浅谈特小断面长隧洞通风竖井施工方法总结

魏立恒

甘肃省水利水电工程局有限责任公司 甘肃 兰州 730000

甘肃省引洮供水二期工程供水范围涉及定西市安定区、陇西县、通渭县，白银市会宁县，天水市武山县、甘谷县、秦安县及平凉市静宁县。工程供水总人口267.76万人，以城乡生活、工业供水为主，兼顾农业灌溉，为当地群众脱贫致富及改善生态环境创造条件。甘肃省引洮供水二期工程为II等大（2）型工程，引洮供水二期工程总干渠自陇西县马河镇附近大营梁的一期工程总干渠15#隧洞出口三干渠分水节制闸后暗渠连接段末端开始（一期终点桩号109+027.95m，二期起点桩号0+000），总干渠起点设计高程2089.79m，于会宁县太平镇附近大山川的八干、九干总分水闸结束（桩号95+091.45m，设计高程2011.77m），设计流量20m3/s，全长95091m，其中隧洞20座，长度90580.43m，占渠线总长的95.25%；渡槽10座，长度720m，占渠线总长的0.76%；暗渠23段，长度3295m，占渠线总长的3.46%；各类渐变段长255m，占渠线总长的0.27%；节制闸10座，总长241.02m，占渠线总长的0.25%；沿线共设退水闸6座，干渠分水闸6座，供水管（渠）线分水口4座，下渠通道5座，直斗分水口5座。干渠及分干渠共8条，总长299.968km（其中：干渠总长254.719km，分干渠总长45.249km）。供水管渠线共18条（其中秦安县城、叶堡调蓄水池管线共用），总长176.471km。构成覆盖全受水区的输供水渠（管）网体系。

引洮供水二期工程属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型；总干渠主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级，临时性建筑物级别为4级；五干渠主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级。丁沟供水管线主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时性建筑物级别为5级。

甘肃省引洮供水二期主体工程施工第38-1标段位于五干渠3#洞2#斜井（五佛爷庙）控制段起点～五干渠尾（小岔湾沟）之间，渠系桩号为五干渠11+248.67～19+002.39、丁沟供水管线0+000～1+473.08，标段渠线长9226.8m。

五干渠3#隧洞出口洞身段11+248.67～15+244长3995.33m；3#隧洞出口下游渐变段长6m、2#渡管15+250～15+298长48m、2支渠及丁沟管线分水口15+298～15+319（含前后渐变段）长21m；4#隧洞洞身段15+315.78～17+170长1854.22m；1#倒虹吸17+170～17+535（含进出口渐变段）长365m、梯弧明渠17+535.00～18+425（含后渐变段5m）长890m；5#隧洞18+425～18+782长357m；2#倒虹吸18+782～18+988.10（含进出口渐变段）206.1m、矩形明渠18+988.10～19+000.39（含渐变段），3支、4支渠分水口19+000.39～19+002.39长2m，大车桥4座，丁沟供水管线（Ф200钢丝骨架复合管）长1473.08m。

五干渠3#隧洞出口段工程采用三心圆断面型式（马蹄形断面），纵坡1/2000，净断面尺寸宽×高=1.6×1.923（m）（小断面），设计水深h=0.744m，设计流速v=0.86m/s，桩号11+248.67～15+244.00，长度3995.33m。隧洞埋深58～320m，围岩为K1hk砂岩、含砾砂岩，夹砂砾岩、粉砂质泥岩等，以泥质胶结为主，其中砂岩天然状态单轴抗压强度1.2～4.2MPa，属软岩，岩体呈中厚层状结构，产状较平缓，岩体结构面以层面为主，节理裂隙不甚发育，岩体较为完整。围岩中地下水活动，局部呈线状流水，属不稳定的Ⅳ类围岩。在开挖掘进过程中采用钻爆法施工，3#隧洞出口单面掘进长度长达2315.46m，且有弯道，严重影响隧洞内的排烟及通风条件，空气质量较差，因此在施工过程中根本无法满足排烟、通风条件，安全上存在较大隐患。由于隧洞内的爆破、机械出渣、钢拱架安装、喷砼等工序的施工，致使无法正常施工。为了确保施工安全及工程顺利实施，在五干渠3#隧洞桩号13+829.55处（距离出口1414.45m）增加1条通风竖井（坐标：X=3931525.909，Y=497631.386；深度约H=65m；孔径D=0.3m），以确保施工期人员安全，工程顺利实施。具体实施方案如下：

