米倉山隧道豎井反井法施工技術探討

隨著國家交通事業(yè)的大力發(fā)展，高速公路建設的迅速推進，大力發(fā)展山區(qū)高速勢在必行。山區(qū)高速公路多沿河谷及山體岸坡布設，橋隧比相對較高，公路隧道建設大量增加，特別是特長隧道越來越多。從特長隧道運營期間的安全、經(jīng)濟考慮等綜合考慮，多數(shù)采用豎井通風。本文結合甘肅省成縣至武都高速公路11標建設米倉山隧道豎井工程實踐，結合地形、地質、施工等影響因素，并用于工程實際，以指導施工。

1 工程概況

成縣至武都高速公路是蘭（州）海（口）高速公路和十（堰）天（水）高速公路的重要連接線，位于甘肅省隴南市，該地區(qū)為山嶺重丘區(qū)，受到地形地質條件限制，隴南市自古以來交通欠發(fā)達，制約了隴南地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。項目建成對于改善區(qū)域交通條件，構筑甘肅省綜合運輸大通道，拓展隴南經(jīng)濟活動圈的范圍

和加快隴東南經(jīng)濟社會轉型跨越發(fā)展具有長遠的社會效應和經(jīng)濟意義。項目所在地沿線地形、地質復雜，沿線滑坡、崩塌等不良地質普遍存在，受地形、地質條件制約，本項目橋隧比例高達72.43%。其中米倉山特長隧道右線全長8694m；左線全長8688m，采用常規(guī)縱向通風方式不能滿足隧道通風需要，施工圖設計采用豎井送排結合縱向射流通風的方案，隧道左右線共用一個豎井，豎井設置在隧道左線左側，距離左線平面設計線110m，對應樁號為ZK55+628；通風豎井內(nèi)徑為

9.6m，長度為174.62m；通風豎井與隧道主洞間設置送風聯(lián)絡通道、排風聯(lián)絡通道、運輸通道、風機房、人行橫通道及送排風通道漸變段等洞室。


豎井圍巖主要為V、IV級圍巖：V級圍巖48.13m，以中～強風化砂巖、礫巖為主；圍巖裂隙較發(fā)育，裂隙間夾軟弱泥層填充；有少量滲水、局部有線性滴水，圍巖強度低，自身穩(wěn)定性較差；IV級圍巖126.5m，為中～微風化砂巖、礫巖互層，紫紅色、中厚層狀，裂隙弱發(fā)育，巖體結構較完整，局部有少量裂隙滲水，巖體抗壓強度較低，圍巖整體穩(wěn)定性較好；豎井進口30處有小溪，裂隙水、滲透水局部存在。V級圍巖襯砌類型SSJ-V采用：C25噴射混凝土26cm厚；R27中空注漿錨桿L=3.5m，間距100cm*100cm； I20a工字鋼間距100cm；二次襯砌采用50cm厚C25鋼筋混凝土。IV類圍巖襯砌類型SSJ-IV采用：C25噴射混凝土20cm厚；Φ22砂漿錨桿L=3.0m，間距100cm×100cm；I14工字鋼間距100cm；二次襯砌采用40cm厚C25混凝土。

2 豎井施工方案

根據(jù)施工圖紙及設計技術交底、結合豎井所在的地理位置及豎井自身的工程特點，為滿足豎井施工工期、確保工程質量，豎井按以下步驟施工：井口排水溝等井口上部→井口鎖口施工→采用中心擴孔法施工導向孔→鉆爆擴孔及初期支護→襯砌施工。

2.1 施工方法選擇


根據(jù)豎井設計情況和工程地質條件并結合施工棄渣、通風等問題，在綜合考慮施工質量、進度、安全、成本及技術積累等因素的基礎上，采用多次中心擴孔法進行豎井施工，多次中心擴孔法即先采用反井鉆機鉆出一個小直徑的導井，再從上往下鑿巖爆破成較大的導井，最后再次從上往下鑿巖爆破成井。

豎井井壁具體施工思路為：

1）聯(lián)絡通道從主洞施工至豎井底部位置；

2）采用反井鉆機鉆直徑27cm的導向孔至豎井底部，與聯(lián)絡通道貫穿；

3）通過聯(lián)絡通道運送直徑200cm鉆頭至豎井底部，反井鉆采用200cm鉆頭自下而上反鉆擴孔，形成直徑200cm的導渣井；

4）采用鉆爆法沿導渣井自下而上鉆爆施工，形成直徑400cm的導渣井

5）采用礦井鉆爆法自上而下爆破開挖至設計輪廓，初期支護同步跟進，開挖渣土沿導渣井順溜至豎井底部，采用運渣車通過聯(lián)絡通道和主動左洞出渣。

6）豎井初期支護施工完后，自下而上進行二次襯砌混凝土施工。

2.2機械設備配備情況

根據(jù)米倉山隧道通風豎井的設計情況，針對本豎井的工程地質情況，在選用所需的提升設備和鉆井設備中主要考慮一下問題：①鉆機擴孔時所具備的拉力、轉速、扭矩等②提升設備所需具備的提升提拉力③豎井施工所需的風水電。由于本豎井圍巖主要為V、IV類圍巖，巖質較差，故選擇ZFY2.0/400型鉆機，鉆機型號及技術參數(shù)如下(表一)：

