浅谈深大竖井施工方案及工艺流程

雷 杨

(四川川交路桥有限责任公司，四川广汉 618300)

近年来我国公路交通事业快速发展，涌现出一大批长大公路隧道，为满足隧道内通风需要，隧道通风竖井的修建必不可少。在长大隧道通风竖井领域，已经有许多的专家和学者进行了各方面研究。如唐协[1]等对多种建井工法进行比较研究，得出适用于深大竖井的施工工法，确定使用单井单层模筑混凝土作为建井工法，具有很大参考价值；梁胜国[2]以渭河隧道为依托，对上软下硬地层竖井施工工艺，工序，测量进行研究优化，合理划分作业单元形成流水作业，保证了竖井的安全快速施工；张翾[3]等针对深大施工复杂，设计施工经验少等安全隐患问题，进行了深入研究和总结，建立了竖井施工安全评估体系，研究结果可以为其他相似工程起到借鉴作用。

以上各位专家和学者针对竖井设计和施工等方面进行了研究，涉及方面广，研究也具有一定价值；但以上研究均为设计具体施工方面；本文即以米仓山深大通风竖井为例，公路深大通风竖井的施工方案和工艺流程进行研究，为以后公路隧道竖井的修建提供参考。

1 工程概况及总体施工方案

1.1 工程概况

米仓山特长公路隧道长13.8 km，为双向分离式隧道，而其通风竖井位于中部位置，属深大竖井工程，井深431.8 m，直径9.0 m；在施工方面面临极大挑战。

1.2 总体施工方案

探究米仓山竖井的各项参数并结合地质勘探的情况，本次竖井施工决定采取煤矿竖井常用的方法即短段掘砌混合作业法进行作业，同时要综合合理的对施工机械进行配备。利用伞形钻机进行炮眼施工，孔深确定为中深级别，装岩出渣采用回转形式的中心抓岩机，提升设备是单钩形式的吊桶，翻渣采取的是自动形式，弃渣采用装载机和自卸卡车配合使用，衬砌模板的段高为4 m，金属材料制成，一次开挖一次衬砌，搅拌机用的是JS-1000型强制式搅拌机，装有自动计算物料量的配自动计量上料装置，采用溜灰管下灰。

遇软弱岩层时将模板最下段拆除,段高变成2 m，采用2.2 m中孔光面光底爆破，抓斗抓渣，然后利用人工或者机械进行刷帮，随出渣随进行临时支护。

2 锁口段施工

利用甲方给的通风竖井设计资料，确定了竖井的中心位置，然后进行现场测量，确定了竖井的上部高度里程。开挖施工利用挖机直接装车，然后人工辅助。开挖时要探查现场的情况进行短期内支护施工，如有需要可以用其他强效支护。开挖时候要下放水泵，能够及时将掌子面的水排出。

井筒临时锁口设计相对标高为±0.000 m。锁口的直径是φ900 cm，砌筑高度为8 m，采用1 m×1 m小模板，先浇注混凝土并配备钢筋底锁口盘，壁厚300 cm,高度110 cm，然后浇筑钢筋混凝土井壁，井壁壁厚100 cm，浇至井口-0.2 m位置做混凝土顶圈梁，高20 cm，厚100 cm，混凝土标号为C35。壁后采用C15片石混凝土回填。

开挖方式是台阶式环挖,施工中要根据现场的情况确定要不要进行支护，如果要，就采用煤矿竖井常用的形式，如果发现渗水的情况，就需要进行防水和排水。

表土段施工前做好临时的井圈以及各种支护所用的材料，以备应急时使用。

锁口掘够深度后，停止掘进，工作面绑扎钢筋，组装预制小模板，进行浇筑混凝土作业，然后搭设工作台进行上部断面的浇筑混凝土施工，直到井口标高，到井口位置时按设计要求预留出封口盘梁窝位置。

3 基岩段施工

米仓山通风立井工程根据实际情况，并结合以往类似工程的施工经验掘进采用炮破掘进法施工。基岩段8～36 m处砂岩段采用浅孔松动爆破法，基岩段剩余部分采用段高4 m深孔钻眼爆破法施工。

3.1 开挖

3.1.1 爆破机具及器材

钻具：前期8～36 m使用YT-28风钻打眼放炮，钻头的大小为42 mm，深度为1.5 m；后期36～432 m采用SJZ-6.11型伞形钻架，6台YGZ-70型风钻。选用φ52 mm“十”字形钻头，眼深4.3 m。

炸药：8～36 m用的是煤矿常用的乳化型炸药，炸药的参数是φ32×200 mm×200 g，一箱24 kg，36～432 m选用民用爆炸物品的T330水胶炸药，药卷规格为φ45×400 mm×757 g，一箱25 kg。

雷管：8～36 m使用3 m的脚线毫秒延期电雷管(导爆管)，为了爆破能够顺利进行为，36～432 m使用的是6 m长毫秒延期电导爆管，采取1、3、5、7、9、11隔段使用。

爆破电缆：选用U 3×25+1×16线缆，独立悬吊。吊盘下方的部分使用的是4 mm2铜芯母线电缆。

起爆电源：使用380 V磁力接触器开关地面起爆。磁力接触器开关必须放置在带锁的铁箱里保护，铁箱钥匙由放炮员保管。

3.1.2 爆破参数

爆破的参数是受到实际围岩参数变化的影响的，为了能够获得最好的爆破效果，要随时进行调整。

(1)炮眼深度。8～36 m采用浅孔爆破，眼深定为1.5 m；36 m以后的部分就要考虑伞形钻机的能力，尽可能少的进行接缝施工并考虑尽量，衬砌模板高4.0 m，所以要打4.3 m深的炮孔。

