公路隧道豎井施工技術研究

朱俊峰(中鐵十局集團青島工程分公司，山東 青島，266555)

1 緒 論

近20年，隨著我國公路交通事業的快速發展，公路等級不斷提高，通車的里程逐年攀升，公路建設已經成為拉動國民經濟增長的支柱產業。在山嶺和丘陵地區的公路建設中，隧道方案以能夠縮短行車里程、保障運營安全、提高線型標準和保護生態環境等優點，得到普遍的應用，并且越修越長，規模越來越大。許多特長隧道、雙層隧道、大跨度扁平隧道、盾構隧道、沉管隧道、高海拔隧道、寒區隧道等相繼建成。在堅持可持續發展，切實保護有限的土地資源和生態環境戰略思想指導下，長大隧道的建設任務必然越來越重，技術要求越來越高。本文主要對公路隧道豎井開挖施工方法進行研究，介紹公路隧道豎井施工的施工方法，提煉出一套我國公路隧道豎井施工的成套施工技術，包括施工方法、設備配置、工序安排等，并且探討了施工中的安全措施。

2 公路隧道豎井施工技術——人工導洞先行正洞擴大法

2.1 技術特點

1）工藝簡單，大部分渣體自由落入主隧道，不需要大量的提升碴體，快速、經濟、安全；

2）設備需求簡單，不需大型的鑿井設備，不會造成設備資源的閑置浪費；

3）井筒開鑿后立即進行初期支護，等待開挖全部井筒后再進行永久支護，簡化了施工工藝，有利于提高施工速度和降低工程成本；

4）充分利用大斷面作業空間優勢，采用小導洞先行，為正洞擴挖爆破提供了良好的條件，便于中深空爆破，加快決進速度；

5）小導洞爆破采用微差毫秒雷管光爆技術，控制碴體粒徑和光爆質量；

6）對進場便道標準要求不高，場地占地少，對保護環境有益。

2.2 適用范圍

根據國內大部分企業目前的施工能力并考慮到經濟因素，本法適用的豎井條件為：

1）廣泛用于地質條件為巖質的公路、鐵路隧道豎井施工；

2）適用于豎井井筒直徑不小于6m，最大可達15m以上；

3）豎井深度不大于800m為宜（公路隧道豎井深度一般不超過800m）。

2.3 工藝流程

采用自上而下人工小導洞施工，再自上而下擴孔，通過小導洞將擴孔渣體漏入豎井井底，通過正洞運出。綜合考慮提升出碴能力、施工進度、操作空間及擴挖時堵孔的風險等因素，確定小導井（小導洞）的直徑為3m。小導井貫通后進行洞口鋼筋混凝土鎖口圈的施工，鎖口完工后開始豎井的擴挖，擴挖自上而下一次成型，爆破后用人工將碴體扒入導井，從井底過地下風機房用機械裝運出碴。初期支護緊跟掌子面，一炮（一循環）一支護。二襯施工采用吊裝整體模板自下而上施工，距井底30m范圍內的混凝土采用垂直泵送運輸，30m以上高度的混凝土采用運輸筒吊裝。豎井擴挖施工步驟如下：

1）擴挖施工準備

導碴井完工后，從地面井架安裝穩繩至井底，穩繩固定在井底地梁上，將吊籠鎖固在穩繩上，利用吊籠提升豎井擴挖井口段施工的材料設備，備齊材料設備后進行豎井擴挖。

2）井口施工及地面布置

豎井井口施工工序：拆除導碴井施工井架→井口段擴挖→井口段初支→井口段混凝土澆注→安裝井架→安裝吊盤→井口鎖閉盤→地面配套設施豎井口段的穩定關系到整個豎井的施工安全，一般根據地質情況開挖初支深度按5～8m考慮，然后進行井口段二次襯砌及豎井配套設置安裝，二襯施工時預留風道中隔墻連接構件。井架采用VG型井架，地面布置4臺穩車，2臺雙滾筒提吊盤，2臺單滾筒提穩繩，1臺提升絞車（原用導碴井絞車）。

3）豎井擴挖

擴挖施工工序：搭建導碴井封閉蓋→鉆孔→裝藥→拆除導碴井封閉蓋→連線起爆→溜碴→搭建導碴井封閉蓋→初支→清底→井下出碴→下一循環。采用人工手持鑿巖機鉆孔，人工裝藥聯線，孔內用非電毫秒雷管，孔外用電雷管連接起爆電纜在井上安全區起爆。高壓風、水管路固定在井壁上隨掘進深度下接，風管采用φ80，水管采用φ80。作業工人由吊籠送至作業面，初支材料由井底運至作業面。井下、吊盤、井口設專職信號工，保證井下、作業面、絞車的聯絡。吊盤至開挖面距離不小于20m，每開挖10～15m時下一次吊盤。