提升設備采用10T龍門吊配合1臺風、水、電管線的懸掛絞車?？諌簷C采用23m3兩臺，變壓器采用800KW一臺，水箱采用20m3高壓水箱。

3 豎井施工

根據(jù)豎井井口設計情況，采用人工配合機械施工豎井井口排水溝，井口上部開挖以及臨時邊坡防護。

3.1 豎井鎖口

采用測量設備放出豎井設計中心點，標示出豎井鎖口圈開挖輪廓線，采用鉆爆配合機械進行開挖，人工修整井壁，采用錨噴對外壁加固，綁扎基座鋼筋及井口環(huán)襯砌鋼筋，立模澆筑鎖口環(huán)基座及襯砌C25混凝土，鎖口內(nèi)壁采用水泥漿抹平順，待模筑混凝土強度達到70%后回填C15片石混凝土，采用人工配合機械平整井口場地，并施做井口基座底部至井口爬梯及井口圍護欄。

3.2 導向孔施工

3.2.1 27cm直徑的導向孔施工

由于該豎井井口段屬于V類圍巖，巖質較差，先采用C25混凝土澆筑鉆機底座，底座混凝土強度達到后，采用龍門吊吊裝鉆機就位，安裝鉆機，測量鉆孔鉆桿垂直度，確保鉆孔精度。用濕鉆法下鉆成孔至設計豎井底，鉆頭采用27cm，形成一個直徑約28cm 的導孔。開孔時根據(jù)現(xiàn)場實際地質圍巖情況（中強風化砂巖圍巖強度較大），使用短鉆桿、低鉆壓、低鉆速的方法間斷推進，鉆孔過程中，為保證導向孔豎直，采用扶正器扶住鉆桿確保鉆桿垂直度。短鉆桿鉆入圍巖后, 接入一節(jié)具有導向作用的穩(wěn)定鉆桿, 待穩(wěn)定鉆桿完全進入導向孔內(nèi)后, 逐步調(diào)整鉆壓和轉速, 進行導向孔的正常鉆進。鉆孔深達到50m后，鉆入穩(wěn)定巖體時，啟動液壓減壓鉆進系統(tǒng)。鉆孔過程中遇到節(jié)理發(fā)育和破碎或軟弱圍巖時, 鉆機容易產(chǎn)生振動、卡鉆現(xiàn)象，需要安置穩(wěn)定鉆桿，并減緩鉆壓、轉速, 間斷鉆進。鉆孔過程中應做好鉆孔施工記錄，隨時掌握鉆孔深度、鉆進速度，鉆桿鉆孔的垂直度，及鉆機自身的工作參數(shù)，要關注鉆孔渣樣的變化（原色、強度），及時排出鉆渣。

3.2.2 200cm直徑導渣孔擴挖施工

在豎井導向孔施工前，主洞和聯(lián)絡通道已經(jīng)貫通至豎井底部，擴孔施工所需更換的滾輪刀盤通過運載工具運送至豎井底部后，按照以下程序進行導渣孔施工：

1）安裝直徑200cm擴孔滾輪刀盤；

2）孔口接入水管，以冷卻滾輪刀盤、消塵用；

3）將回轉變速裝置調(diào)為慢速擋；

4）調(diào)試擴孔滾輪刀盤，同時對擴孔巖面進行刮平；

5）待擴孔滾輪刀盤與巖面均勻接觸后, 滾輪刀盤全部進入基巖前，采用低鉆壓、低轉速進行擴孔開挖；

6）待滾輪刀盤全部進入豎井圍巖后，調(diào)整鉆機的鉆壓、鉆速進行正常擴孔開挖，在豎井底部將道渣運輸至洞外棄渣場。

擴孔過程中根據(jù)巖層的實際情況調(diào)整擴孔壓力，巖石強度高進度慢，需提高鉆壓，保持鉆速；巖石強度低則進度快，需減小鉆壓，控制鉆速，要協(xié)調(diào)好鉆速和鉆壓的關系，使鉆機在一種較平穩(wěn)的狀態(tài)下工作，保持較均勻的掘進速度進行擴孔開挖。擴孔施工注意事項：為防止?jié)L輪刀盤損壞，鉆機滾輪刀盤必須在有水的條件下工作；擴孔過程中出現(xiàn)進尺異常時，應暫停施工，調(diào)查現(xiàn)場圍巖，檢查鉆機，查找出現(xiàn)異常原因，及時作出調(diào)整，不能盲目冒進；導井快鉆通時，采用小軸壓，并控制鉆速，間斷推進，避免突然貫通，造成卡鉆、主機移位、損壞機件等不良事情的發(fā)生。

