山區高速公路大直徑深豎井正井法施工技術研究

楊康

摘要：文章以昌寧隧道通風豎井為研究對象，從正井法施工的場坪布置、機械設備組合、開挖及初期支護工藝、二襯滑模施工及豎井測量方案等方面，介紹了大直徑深豎井正井法施工技術，并借鑒煤礦井筒井壁支護工藝，將錨噴聯合支護優化為模筑混凝土，實際應用效果較好，可為山區高速公路隧道施工提供借鑒。

關鍵詞：豎井;正井法;錨噴支護;模筑混凝土;滑模;測量

中國分類號：U455.8

0引言

隨著中國高速公路建設發展，長及特長隧道建設越來越多。通風是制約長大高速公路隧道建設的主要因素之一，特長深埋隧道通常采用豎井分段式縱向通風，豎井工程對長大高速公路建設至關重要。豎井作為一種特殊的結構形式，施工技術難度大、設備投入多、安全管理風險高，因此開展復雜地質條件下高速公路特長隧道豎井施工成套技術研究，對于推動國內公路交通領域建設發展具有重要的現實意義。

已有學者和建設者對豎井理論和施工技術開展了一系列探討和研究[1-7]，但僅針對某一個分項，目前尚未形成整套豎井施工工藝。本文以昌寧隧道通風豎井為研究對象，從場坪布置研究、機械設備組合、開挖工藝及初期支護優化、二襯滑模施工及豎井測量方案等方面進行探討，為山區高速公路隧道豎井施工提供借鑒。

1工程概況

昌寧隧道位于云南省保山市昌寧縣境內，為分離式隧道，左線長5 452 m，右線長5 425 m。受昌寧隧道出口展線影響，隧道縱坡為2.3%（進口往出口下坡），隧道內的通風方案為：左線分兩段送排式通風+右線全射流縱向式通風（設置排煙通道連接排風道），因此需設置一座通風豎井。

豎井設置在隧道右洞YK30+500左側5 m，距離昌寧隧道昌寧端約2.9 km。豎井平面布置如下頁圖1所示。豎井深253 m，內徑9.2 m，外徑10.4 m，圍巖級別以Ⅲ級為主，Ⅳ級、Ⅴ級為輔。根據豎井施工涌水量評價資料，井筒涌水量為21.38 m 3/h，鉆孔施工期間測得地下水穩定水位埋深為185 m。

2場坪布置

場坪四周利用縱坡及橫坡自然排水，最大限度利用原有排水系統。臨時施工場地布置在豎井井口，場地內設絞車、井架、料場、水泥庫、鋼筋加工棚、機械修理車間等。綜合考慮了道路交通、供水用電及排水排污，減少對周圍環境干擾，結合工程進度要求，對施工場地進行優化布置。

3機械設備組合

豎井工程建設一般由鑿巖、裝巖提升、噴漿支護等工序組成。對豎井整體工程總設計優化，主要是施工機械整體優化配置，既可壓縮縮短施工工期，也可獲得良好的經濟效益。

3.1豎井施工系統設計

3.1.1起重提升系統

據通風豎井井筒的施工特性，選用礦用Ⅴ型鑿井井架、兩套提升單鉤、兩臺提升絞車、5 m 3和4 m 3洞渣雙吊桶。井口天輪平臺布置如圖2所示。

3.1.2工作吊盤

為克服井壁修整、井壁質量檢測等工作平臺狹窄難題，采用工作吊盤，分上下兩層給現場作業人員帶來了安全可靠的高空操作作業平臺。

3.1.3人員、物料上下提升

（1）提升工具選擇。人員、物料提升采用不同功能提升吊桶，禁止“一桶兩用”。

（2）提升信號及懸吊信號系統。信號系統采用聲、光結合信號裝置。由于井筒提升采用雙鉤提升，為避免信號發送和接收出現混亂，主提升和副提升采用兩套獨立信號裝置。

3.2打孔鉆眼

為避免圍巖遭受爆破或者振動損傷，常采用中深孔光面爆破施工方法，由導爆針起爆，380 V動力電源地面放炮。豎井開挖鉆孔打眼采用SJZ6.10型傘形鉆架，配6臺鑿巖機，眼深4.5 m，炮眼直徑為55 mm，炸藥使用抗凍T220水膠炸藥，采用50 mm藥卷，藥卷長500 mm，1～6段導爆管腳線長6 m。

3.3出渣

Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段巖體破碎，分單元開挖，采用小型挖機+吊桶出渣作業;Ⅲ級圍巖整體性較好，采用中深孔光面爆破法施工。由于單次挖方量較大，由1臺HZ-6型中心回轉抓巖機裝罐，雙鉤提升絞車配4 m 3吊桶提升。翻洞渣為人工掛鉤式，洞渣經溜槽直接溜入儲渣區，由渣土車運至棄土場存放。

