斷面大小、作業(yè)環(huán)境等影響，施工較為困難，對井底車場施工組織影響較大。

另外，由于豎井提升與井底車場水平施工工藝、工裝的差異性，導(dǎo)致井底車場前期施工段出渣、支護(hù)等作業(yè)時(shí)間長，工效低。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

高黎貢山隧道豎井勘察設(shè)計(jì)及施工實(shí)踐表明，深大豎井修建技術(shù)是成熟可行的，豎井井位選擇對工程地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和要求有別于礦山等行業(yè)，也與鐵路其它輔助坑道選擇有較大差異，體現(xiàn)在技術(shù)路線、控制重點(diǎn)、判識(shí)深度等以下方面。

1)鐵路隧道豎井的功能性需要決定井位條帶選擇的特點(diǎn)。在鐵路隧道中，豎井的輔助性功能定位決定其井位必須服從于主體工程。由于鐵路項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，需要設(shè)置深大豎井的區(qū)域在復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下受控因素多，對工程建設(shè)影響大，因此，在深大豎井的選擇上應(yīng)進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。

2)對豎井區(qū)域水文地質(zhì)條件的準(zhǔn)確判識(shí)是井位選擇的關(guān)鍵。由于豎井需要考慮垂直提升、井筒直徑及布置、抽排水能力及管路布置等問題，因此豎井對區(qū)域水文地質(zhì)條件的要求更高，也成為控制豎井選址的關(guān)鍵。對區(qū)域水文地質(zhì)條件具有更強(qiáng)的敏感性，其對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的判識(shí)較其它輔助坑道更深更細(xì)，對工程地質(zhì)及水文地質(zhì)的精準(zhǔn)判識(shí)水平直接影響豎井建井的方法、工期和投資。

3)井位選擇應(yīng)充分考慮治水方案及其對建井方法和施工組織的影響。對于裂隙水發(fā)育且地下水不具明顯分層性質(zhì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)條件、裂隙水發(fā)育的宏觀規(guī)律、分析預(yù)測的水量及水壓等，對井筒建井地下水防治方案、建井方法進(jìn)行綜合研究和比選論證。

4)井位選擇應(yīng)重視井身的圍巖條件，尤其是富水軟弱破碎圍巖可能對施工和結(jié)構(gòu)造成的影響。豎井建井能夠快速出渣、及時(shí)砌筑，圍巖開挖暴露時(shí)間短，對破碎圍巖和穩(wěn)定性相對較差的圍巖具有一定的適應(yīng)性。但是圓形井筒圍巖受力變形相對均勻，若結(jié)構(gòu)后局部出現(xiàn)空洞，極易導(dǎo)致襯砌受力不均而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂，處理極為困難。

5.2 建議

1)由于豎井建井對地下水的敏感性強(qiáng)，除加強(qiáng)勘察，避免在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下設(shè)置豎井外，還應(yīng)進(jìn)一步研究提升豎井建井期間的抽排水能力，降低防治水標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)豎井選址的適應(yīng)條件。

2)地層涌水是井筒施工的重要影響因素。應(yīng)在建井前鉆進(jìn)地質(zhì)檢查孔，通過抽水試驗(yàn)得到井筒準(zhǔn)確的涌水量，由此確定建井期間治水方法，形成打干井的井筒施工工作條件。若工程條件允許，也可以改變井筒位置，選擇地質(zhì)條件相對好的井位，以降低施工難度、減少施工成本，加快井筒建設(shè)速度。

3)井底車場需要滿足后期隧道主體施工。在豎井選址時(shí)，應(yīng)結(jié)合車場布置，進(jìn)一步研究豎井井位與主體工程的關(guān)系，以利于井底車場的施工組織并快速形成生產(chǎn)能力。

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