擴孔法豎井施工鉆井進度如下：

3.2.3 400cm直徑導渣孔擴挖施工 200cm導渣井形成后，在豎井底部拆卸200cm滾輪刀盤，清修并將鉆機撤離鉆井施工離場。采用風鉆鉆孔爆破方式：每循環(huán)開挖為180cm～200cm，爆破原理為多眼弱爆破。炮眼布置如下：炮眼采用人工站在施工吊籃上手持風鉆鉆孔，炮眼深度為100cm，環(huán)向布眼，三環(huán)布置，周邊眼間距60cm共50眼，掏槽眼間距45cm共28眼，輔助眼間距65cm共20眼。將直徑為200cm導向孔通過鉆爆方式逐步擴孔至400cm，并調(diào)裝600cm直徑的導渣井蓋盤。鋼蓋板作用包括：防止渣土隨意掉落井底；方便調(diào)運小型發(fā)掘機；方便調(diào)運提升籠等。400cm導渣孔鉆爆擴孔時施工直徑180cm吊籃作為施工平臺，吊籃采用上下3cm圓形鋼蓋板制作。

3.3 鉆爆擴孔及初期支護

鉆爆擴孔形成直徑約4m的導渣井后, 為防止井口周邊施工人員及碎石、雜物掉入井內(nèi)，在井口周邊安裝安全護欄及攔渣網(wǎng)。在井口設置10T龍門吊，牽引垂直運輸?shù)趸@，供人員、小型機械及施工材料進行上下運輸；豎井采用由上而下進行鉆爆擴孔開挖，采用小型機械配合人工利用導渣孔從隧道主洞出渣；洞渣清理完成后，及時用導渣井蓋盤封蓋導渣孔，進行初期支護施工。

井口土質圍巖地段采用小型機械結合人工手持風鎬開挖，每循環(huán)進尺1m；石質地段V級圍巖采用預裂爆破結合小型機械開挖, 每循環(huán)進尺1m；Ⅳ 級圍巖采用光面爆破結合小型機械開挖，每循環(huán)視圍巖情況進尺1～2m。合理布置炮眼、控制炸藥用量，提高爆破效率，確保洞渣粒徑能順利的通過導渣孔。

加強豎井施工測量放樣，用儀器準確描出開挖輪廓線,確保每循環(huán)孔底保持在同一平面上，保證豎井開挖垂直度。

3.4 出渣通風

爆破完成后，通過主洞及聯(lián)絡通道采用低噪音軸流風機來通風排煙。通風排煙與30分鐘后，采用10T龍門吊將導渣井蓋盤吊裝至開挖面，導井蓋盤穩(wěn)固后，將小型挖掘機吊放至導井蓋盤上。挖掘機開向側壁，龍門吊將蓋盤內(nèi)圈蓋板吊出豎井。采用小型機械配合人工利用導渣孔將渣土溜至豎井底部。采用8輪運載車配合裝載機將渣土通過聯(lián)絡通道及主動運倒至棄土場。

3.5 初期支護

豎井初期支護施工順序: 通風排塵→封蓋導渣孔→清理危石→處理欠挖→初噴混凝土→打設錨桿→安裝鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→監(jiān)控量測→反饋、調(diào)整支護參數(shù)。

本豎井初期支護施工過程中，為了加快施工進度和加強安全環(huán)保管控，針對豎井初噴混凝土的輸送問題，特意制作一個初噴料漏斗。初噴料漏斗制做安裝如下：通過3cm鋼板焊制一個漏口30cm的漏斗，后用無縫鋼管焊接加固在漏斗上，然后用Φ22鋼筋用鎖腳錨桿的方式打入初期支護，扣鎖住漏斗鋼管，這樣一直接入至豎井支護面。至支護面后通過斜槽將噴漿料引入噴漿機。通過噴漿漏斗裝置，減少了人工、提高了工作效率，減少了環(huán)境污染、提高了施工安全，大大增加施

