長大隧道超深豎井反井法施工技術

謝　曉（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北武漢430000）

長大隧道超深豎井反井法施工技術

謝曉（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北武漢430000）

介紹了福州京臺高速公路牛巖山隧道通風豎井在施工過程中采用反井法施工工藝及雙層安全防護盤，對井下作業人員進行多重防護的方法，降低施工難度，減少施工安全風險，加快施工進度，節約成本，保護環境，取得了一定的社會、經濟和環保效益，對類似工程施工具有借鑒作用。

長大隧道；超深豎井；反井法

前言

豎井通風在公路、鐵路長大隧道中，具有通風效果好，營運成本低的優點，在公路、鐵路長大隧道中應用越來越廣泛，深度300m以上的超深豎井也隨之越來越多，隨著深度的增加，傳統的正井開挖施工方法已逐漸無法滿足施工的安全、進度等要求。福州京臺高速公路牛巖山隧道是目前福建省內最長公路隧道，牛巖山隧道送排風豎井為福建省內最深的公路通風豎井之一，為確保安全、高效的完成豎井工程施工，中鐵十一局集團第四工程有限公司進行課題研究和公關，在368.49m超深豎井開挖過程中，改變傳統正井開挖法，而采用反井法開挖，同時結合反井施工的特點，改良井口安全盤及井下安全作業平臺，安全、高效的完成超深豎井的開挖工作，取得了良好的效果。

1　工程概況

福州京臺高速公路牛巖山隧道全長為9252m，為目前福建省最長的高速公路隧道。牛巖山隧道送排風豎井位于牛巖山隧道左洞ZK122+030左側35m位置，豎井直徑7.2m，井口設計標高為740.9m，豎井深度為368.49m，豎井圍巖主要為凝灰巖，開挖方量為19500m3。

整個豎井施工過程中，豎井開挖施工難度大，通風、排水困難，安全風險極高。該隧道豎井為京臺高速公路全線極高風險點、重難點控制性工程之一。

為了減小施工難度，降低施工安全風險，解決豎井開挖過程中的通風、排水困難等問題，結合隧道整體施工進程，對豎井的施工工藝進行優化，在隧道左洞掌子面開挖通過豎井位置后，通過豎井導孔，利用豎井底部與隧道主洞的連接通道，實現在豎井底部出碴，從而徹底解決開挖過程中的洞渣吊運安全風險大及井內通風、排水困難等問題。

2　技術原理

反井法施工改變傳統的自上而下的全斷面開挖，孔口出渣的施工方式，而采用先在在豎井中心由上而下鉆取直達井底的φ260mm導孔，與下部已完成開挖的主洞送排風聯絡道相通；在井下聯絡道內連接擴孔鉆頭，由下向上擴孔反鉆施工φ1400mm先導井（擴孔），作為豎井全斷面爆破施工時的爆破自由面和通風溜碴通道；最后自上而下爆破開挖至形成設計的豎井斷面，從而解決人工開挖施工過程中的出渣、通風、排水等難題。同時在通過設置改良井口安全盤，井下安全平臺，導孔口加蓋透氣型防翻轉井蓋等措施，為豎井掌子面作業人員提供多重保護，降低施工安全風險。

3　主要施工工藝

（1）超深豎井反井法施工工藝流程圖見圖1。

圖1　工藝流程圖

（2）關鍵技術及控制要點

①260mm導孔施工技術：豎井深達368.49m，豎井直徑為7.2m，導孔鉆孔的垂直精度必須控制在1%以內，一旦導孔偏離豎井范圍，必須在豎井底部進行擴挖找尋導孔，嚴重的需廢除重鉆，將嚴重影響施工工期。施工中通過挖除孔口軟如土層，在豎井中心澆筑直徑2.0m的C20混凝土灌注樁，樁基底部與中風化基巖銜接，保證在鉆孔時孔口機械的平整及地層的穩定，減少導孔偏移。選擇適合的鉆機設備，經驗豐富的操作人員進行操控，通過測量糾偏等手段，保證導孔的成孔精度，是反井法施工能否成功實施的第一步，也是關鍵一步。

②φ1400mm反鉆擴孔技術：導孔貫通后，安裝反挖擴孔鉆機，通過導孔自上而下安裝鉆桿至豎井底部，在底部換裝反挖擴孔鉆頭，通提升拆除鉆桿，實現擴孔鉆進。反井擴挖工作原理見圖2。