3.4通風方式

按照工程實際需求，采用壓入式通風，在豎井井口安裝壓入式風機2臺，井外風筒直徑為1 m，井內漸變至直徑為0.6 m。風筒沿井壁掛設，每隔1 m設一道卡，通過管卡將管路與鋼絲繩固定在一起，通至離井內掌子面30 m范圍，用壓入式風機輸送新鮮空氣。爆破后，用壓入式風機送風排煙，通風30 min后人員方可下井。

3.5排水

井筒布設159 mm×5 mm型管路作為正常排水管路。另外，為防止掌子面涌水量突然增大，設置219 mm×5 mm噴射混凝土輸送管作為備用應急排水管路。在安裝排水泵管網時設置排水管的并聯裝置，應急時及時安裝連接到位和使用。

4開挖工法及初期支護

4.1明洞施工

明洞開挖前，由專業測量人員結合實際地形放出開挖坡口線，并做出明顯標記，按照設計坡比開挖。井筒四周采用整體式縱坡排水，匯入一側排水溝，借助排水溝底縱坡自然排水，避免場地內雨水匯集至開挖明洞。

[HJ1.65mm]

開挖成型后，施作鋼筋混凝土鎖口井圈、鎖口盤。養護達到規定強度后，回填土體至井口標高并夯實，在井口處設置防護欄并將周邊地表硬化，同時施作提升架的混凝土基礎。

4.2Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段施工

（1）掘進。Ⅴ級、Ⅳ級圍巖段巖體破碎，分單元開挖，采用小型挖機出渣，開挖單元劃分如圖3所示。小型挖掘機先開挖①單元，用于查看地質情況并將四周地下水匯集到坑內抽排，按設計單元依次支護開挖，人工修整井壁。

（2）出渣。小型挖掘機裝渣至吊桶，由絞車進行渣土垂直提升轉運，吊桶到達指定位置后，通過卸載裝置將洞渣順溜槽溜至地面臨時存渣區，采用18 t自卸車運至棄渣場。

（3）初期支護。采用錨桿+鋼筋網+鋼拱架+噴射混凝土聯合支護。采用25 mm砂漿錨桿，梅花形布設，間距為120 cm×100 cm，可根據巖層產狀適當調整錨桿位置和方向。

4.3Ⅲ級圍巖段施工

（1）掘進。Ⅲ級圍巖整體性較好，開挖打眼采用SJZ6.10型傘形鉆架，配6臺鑿巖機，中深孔光面爆破施工。利用整套系統進行開挖，如圖4所示。

（2）裝巖出渣。采用1臺HZ-6型中心回轉抓巖機裝罐，雙鉤提升絞車配4 m 3吊桶提升。翻洞渣為人工掛鉤式，洞渣經溜槽直接溜入儲渣區，運至指定棄渣場地。

（3）初期支護。采用錨桿+鋼筋網+鋼拱架+噴射混凝土聯合支護。25 mm砂漿錨桿梅花形布設，間距120 cm×100 cm，結合巖層產狀適當調整位置和方向。

（4）噴射混凝土。噴射作業自下而上，先噴射鋼架支撐與井壁間混凝土，后噴射兩鋼架間混凝土。為減小噴射混凝土回彈量，可摻加適當速凝劑。噴射混凝土總厚度不小于設計要求。

5初期支護工藝優化

5.1優化目的

豎井初期支護施工大多采用錨噴工藝，由于初支暴露時間長，噴射混凝土易掉塊，存在極大的安全隱患。昌寧隧道豎井借鑒礦山豎井施工經驗，Ⅳ級、Ⅲ級圍巖初期支護結構采用模筑混凝土替代傳統掛網錨噴聯合支護，極大地加快了施工進度并改善了初期支護質量，同時降低了建設成本。

5.2工藝流程

模筑混凝土施工工藝流程如下頁圖5所示。

5.3控制要點

5.3.1混凝土防離析措施

由于落差較大，混凝土易離析，粗骨料易堵管，灰漿滯后粘管凝結，影響混凝土澆筑質量，是大落差向下輸送混凝土的施工難點。

為解決這一難題，研發了一套超高垂距深豎井輸送混凝土工藝。通過在無縫鋼管內部設置緩沖裝置，采用分灰器、活節管分層，對稱澆筑初期支護混凝土，最大限度保障初支混凝土施工質量。

5.3.2模筑混凝土初支面接茬處滲水處理

豎井井壁滲水是豎井施工常見現象。由于采用模筑混凝土施工初期支護，初支背后裂隙水無引排措施，隨著豎井向下掘進、水壓增大，初支背后裂隙水在壓力作用下沿縫隙滲出，影響施工進度和結構安全。

采用礦用封孔器配合注漿設備進行注漿堵水施工，不僅能縮短注漿施工周期，減少材料成本投入，又能最大限度保證注漿質量，降低返工處理風險和額外成本投入，取得良好的經濟效益。

