解析反井钻井法在公路隧道通风竖井施工中的应用

2015-10-31池洪如

建材与装饰 2015年27期

关键词：导孔反井竖井

池洪如

（福建路信交通建设监理有限公司）

解析反井钻井法在公路隧道通风竖井施工中的应用

池洪如

（福建路信交通建设监理有限公司）

随着经济的发展，交通行业的发展出现了迅猛的发展形势。对于交通基础设施的建设也进入了新的阶段，交通的发展对公路的建设提出了更高的要求，在公路施工之中技术的进步以及先进技术的应用会对公路施工质量以及施工效率产生推动作用。反井钻井法在目前的公路设计、建设以及施工等方面对公路隧道通风竖井施工具有较好的应用效果。本文将以牛岩山隧道工程施工为例，针对反井钻井法在公路隧道通风竖井施工中应用进行分析，探讨反井钻井法的应用优势。

反井钻井法；通风竖井；公路隧道

在我国公路工程建设之中，由于比较特殊的地理状况以及地质状况，山地公路的施工较为复杂。但是随着交通的发展，山地公路的建设具有重要性以及必要性。山地公路的建设能够缩短交通距离，提高交通效率，是实现交通业发展的必然举措。在公路隧道施工中，反井钻井法的应用具有一定的优势，目前，反井钻井法在山地公路隧道工程的施工中应用十分广泛。本文将以牛岩山隧道工程为例，对反井钻井法进行分析探讨[1]。

1　工程案例

牛岩山隧道进口位于闽侯县洋里乡安仁村，出口位于闽侯县大湖乡大目溪水电站附近。隧道右洞长度为9252m，左洞长度为9201m，为特长隧道（为目前全省最长的高速公路隧道）。根据牛岩山特长隧道隧址区地形和隧道通风计算结果，隧道左洞洋里乡廷洋村整体设置一座地表风机房以及排风通风竖井一座，左洞送排风道合并到左洞送排风竖井，竖井内部设置隔板将竖井分为送风道、排风道两个通道，在火灾情况下作为隧道的排烟道。

2　反井钻井法施工工艺

2.1反井钻井法的技术分析

反井钻井法主要是指对矿山工程、隧道工程中的竖井或者是斜井进行施工所采取的由下向上的凿井方法。反井法主要技术手段是：通过反井钻机或者是其他的方式由下向上施工出一个小断面导井，将导井设为溜渣孔，利用爆破法将断面进行扩大施工，途中注意工程支护，及临时支护与混凝土结构支护。对竖井进行施工，主要的困难就是施工设备多，并且都是竖向布置，断面空间小，井深大，属于高危高程，安全和技术要求高，施工难度大。由于正井法施工存在进度慢与安全风险大，根据目前我国隧道竖井施工经验，反井法相对安全也有利于施工进度，反井法施工更具有实践意义。

2.2施工准备

在反井钻井法的施工中，对反井钻机的选择具有一定的专业性。作为一种连续钻进导井的机械化设备，反井钻机的使用方法比较简单，主要是将其安装在上部浇筑好的混凝土基础上，采取自上而下的方式进行小直径导向孔的钻进工作。

待导孔和下部隧洞贯通后，以扩孔钻头代替导孔钻头，扩孔方向与钻进方向相反。导孔钻进时破碎下来的岩屑由循环液带出地面，扩孔时破碎掉落下来的岩屑靠自重落到下水平巷道，由装载机或其它装载设备运出。牛岩山隧道送排风竖井采用LM-400型反井钻机进行施工。其主要性能技术参数如下[2]:

各种型号反井钻机的主要技术参数见表1。

表1　

考虑到牛岩山隧道送排风竖井较深，368.49m，故选用LM-400型反井钻机[3]。在进行反井钻井法的施工之前，先进行施工场地的硬化、平整处理，选择面积为15m×15m，按照各种器械的使用标准进行合理的摆放，并于场外修建循环池，对池底及墙体做好防渗处理[4]。另一方面，依据反井钻机的重量以及其它设备的重量安排吊车进行吊装。

2.3反井钻井施工流程

对公路隧道进行反井钻井法施工，其主要施工流程如下：基坑开挖→混凝土基础浇筑，并预留地脚螺栓孔→钻机吊装就位→浇筑地脚螺栓二次混凝土→系统调试→导孔钻进→导孔钻通至联络道→运输扩孔钻头至井底→拆导孔钻头，接扩孔钻头→扩孔钻进→扩孔结束，清理场地。详细见图1。其中最关键的两个环节就是导孔钻进与扩孔钻进，本文将对此进行详细的分析[5]。

（1）导孔钻进

图1　

在导孔钻进作业下，导孔芽轮钻头对岩体形成挤压破碎，经挤压破碎后的岩渣，随着钻杆中心进来的洗孔水，由钻杆与导孔间的环形空间从进口排出。

导孔钻进时，需随时观察泛渣、返水状况，并根据围岩岩性变化和扭矩变化情况控制钻进速度，不断调整钻进参数，岩石破碎时快速通过，岩石完整坚硬时降低进尺速度，以确保导孔的精度[6]。

（2）反钻扩孔

导孔贯通后，卸下导孔钻头，安装扩孔钻头。结合现场实际情况，可以采用提拉设备辅助安装。当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用低转速旋转，慢慢钻进，保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续钻进。开始扩孔时，下水平要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔钻进过程中，当岩石硬度较大时，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。另以扩孔每天6m的速度算，每天产生的石渣量将近10方，应及时将石渣清理出。当钻头扩孔至距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。继续缓慢进行扩孔，直至钻头露出地面[7]。

3　反井钻井法施工优点

3.1节省通风与排水设备

不同于其他的钻进技术，在施工过程中，反井技术不需要设置临时的提吊系统与通风设备，在进行导井作业之后，在导井下部，原有的通风系统将会保证施工过程中的通风问题。另一方面，从井筒之中涌出的水将会流经井下隧道，最终排出，因此，不用在另外设置吊泵进行排水作业。从这两个方面可以看出，反井钻井法具有节省通风与排水设备，减少成本的优势。

3.2施工用时短

在进行公路隧道通风竖井施工的过程中，装岩是十分必要的一项作业。传统的施工办法中的装岩作业具有工序繁重，工时耗费时间长、施工效率低等特点，对于整个施工过程而言，这无疑具有拖慢施工进度的不利影响。据实际的施工调查，传统的装岩方法占到了整个开挖循环用时的一半以上，可见，传统的装岩技术的效率低下。在我国，虽然抓岩机的种类较多，且基本满足了施工中所出现的各种不用的应用要求，但是其装岩效率依旧十分低下，对施工进度产生了不利的影响。在提高装岩速度这一方面，反井钻井法的应用具有革新的意义。从上文中介绍的反井法的施工工艺中可以看出，反井钻井技术中，对于竖井装岩作业采用的是爆破自由面和通风溜碴通道溜碴至井底，在井底采用装载机装车，自卸汽车外运弃碴的方式。利用反井法的导井技术将岩石装运问题轻而易举的解决了，并且相较于传统的装岩方法而言具有装岩速度快、工序简单施工效率高等优势。另一方面，由于在反井钻进技术的应用过程中，吊桶只具有人员和材料运输的作用，其容积可减小，凿井井架上也节省了翻矸槽和溜矸台等设施。因此，具有节约成本的作用。竖井临建布置见图2。