一、地理位置

五干渠3#隧洞洞顶通风竖井施工，钻孔桩位于会宁县涝池湾下大山沟底附近，坐标：X=3931525.909，Y=497631.386。

二、钻孔施工工艺及成孔设计

该通风孔设计孔径300mm以上，设计孔深65m，成孔后需用螺旋管固井，套管露出地面30cm。根据该通风孔的设计孔径和孔深，本次施工采用以下施工工艺：

施工准备(进场道路维修、场地平整、测量放线精确到位、人员主要设备进场就位等）→采用ø98mmPDC取芯钻头开钻→采用ø153mmPDC扩孔→采用ø219mmPDC扩孔→采用ø295mmPDC扩孔→采用ø347mmPDC扩孔→采用ø393mmPDC扩孔→ø325mm壁厚8mm的套管护壁→水泥浆填充→管口位置现浇平台→施工完毕。

先使用ø98mmPDC取芯钻头开钻，循环液选用普通泥浆，钻至10m、30m、40m、50m、65m部位各进行一次孔内测斜；若斜度≤0.1°，方位角在NE17°±0.1°，继续钻进；若斜度＞0.1°，方位角超出NE17°±0.1°，需使用水泥浆封孔后重新开孔或纠斜器纠正。

首开成功后，使用泥浆循环钻孔半小时，再使用ø153mmPDC扩孔钻头进行第一次扩孔，一径到底；

一扩到底后，换用ø219mmPDC扩孔钻头进行第二次扩孔，一径到底；

二扩到底后，换用ø295mmPDC扩孔钻头进行第三次扩孔，一径到底；

三扩到底后，换用ø347mmPDC扩孔钻头进行第四次扩孔，一径到底；

四扩到底后，换用ø393mmPDC扩孔钻头进行第五次扩孔，一径到底；

五扩到底后，使用泥浆冲洗钻孔半小时；

现场将总长65m外径ø325mm壁厚8mm的套管摆放整齐，做好下管准备工作，备用电焊机，角磨机等；

套管下入到位后，套管孔口横向焊接四根长度50mm钢筋；

现场配制水灰比为0.5的水泥浆，然后下钻并使用泥浆泵从套管内部泵入，待孔口返上水泥浆后停泵、提钻；

静止24小时候待水泥浆凝固后，使用ø295钻头再钻入套管底部的混凝土，并用水泵抽出套管内部的泥浆。

管口位置现浇平台，防止雨雪进入竖井内。

成孔后的通风孔结构图如下。

图一 通风孔结构图

三、施工机械选择

根据场地的地形、钻孔的设计外径和孔深以及套管重量等因素考虑，施工设备的选择主要有以下几种：

采用XY-44型立轴回转液压钻机。性能：钻进深度800-1000m，最大开孔直径300mm，单绳提升能力：4500kg；

采用XY-280型液压给进立轴回转式钻机。性能：钻进深度ø350mm 50m，单绳提升能力 2000kg。

四、生态环境保护文明施工方案

设备入场后，组织所有员工学习环保知识、相关法律、法规、技术要求、管理办法等，并作好学习笔记；

对施工场地进行围栏，确保对植被的占用最小化；

泥浆材料选用对环境无污染、易自然降解的材料；

完工后的剩余泥浆由第三方污水处理机构运走；

在机械设备下方铺设防渗布，防治燃油泄漏对环境的影响；

生活垃圾和生产垃圾分类放置，待完工后统一运至附近垃圾场处理；

退场时，将泥浆池和泥浆槽回填。

五、总结

在甘肃省引洮供水二期主体工程施工第38-1标段特小断面隧洞单头掘进较长，通过增加通风竖井开挖的经验，改善了隧洞的通风条件，确保施工安全。保证了施工顺利的安全进行。