6二襯及中隔板同步滑模施工

6.1工藝簡介

豎井正向擴挖成井后，經充分考慮工程建設安全、質量、工期等因素，采用滑模法由井底向井口同步施工二襯和中隔板（圖6、圖7）。

利用液壓滑升模板自下而上連續砌筑內壁混凝土。混凝土經過溜灰管下放，到吊盤上經分灰器、活節管入模。

6.2工藝流程

二襯滑模施工工藝流程包括滑模組裝、測量放線、調試定位、防水板掛設、混凝土澆筑、下循環模板滑升等。

（1）滑模組裝。滑模組裝在豎井底聯絡通道內進行。豎井滑模由鋼管承重支架、井面封閉鋼桁架平臺、安全盤、滑升操作上平臺、混凝土修飾下平臺組成。

（2）測量放線。在豎井井筒放出豎井軸線、邊線、模板上圍圈邊線及標高，放線后經有關人員檢查驗收無誤后可進行模板組裝。

（3）調試定位。模板組裝完成，經復測驗收合格后，進行試運行，接上油路進行耐壓、排氣、爬升檢測，檢測合格后方可投入使用。

（4）防水板掛設。借助滑模頂面平臺，作業人員站在梯子上掛設豎向透水管及環向分離式防水板。防水板用熱合爬焊機焊接，每次掛設高6 m。

（5）混凝土澆筑。混凝土從井口順井壁安裝的下料管經減速器后，進入作業面，下料管最后12 m采用軟管，便于作業人員將混凝土直接放入與下料管距離較遠部位。采用振動棒插入振搗，混凝土澆筑分層厚度≤30 cm。

6.3滑模中線控制

為確保結構中心不發生偏移，利用地面全站儀定出中心點，鋼絲繩懸掛60 kg錘球進行中心輔助控制，在井口平臺梁下部井壁固定激光指向儀進行滑模位置控制，利用液壓千斤頂同步器和水準儀進行滑模水平控制。

7豎井測量方案

7.1井壁監測

（1）初期支護結構完成后，采用6 mm鋼筋加工監控量測點，全長約30 cm，其中一端加工成圓弧狀便于掛鉤，觀測支護結構動態變化，并及時分析處理量測數據，掌握圍巖和支護結構變形動態信息，確保豎井施工質量和安全，指導后續施工安排。

（2）豎井監控量測點采用十字線法布設，開始10 d每天測量一次，觀測圍巖收斂情況。根據測量數據，若圍巖處于穩定狀態，減小測量頻率;若圍巖收斂情況變化大，立即加大測量頻率。

（3）根據圍巖情況，不同斷面監控量測布點應布置在相同部位，盡量對稱布置，兩線接近垂直布設，以便數據相互驗證。Ⅴ級圍巖布點斷面間距5 m，Ⅳ級圍巖布點斷面間距10 m，Ⅲ級圍巖布點斷面間距15 m。測點布設如圖8所示，鉤掛加工如圖9所示。

7.2地表監測

（1）近點觀測。

地面近井點利用精密導線測設，構成附合導線或閉合導線。高程近井點利用二等水準點直接測定，構成附合、閉合水準路線。地表觀測點埋設在豎井中心線外軸線上。

（2）定向觀測。

豎井施工完成至設計標高時，采用投點定向法進行定向測量。在豎井中通過激光投入兩個激光點，要求兩個激光點定向與井下橫通道開挖方向一致。兩個激光點與地面控制點共線，井上起始方位通過激光傳入井下，在井下確定控制點平面位置。

8結語

隨著國家高速公路路網日益完善，山區特長隧道占比越來越大。本文通過昌寧隧道豎井實踐，從策劃階段到實施階段、從施工準備到方案實施形成比較完備的施工組織設計體系，通過優化組合機械設備、人員配備、施工工藝，既保證豎井施工進度，又降低成本投入，達到安全、快速、高質量推進豎井建設的目的。

參考文獻：

[1]楊繼華，魏斌，齊三紅，等.厄瓜多爾CCS水電站超深豎井反井鉆機法施工關鍵問題研究[J].現代隧道技術，2018（6）：183-189.

[2]駱馳.華鎣山特長公路隧道通風豎井設計與施工[J].隧道建設，2012（3）：355-360.

[3]趙偉平，方斌，張志堅.米倉山特長隧道通風豎井反井法施工技術探討[J].公路，2014（9）：182-187.

[4]徐美華.滬蓉西高速公路龍潭特長隧道深大豎井施工技術[J].鐵道建筑，2011（7）：46-48.

[5]王建強，鄧武波，張治榮，等.云山公路隧道通風豎井施工綜合技術[J].公路，2014（5）：157-160.

[6]趙秋林，魏軍政.秦嶺終南山特長公路隧道豎井設計及施工方法探討[J].公路，2005（8）：173-176.

[7]雷軍，趙勇.烏鞘嶺特長隧道芨芨溝深豎井快速施工技術[J].鐵道標準設計，2004（3）：56-59.