3 人工小導洞先行正洞擴大法施工主要技術

3.1 導洞直徑的確定及防治堵塞技術

1）導洞直徑的確定

人工小導洞直徑的選擇原則：在保證一定的作業空間和溜渣不宜堵塞的情況下，盡可能減小導洞直徑，以達到快速、經濟的目的。一般的講，小導洞堵塞形式，就堵塞石碴在豎井內所構成的形狀，大致可分為蓬拱現象、卡塞現象、粘附現象。

導洞的堵塞形式比較多樣，然而也有其規律性，結合現場地質情況，粘土覆蓋層在上部，可直接用挖機從地面取土，不經過導洞下溜，因此因粘附、蓬拱原因造成的堵塞小，而且蓬拱可進行人工清理，主要是防止卡塞造成的堵塞。如導洞直徑確定為3.0m，導洞爆破碴體直徑盡可能控制在小導洞直徑的五分之一（60cm）內，同時做好光面爆破，確保導洞的垂直度。

2)處理導洞溜碴堵塞的方法

導洞堵塞處理一般采用爆破處理方法，采取上面吊放炸藥的方式簡單，處理方便、快捷。在上部爆破不能解決問題的情況下可采用土制火箭彈的方式解決：火箭彈采用雙保險引爆裝置，即導爆管撞針引爆裝置，這種引爆裝置可增加接觸面積，提高爆破作用力。當撞針失去作用時，在極短時間內由導爆管進行引爆。

3.2 導洞及豎井擴挖鉆孔爆破技術

目前常用的鑿井方法有鉆爆法、凍結法和鉆井法等，各有適用范圍。公路隧道豎多位巖質圍巖，適用鉆爆法開挖。針對先導洞后擴挖法豎井施工的工法特點，對鉆爆質量、指標在以下兩點要嚴格要求：

1）小導洞爆破控制粒徑、導洞垂直度、光面爆破是關鍵，導洞爆破碴體直徑盡可能控制在小導洞直徑的五分之一（60cm）內，同時做好光面爆破，確保導洞的垂直度。為以后正洞擴大，避免堵塞創造條件。

2）小導洞施工斷面小，掏槽難度大，斜眼掏槽進尺短、效率低，采用大直徑中空直眼掏槽。

3.3 豎井施工提升技術

1）施工方法簡介

小導井施工總體上分三階段：①明挖法施工階段：井口段8m，因地質條件差，及時澆筑鋼筋混凝土鎖口圈；②提升系統、通風設施及安全設施安裝階段；③正常施工階段：鉆爆開挖，采用0.7方吊桶單鉤提升，人工裝渣。

2）小導洞井頸段施工要點

①施工前進行場地平整，并做好便道和排水系統、硬化場地，做好文明施工；

②為保證地表軟弱層的穩定，井頸段應盡量以機械開挖為主，盡可能不采取爆破開挖；

③視圍巖情況確定臨時鎖口深度，鎖口底部應插入硬巖60cm以上。

4 施工安全技術措施

4.1 鎖口圈施工安全技術

1）開挖

按施工方案和設計要求開挖豎井鎖口，明挖法開挖。井口覆蓋層主要巖性為強度較低的含碎石亞粘土，機械開挖為主，人工開挖為輔，局部堅硬部分輔以小炮。

2）鎖口圈鋼筋混凝土施工

擴挖完成后，先進行鎖口圈鋼筋混凝土施作，設計豎井鎖口圈總高3.5m，鎖口圈采取分層澆筑的施工方法。最后按設計要求用C15片石混凝土回填進行井口處理。

1）小導洞鎖口

為保證小導井施工時井口的穩定，需在井口設置臨時鎖口，鎖口的深度視圍巖好壞情況確定。豎井臨時鎖口內徑300cm，外徑400cmm，壁厚0.5m，采用C20鋼筋混凝土結構，為防止落石進入井內，鎖口整體高出原地面100cm。為防止地面雨水進入井口施工場地，在臨時鎖口四周設置漿砌片石防洪墻。

2）安全防護設施

豎井施工，安全第一，為確保安全，自行加工安全防護籠及防護盤。安全防護盤采用4mm厚鋼板加工而成，內徑設計采用直徑φ200cm，要考慮吊桶（φ100cm、高97cm）升降時的安全距離，采用φ120cm；防護盤外徑與井壁保持50cm的安全距離；防護籠內凈高采用250cm，以確保施工人員在護籠內有一定的操作空間。

3）豎井提升安全事項

①上籠前必須檢查吊籠各部件的連接裝置、保護蓋板、鋼絲繩、風水管接頭以及聲光信號系統和通訊設施等是否完善、牢固，如有損壞或故障，須經處理后方準作業,否則不得繼續作業；

