硬岩地层超深竖井“漏渣法”施工技术在城市轨道交通工程中的应用

廖建东

(中铁隆工程集团有限公司，四川成都 610045)

竖井常见于水利水电工程、轨道交通工程中，其作用各有不同：在水利水电工程中主要有引水系统的竖井、调压井、闸门井、出线井、通风井及交通井等；而在轨道交通工程中主要有通风井和疏散楼梯井；开挖方式也根据所处地质条件和周边环境不同分为爆破开挖、机械开挖或人工开挖。竖井施工时其出渣方式有两个方向：向上和向下。向上主要是利用吊车或龙门吊垂直提升；向下主要是利用渣土自身重力，下落至底部横通道，然后再通过运输设备运出。针对硬岩地层超深竖井，采用“漏渣法”施工技术，可保证施工安全，提高作业效率，节约工程成本。

1 “漏渣法”施工技术

1.1 工艺原理

“漏渣法”施工技术，其基本原理就是通过一定的措施为渣土下漏创造通道，让渣土在重力的作用下自然下落至井底，然后再利用其他运输工具运出。“漏渣法”施工示意图见图1。

1 井身；2 漏渣孔；3 出渣图1 “漏渣法”施工示意

采用漏渣法施工竖井需具备以下几个条件：

(1)需在竖井井身范围内利用合适的机械设备钻设一贯穿竖井本身的小孔作为漏渣的通道。

(2)有运输通道联通竖井底部，便于渣土外运。

(3)竖井底部需具备一定的储渣空间，同时还要具备设备装渣的作业空间。

1.2 工艺流程

“漏渣法”施工工艺流程见图2。

图2 “漏渣法”施工工艺流程

2 “漏渣法”施工操作要点

2.1 钻漏渣孔

按照以下程序进行漏渣孔钻设：

(1)进行场地硬化，保证旋挖钻机摆设位置基础牢固，提高钻孔精度。

(2)采用5 mm厚钢板制作钢护筒(上部存在塌孔风险时适用)，直径大于漏渣孔孔径20 cm，钢护筒底部坐落于基岩上，上部高于地面30 cm，垂直度偏差小于1 %，保证钻头在漏渣孔内能自由升降。

(3)漏渣孔位置选择在竖井截面中心，方便挖掘机操作。漏渣孔根据竖井断面大小选择，根据井身尺寸，保证后期支护作业时安全，一般不宜超过井身短边孔径φ1/3(常选择孔径φ1.2～1.5 m)，测量定位后，采用精度高于1 %的旋挖钻机钻设漏渣孔，钻设至横通道拱顶以下约1.0 m位置，防止垂直度偏差造成漏渣孔与横通道无法贯通。

2.2 井身锁口施工

现场测量放样，开挖锁口圈梁沟槽，然后依次绑扎钢筋，预埋初支竖向钢筋及临时上下楼梯预埋件，安装模板，浇筑混凝土。井身锁口施工见图3。

图3 井身锁口施工(钢筋绑扎)

2.3 横通道开挖与支护

为避免旋挖钻机卡钻，漏渣孔钻设完成后再从横通道将横通道与漏渣孔底部贯通。由于漏渣孔孔口与孔底平面位置存在一定偏差(与旋挖钻机精度及孔深有关)，在横通道开挖靠近漏渣孔孔底时采用风钻钻设φ50 mm探孔确定漏渣孔孔底位置，通常情况下漏渣孔与横通道连通前，漏渣孔下部会积存地下水，也通过探孔排出。

横通道采用钻爆法开挖，开挖完成后及时支护，横通道与漏渣孔连通最后一循环开挖时，控制炸药用量，将漏渣孔孔口采用钢板进行覆盖，并在钢板上压重物，避免放炮时钢板移动，同时，在放炮时，除横通道警戒外，还需在漏渣孔附近地面进行警戒，避免放炮产生的冲击波及飞石伤人。