③豎井全斷面開挖技術：擴孔完成后，拆除LM400型反井鉆機，清理現場。澆筑豎井鎖口圈，利用安全爬梯完成自井筒地面以下20m范圍的掘進、支護工作，豎井洞渣通過中心先導井直接排放到豎井底部，由隧道主洞的機械設備進行出碴。完成20m井身施工后，通過建立提升懸吊系統及作業平臺，加強安全防護及提高工作效率。

圖2　反井鉆機工作原理示意圖

④多重安全防護：在豎井全斷面開挖后，設置改良型井口安全盤、井下安全平臺，導孔井蓋等。改良型井口安全盤更有效的防止孔口雜物墜入孔內；下安全平臺除了作為中轉平臺外，更為井下作業人員提供安全繩固定點；豎井導孔口加蓋透氣型防翻轉井蓋，既保證井內通風又可有效防止井內人員、雜物掉入導孔內。開挖過程中，通過上述措施為井下作業人員提供多重的安全保護。

4　工法特點

（1）本施工工藝通過改變常規的從豎井口出渣的施工方法，采用反井法，通過豎井導孔，向豎井底部排渣，從隧道主洞出渣，解決了豎井開挖施工中“越深越難，越深越慢”的難題，通過降低了出渣工作強度，提高了出渣的工效，打破了豎井深度對施工的制約。

（2）本施工工藝通過取消孔口出渣工序，從而避免大量的垂直運輸工作，很大程度上降低了豎井施工的安全風險。同時在豎井口設置固定式的安全盤，及在井下設可移動式安全作業平臺，為井下作業提供多重安全防護，使施工作業更加安全。

（3）本施工工藝通過豎井中心導孔，利用豎井底部與井口的氣壓差產生的煙囪效應，實現自然通風，解決了豎井內的通風問題，同時還解決豎井內排水問題，無需采用通風、排水設備，節能環保。

（4）本施工工藝總體施工成本低，施工進度快，施工耗能量小，可操作性更強，節約建設工期。

5　效益分析

5.1提高破巖效率

采用鉆爆法精心布置炮眼，可將破巖效率提高5～10%，并且有利于實現深孔光面爆破。

5.2提高裝巖及運輸效率

裝巖及運輸是普通法施工豎井循環中最繁重的工序，消耗工時多、效率低，通常占整個開挖循環用時的50%以上。采用反井法施工，爆破下來的巖石直接落到下部隧道內，用裝載機裝車、汽車運輸。正是利用導井，很好地解決了巖石的裝運問題，大大提高了鑿井速度。

5.3節省施工期間通風和排水設備

普通法施工井筒，需安設臨時通風排水設備和提吊系統，深度越深，通風和排水難度越大，而反井法施工采用的導孔，利用井底及井口產生的氣壓差，形成空氣流通，有效解決掘進過程中的通風問題。同時井筒的滲水及施工用水可從導井流到井下隧道排查，降低成本，提高掘進速度。

5.4安全風險低

超深豎井反井法施工通過井口及井下兩處安全盤（平臺）的設置，最大限度的減少了豎井施工過程中物體打擊、高處墜落等安全防護及處理，使得豎井施工安全控制在可控范圍內。5.5根據測算，采用反井法施工比采用常規正井法開挖施工，僅豎井開挖一項，可節約成本約150萬元。

6　結語

牛巖山隧道368.49m送排風豎井開挖于2015年11月完成，施工中未出現安全質量事故，尤其是在反井法施工中使用固定式井口盤結合井下安全盤的雙重保護方法，獲得業主、監理及同行的一致好評，福建省高指多次組織其他單位到現場學習觀摩，并被京臺業主推廣到福建省同類工程施工中應用，獲得了良好的社會效益。

[1]李豐果.節能降耗技術在深大通風豎井施工中的應用.隧道建設，2012（6）.

[2]魏更生.公路特長隧道超深豎井反井法導孔偏斜率控制技術探討.福建交通技術，2013（5）.

[3]肖禮忠.反井鉆機在終南山公路隧道豎井中的應用.筑路機械與施工機械化，2008（5）.

U435

A

2095-2066（2016）31-0181-02

2016-10-5

謝 曉（1981-），男，工程師，本科，主要從事交通土建類的施工工作。