(2)炮眼布置。浅孔采用斜眼掏槽法，深孔采用直眼掏槽法，根据以往施工经验、施工段高、井筒断面计算炮眼数量、炸药数量及炮眼布置。如图1和图2所示。

图1 8～36 m基岩段炮孔布置

图2 36 m以下基岩段炮孔布置

(3)装药结构及起爆顺序。装药结构：炮孔不深的时候要用正方向形式进行连续装药，如果深了就要用反方向的连续式放置炸药。

起爆顺序：先是起爆掏槽眼，形成凌空面，然后起爆辅助炮眼，周边的炮眼要放在最后起爆，雷管从里面到外面依次是1、3、5、7、9、11。

(4)连线方式。为了减小起爆时候的电阻，要将进行放炮的线缆折半并联使用。

3.1.3 炮眼布置

进行开挖施工时，开挖的好坏会影响到竖井整体的施工速度，同时对爆出的石头大小也有很大的影响在，直接关系着抓斗抓渣的效率，。不管是多挖还是少挖都会拖慢支护施工的速度，延长施工时间，浪费施工材料，所以在开挖的时候一定要遵循设计资料里的要求，确定炮孔、放置药卷和连接线路的合理；还要观察实际围岩的状况随时对爆破的各项数据进行变化，保证能够实现一次爆破成型。根据光爆成型，炮眼间距局部可适当调整，装药量对软岩可适当变少。

3.2 出渣

岩石量及装岩能力：计划得到的爆破效果会得到渣石量约为522.7 m3，2台抓斗的出渣能力为100～120 m3/h,完全可以实现快速的施工。

为保证抓岩机装岩的连续性，充分发挥其装岩能力，井底可设座底罐，以减少提升休止时间、充分发挥提升能力。

抓岩机抓岩的顺序为：抓出水窝-抓出罐窝-抓取边缘矸石-抓井筒中间岩石。

抓岩机抓取岩石可分为两个阶段：

第一阶段(集中阶段)：这个阶段要把抓斗和吊桶的能力完全利用起来，尽可能快地安全快速出渣；第二阶段(清底阶段)：因为有些岩石会因为爆破产生裂隙，不过还没有和原来的石头分开，这会影响到抓斗出渣的发挥。所以进行清底施工的好与差，会让装渣的时间受到影响，同时还会影响下一工序施工的进行，这在竖井施工中是必须给与高度重视的一个施工环节。

3.3 井身支护

井口以下60 m及井身与井底马头门连接部分15.2 m永久支护设计为现浇钢筋混凝土，衬砌支护厚度600 mm；其他地方都是直接用混凝土进行的支护井身，混凝土的厚度是600 mm。混凝土强度均为C35。

3.3.1 支护形式

竖井壁面使用的是钢筋加混凝土的形式进行支护，支护的总厚度是600 mm；井壁内、外层环筋均为φ25@250，竖筋均为φ18@250，连接筋为φ10@250，井壁壁砼强度等级为C35。

竖井进行井壁支护时使用的是4 m高的单缝形式的可伸缩液压可移动式模板砌壁，开挖一次支护一次。混凝土采用φ194 mm溜灰管输送。

模板分直模和刃脚两部分，刃脚上按钢筋设计位置留出搭接插孔。钢筋在地面加工好，用吊桶运至井下绑扎，竖筋采用螺纹套筒连接，环筋采用绑扎，钢筋的搭接长度不小于35d(d为钢筋直径)。

井壁壁支护工艺流程:出渣到一层模板的段高之后就绑一段的钢筋，然后滑落模板找准位置，溜灰管进行下灰，同时要进行振捣，最后封闭上边口子。

3.3.2 模板的拆卸与组立

竖井的衬砌模板只有一条施工缝，模板脱落要依靠安装其上的液压装置，带着模板进行收缩，实现模板脱落。然后下滑模板到达指定的地方，液压扩张模板，到达正确位置之后固定牢固就可以通过溜灰管就行混凝土下落了。为保证施工缝的达标，模板的下面有45°倾斜平面的刃状脚，其上面的部分配备有下灰口。

拆模：将井口的液压风动式的泵站落到井底，把风管接起来，然后连接高压油管接上风管，并给油缸对上高压油管，开动液压站之后打开阀门进行模板脱落作业。

组立：把模板拆下来之后让信号工人和稳车房发信号滑落模板进行组装，液压站阀门放置到减压的状态，让模板扩张到指定的尺寸，然后固定好，模板下部要落渣石上，还要用渣石掩埋配以砂石防止跑灰，把模板上面的脚手架放好，模板的组装就完成了。

3.3.3 浇注混凝土施工

模板安置好以后还要进行合格查验，通过后才能进行混凝土浇筑。浇筑混凝土时要分层同时保证对称，使用高频振动器随浇筑随振捣。浇筑前先搅拌一定的砂浆，用以湿润溜灰管，以防堵管。

4 结论

对于长大公路隧道而言，隧道通风竖井的修建是必不可少的，是隧道内施工人员安全的重要保障，同时也关乎着整体施工的顺利进行，不仅在施工阶段具有重要意义，同时也是隧道安全运营的重要组成。本文针对长大公路隧道深大竖井具体施工方案和工艺流程进行研究，详细介绍了深大竖井在不同深度和不同围岩级别阶段的竖井施工方案及参数选择，保证了深大竖井安全快速施工，实现了在工期内完成竖井修建任务，同时本文所提到竖井施工方法及各项参数可为今后其他类似工程提供参考和借鉴，降低隧道通风竖井施工难度。