2.4 井身爆破开挖

爆破孔间距不可超过孔径1/2，否则易发生堵孔，宜控制在孔径的1/3。

开挖班组根据测量放样画出的开挖轮廓线，采用手持风钻钻设φ42 mm炮眼，钻设深度1.2 m，炮眼间距400 mm×400 mm，避免产生过大渣土堵塞漏渣孔，炮眼钻设完成后用高压风清孔，保证炮眼内无杂物，然后装药起爆。采用全断面开挖法开挖竖井，直至竖井的底部与横通道连通。井身爆破开挖见图4。

图4 井身爆破开挖(炮孔布设)

2.5 漏渣作业

竖井每循环开挖完成后，使用龙门吊(或吊车)将挖掘机(型号根据竖井大小选用)吊入竖井，将开挖渣土翻入漏渣孔。渣土由漏渣孔掉落至横通道内，最后采用运渣车将渣土从横通道运至弃渣场。漏渣作业见图5。

图5 漏渣作业

2.6 支护作业

每循环漏渣完成后，及时使用φ20 mm螺纹钢焊接制作的100 mm×100 mm钢筋网片对漏渣孔进行覆盖，避免支护人员掉进漏渣孔。

竖井每循环开挖完成后及时根据施工方案进行支护。支护作业见图6。

图6 支护作业

3 堵孔疏通与防坍塌措施

3.1 堵孔疏通措施

漏渣时由于下部存渣空间受限或出渣不及时可能出现漏渣孔堵塞的情况，针对漏渣孔堵塞一般应清空下部渣土，视堵塞情况可采用以下两种措施：

(1)堵塞情况不严重，可采用从上部浇水，浸湿孔内渣土及孔壁，减少渣土与孔壁间的摩擦力。

(2)堵塞较严重或浇水不能疏通时，可采用潜孔钻在上部漏渣孔中部钻设爆破孔，孔不能钻穿堵塞体，保证留有0.5～1 m厚度。然后放入炸药爆破，通过爆破震动起到疏通的效果。

3.2 贯通前防坍塌措施

竖井贯通前，随着距离横通道拱顶距离越来越小，出现坍塌的风险越来越高，为控制风险，应随时保证横通道存渣土高度至横通道拱顶，降低贯通前坍塌的风险。此外，横通道的初期支护应延伸至漏渣孔边缘。

4 工程应用

4.1 应用情况

“漏渣法”施工技术于2016年起应用于重庆市轨道交通环线民安大道站，该站位于重庆市渝北区，拱顶埋深40～45 m，地质为砂质泥岩，地下水主要为基岩裂隙水，该站涉及竖井9个，其开挖断面面积25.6～117 m2，深度35～75 m。以4号风亭组为例，深度75 m，断面面积117 m2，循环进尺1.2 m，漏渣作业时间4 h，加上开挖及支护作业时间，基本保证1天1循环。

4.2 技术经济对比

与传统竖井开挖方式相比，采用“漏渣法”施工技术，具有以下优势：

(1)出渣时无需单独配备起吊设备，工效高，是垂直提升作业的2～3倍。

(2)垂直提升作业少，不存在竖向交叉作业，安全风险较低。

(3)出渣仅需机械操作，人工成本低。以开挖面积100 m2竖井为例，单循环(进尺1.2 m)可节省人工15个工日，节省直接费用约3 000元。

(4)漏渣孔可兼做临时通风孔(烟囱效应)，改善洞内作业环境，减少压入式通风压力。

5 结束语

竖井作为城市轨道交通工程中的常见结构，一直以来都是项目管理所关注的重点，其施工快慢直接决定了后续主体工程是否能如期开竣工。同时，竖井因其自身深基坑的特点，决定了其施工的难度和危险性。本文针对重庆市轨道交通环线民安大道站施工中进行的竖井开挖工艺创新，不断进行总结归纳，提炼出“漏渣法”施工技术，可作为类似工程的参考。