②吊籠必須裝設由籠內人員控制的升、降、停的信號操縱裝置；

③任何一個捻距內的斷絲數不得超過鋼絲總數的5%，磨損不得超過原直徑的10%，吊籠提升用的鋼絲繩的安全系數應不小于13；

4.2 豎井擴挖與二襯施工安全措施

為確保豎井擴挖與二襯施工的安全，須采取以下防護措施：

1）為防止人工在豎井擴挖時滑入井底，造成安全事故，當小導洞開挖完成后，將原來既有的安全防護盤改裝成安全蓋盤，用來覆蓋φ3.0m小導洞的洞口。

2）由于二襯施工自下而上進行，故安全盤采用與豎井擴挖時相同的規格，使用時須確保安全盤下方凈高不少于2.5m。

3）豎井施工時，必須采取防止物件下墜的措施。封口盤上設井蓋門，井口必須設置臨時工時封口盤，井蓋門兩端必須安裝柵欄。封口盤和井蓋門的結構必須堅固嚴密。井內作業人員攜帶的工具、材料，必須拴綁牢固或置于工具袋內。

4）井口擴挖時，應遵守下列規定：

①在含水表土層施工時，應及時架設、加固井圈，加固好密集背板并采取降低水位措施，防止井壁砂土流失而導致空幫；

②井內應設梯子，不得用其他簡易提升設施升降人員；

③在流砂、淤泥、砂礫等不穩固的含水層中施工時，必須有專門的安全技術措施。

④豎井施工應采用雙層吊盤作業。移動吊盤，要有專人指揮，移動完畢必須加以固定，將吊盤與井壁之間的空隙蓋嚴，并經檢查確認可靠，方準作業。

⑤整個信號系統，應由井口信號工與卷揚機房和井筒工作面聯系,井筒內每個作業地點，都應設有獨立的聲、光信號系統和通訊裝置通達井口。必須設井口信號工。

4.3 鉆爆施工安全措施

1）鉆孔安全保證措施

①鉆眼前，檢查工作面是否處于安全狀態，燈光照明是否良好，支護、頂板及兩幫是否牢固，有無松動的巖石，如有松動的巖石及時支護或清除；檢查加固操作平臺，確保鉆眼平臺不變形不垮塌。

②鑿巖機鉆眼時，采用濕式或帶有捕塵器的鑿巖機。

③風鉆鉆眼的支架需確保安置穩妥。風鉆鉆眼前，檢查機身、螺栓、卡套、彈簧、支架是否完好，管路是否良好，連接是否牢固，鉆桿有無不直、帶傷以及釬孔是否有堵塞孔現象，發現不合格的立即修理或更換。

④嚴禁在殘眼中繼續鉆眼；嚴禁在工作面拆卸修理鉆孔工具。

⑤進洞施工人員必須戴安全帽、防護手套、穿工作服；電工和電鉆工穿絕緣鞋和戴絕緣手套。

2）爆破施工安全保證措施

①爆破作業時統一指揮信號，其安全距離符合規范要求。

②隧道爆破施工由取得“安全技術合格證”的爆破工擔任，嚴格防護距離和爆破警戒。放炮后10分鐘才準許人員進入工作面，經找頂清除危石、錨噴支護后方能繼續施工。

③放炮時間及次數根據施工條件明確規定，裝藥離放炮時間不應過久。爆破前爆破人員嚴格檢查爆破網絡，確保一次起爆。

④遇到照明不足、工作面巖石破碎尚未支護、發現、高壓水涌出地段等情況嚴禁裝藥爆破。

⑤每次爆破后必須經過通風排煙，相距時間不少于15min，并經過以下各項檢查和妥善處后，其它工作人員才準進入工作面：有無瞎炮及可疑現象，有瞎炮必須由原爆破人員按規定處理；有無殘余炸藥或雷管；頂板兩幫有無松動石塊；支護有無損壞與變形。

⑥裝炮時嚴禁火種，嚴禁明火點炮，嚴禁裝藥與打眼同時進行。

⑦兩端工作面接近貫通時，加強兩端的聯系與統一指揮。當兩端工作面距離保持20m以上，停止一端作業，并將人員機具撤走，在安全距離處設立警告標志。

⑧抓好現場管理，搞好文明施工?，F場必須燈明、路平、無積水，對易燃、易爆等危險品按規定保存和堆放，并進行標示，嚴格發放制度。切實作好防洪、防火、防中毒等工作，杜絕重大傷亡，減少一般性事故。

5 結 論

隨著交通業的發展，大直徑豎井的建設將會日益增多在公路隧道豎井施工領域目前還沒有廣泛采用。簡單、經濟、安全、環保的工法是目前公路隧道豎井施工最合理的方法。本文對特長公路隧道豎井施工的各種方法進行了分析和總結，總結出了特長公路隧道通風豎井先導井、后擴挖施工工法，并且討論了施工中的主要技術以及安全措施，希望在該類隧道施工領域有所幫助。

[1]李文俊.夾活頁特長公路隧道豎井設計及施工方法探討.公路.2006/5

[2]常民生、趙中宇.超深豎井快速掘進施工新法.長江科學院院報.2003/12