工效益。

3.6 襯砌施工

待整個豎井鉆爆擴孔成井初期支護施工完后后，為保證井壁混凝土施工進度、質量，二次襯砌從下向上采用自升式液壓爬模工藝施工。

3.6.1 模板系統(tǒng)設計 自升式液壓模板系統(tǒng)主要由：鋼模板，支撐架，上、中、下平臺，支腿，千斤頂撐桿及液壓系統(tǒng)，砼振搗裝置組成。模板系統(tǒng)分為送風道、排風道分兩個部分,中、下平臺同作為整個模板系統(tǒng)的支撐平臺。整個模架滑、升采用行程1m的液壓千斤頂完成,液壓系統(tǒng)分為模板伸縮和提升兩個部分,采用兩套液壓泵,分別控制相應部分。


豎井襯砌施工爬架平面圖 豎井襯砌施工爬架立面圖

注：1-井架；2-模板；3-千斤頂；4-架勁梁；5-中平臺；6-下平臺；7-支腿；8-爬升液壓千斤頂。

砼振搗裝置采用安裝在模板上的附著式振動器形式并結合人工振搗，整個模板系統(tǒng)共布置20個HZ2-5型(1. 1kW)和HZ2-5A型( 1. 5kW) 。為保證施工中其他材料及砼進入工作面，上平臺應預留一定的凈空。中、下平臺通過爬升千斤頂相連接，支腿應固定于平臺的端部，可以進行水平、自由伸縮。

3.6.2 爬模施工

在整個爬模系統(tǒng)中, 以100cm高模板作為接口模板,每次爬升高度為2.0m，砼澆注高度為2.0m。爬模施工步驟主要為脫模、爬升、校正模?；瑫r，下平臺

不動，收起中平臺的支腿，開啟液壓系統(tǒng)，頂升中平臺及以上爬架、鋼模板等；頂升到位后支好中平臺支腿，收起下平臺支腿，油缸回油后把下平臺提升1.0m，固定好支腿，重復上述步驟，完成爬升全部過程。爬架爬升前應對所有焊接部位、連接螺栓進行檢查，并進行檢驗試爬，試爬合格后方可投入施工。每節(jié)段施工后，需將預留槽填補并注意砼養(yǎng)生。砼抗壓強度達到0.5MPa時才可拆除模板，當強度達到2.5MPa后，方可進行模板爬升。

3.6.3 混凝土施工

襯砌模筑砼采用在主洞附近就近建設的拌和站集中拌和運輸。從施工成本控制、施工時間、施工安全及其他方面進行綜合比選，采用從井口用吊桶將砼送至工作面入模的施工方案。砼從井口吊送至工作面后，利用溜槽，并采用人工輔助分料入模，利用附著在模板上的附著式振搗器將砼振搗密實。

特殊部位襯砌模筑施工為馬頭口處模筑襯砌施工，馬頭口處襯砌施工采用混凝土泵送車將混凝土泵送至模板內(nèi)，再采用輔助振搗和人工振搗相結合的方式施工。

本豎井砼襯砌施工順序為先施工馬頭口處，待強度合格后自下而上依次砼襯砌施工。

部分工藝、裝備圖：

擴孔法施工工藝具體流程圖

3.9 監(jiān)控、監(jiān)測

根據(jù)本豎井施工特點和工程地質情況，豎井施工監(jiān)控、檢測工作主要分為地質監(jiān)控、環(huán)境檢測兩部分來進行。

根據(jù)設計圖紙要求，結合現(xiàn)場施工環(huán)境和工程實際情況，本工程的監(jiān)控量測是由工程的安全監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測兩部分組成，其首要目的是掌握隧道圍巖及周圍環(huán)境在隧道施工過程的變形，應該及時將監(jiān)測情況反饋給設計和施工單位，確保本工程順利進行。根據(jù)設計文件及相關設計技術規(guī)范，針對以上監(jiān)控項目制定相應的、符合要求的監(jiān)控周期和頻率。

4 總結與建議

成武高速公路米倉山特長隧道通風豎井, 采用反井擴挖法的施工工藝, 在工程進度、質量、安全、環(huán)保、經(jīng)濟等方面具有明顯的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾點：

1.利用導渣孔從洞內(nèi)出渣，不破壞地表植被、不影響周邊環(huán)、減少用地,環(huán)保效益顯著同時大大提高出渣速度加快工程進度；

2.鉆機導向孔的施工，直接明了的給后期施工提供了準確的地質情況，提高施工安全；

3.通風豎井反井擴孔法工藝在米倉山隧道豎井施工過程中，擴孔成井質量好、速度快。施工過程中安全、質量、成本、環(huán)保等管理科學合理，開啟了甘肅省山嶺地區(qū)特長隧道通風豎井施工的新模式。


參考文獻

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