解析豎井開挖支護施工主要技術

胡廣元 甘肅省水利水電工程局有限責任公司

長距離巖體隧道工程中，為了保證隧道施工安全和隧道施工作業要求，通常需要在地面打豎井，用于通風換氣或者設備檢修等需要。豎井開挖是長距離隧道施工中必不可少的工程環節，為保障開挖面的安全穩定，確保豎井的結構安全，常常需要做好豎井支護處理工藝。目前，豎井開挖支護技術的應用已經非常成熟，針對不同工程項目施工概況、圍巖開挖強度等級等，可以有針對性地選擇不同的支護技術，以達到豎井開挖支護穩固的目的。不同圍巖等級豎井開挖時的風險程度也不同，采用豎井開挖支護時必須做好風險評估，并且不同的支護方式工程造價和成本也大小各異，施工單位需根據工程實際情況選擇合適的豎井支護方式，做到安全和經濟相平衡。

1 豎井開挖工程案例分析

1.1 工程概況

本案例選自泉州市惠女至菱溪、黃塘引調水工程C2A 標段工程項目，工程承包責任主體為甘肅省水利水電工程局有限責任公司。根據工程項目概況，其中對項目標段中國有筆架山林場后蘇至菱溪輸水隧洞樁號ZL16+920 處進行土門豎井開挖，豎井開挖深度182.52 m，斷面采用圓形斷面。開挖斷面半徑3.15 m，襯砌厚度為0.4 m，采用隨開挖隨支護的原則。在圍巖條件差處隨機設置錨桿支護，間距1.5 m，梅花型布置，深度3 m。豎井作業完成后，采用直徑6.3 m 攔污柵封蓋，井口周圍設10 m×10 m 隔離圍墻。豎井開挖設計結構如圖1 所示。

圖1 豎井開挖結構

1.2 工程重難點分析

結合本工程施工案例中的工程概況及施工條件，對其中存在的風險源及工程重難點進行分析。施工單位應根據相應的工程重難點制定合理的針對性措施，以提高豎井支護施工質量及作業效率，保障支護施工過程中的作業安全。

1.2.1 作業環境復雜，施工難度較大

本工程為引調水工程，豎井使用要求較高。根據豎井開挖結構要求，豎井深度達180 m，屬于深豎井。根據豎井開挖方式，爆破加襯砌施工，局部圍巖等級較差。以上種種因素造成現場施工作業難度加大，施工單位需認真分析項目工程施工條件，提前制定好豎井開挖、支護工藝方案及風險源的針對性措施，保證施工作業過程中的質量安全。

1.2.2 施工要求較高，支護工藝復雜

根據工程背景，施工過程中技術要求較高，支護施工中采用錨桿施工、鋼拱架施工及噴砼處理等多種施工工藝技術，因此需格外注意做好技術施工管理，改進施工工藝，運用先進的技術設備輔助工法，確保支護施工工藝質量安全。

1.2.3 對現場支護施工技術管理要求高

不同支護施工工藝的技術處理方式、施工工藝流程以及技術應用方法等都不相同，因此現場施工技術管理要求較高，需要施工單位引起重視。為了確保豎井支護施工技術應用質量，施工單位需重視施工現場的技術管理問題，指派全面、專業的豎井支護技術管理人員，提升支護施工技術管理效率，保障施工現場各施工工藝有序開展[1]。

2 豎井開挖支護施工主要技術

豎井開挖完畢后，必須通過支護施工保持豎井內壁結構的安全穩定。按照豎井開挖結構，豎井通常分為井身段與探洞交叉段兩個部分，通常根據豎井開挖圍巖結構的穩定性程度判斷是否對井身段以及交叉段全部做支護施工處理。豎井支護施工技術包含錨桿支護、鋼拱架支護以及噴砼支護等。

2.1 錨桿支護施工工藝

錨桿支護施工技術是通過在豎井井身段或交叉段圍巖等級較差部位安插預應力錨桿，利用錨桿穩固豎井內壁結構的施工方式。錨桿支護施工是豎井支護的基礎工藝，其工藝流程相對較為簡單。首先，對豎井內壁基面進行清理。其次，人工造孔并對孔內進行清洗，清理孔內殘渣。再次，孔內注漿用于固定錨桿，錨桿要提前制作，在注漿結束后且漿液未凝固前立即安插錨桿。最后，認真檢查驗收錨桿安插質量，確保整個錨桿施工的質量安全。錨桿支護施工工藝中，需要重點關注以下幾點施工環節。

2.1.1 人工造孔

安裝錨桿時需要進行人工造孔，造孔設備一般采用手風鉆，造孔時需要注意以下幾個問題。首先，明確造孔點的位置，需要根據豎井設計結構、錨桿支護設計方式等提前定位好造孔點并做好標記，方便人工造孔時查找定位，孔位偏差要嚴格按照設計標準執行，一般控制誤差在50 mm 內。其次，要根據設計要求確定孔軸方向，如有特殊要求的錨桿孔，則要嚴格按照施工圖紙施工，以滿足圖紙施工的技術要求。再次，鉆孔孔徑的大小要大于錨桿直徑，因為錨桿安裝在注漿后進行，所以要計算好孔徑大小，避免錨桿安插困難。最后，對鉆孔進行清洗，清理孔內殘渣，一般采用風洗、水洗交互進行的方式，確保孔內巖渣及積水全部清理干凈。

2.1.2 注漿

錨桿支護采用“先注漿、后安裝”的方式，注漿需要采用專業的錨桿支護注漿設備，如FCB250 型錨桿注漿機。注漿前，先用水潤滑注漿管路，防止管路內堵塞，保證注漿通暢。注漿過程中，要時刻觀察注漿狀態，發現有漿液從鉆孔中溢流時要及時封堵，避免廢漿。注漿用材料應滿足技術要求，水泥采用硅酸鹽水泥，強度等級不應低于42.5 MPa；砂料采用中細砂為宜，粒徑不大于2.5 mm，砂漿強度等級不應低于20 MPa；漿液配制時所需速凝劑等添加劑需要按照規范要求添加，各添加材料應滿足配合比要求，可預先通過試驗確定配合比的合理性，并交由監理工程師確認。

2.1.3 錨桿安裝的質量檢驗

注漿完畢后，進行安插錨桿工序。錨桿選用二級螺紋鋼筋材料，錨桿安裝后需要靜置5 d 以上，其間不得拉拔、敲擊錨桿，以確保錨桿安裝牢固。錨桿質量檢驗必須認真負責，首先是對錨桿材料的質量檢驗，認真檢查生產廠家提供的質量合格證書，按指示進行抽檢，檢驗錨桿材質和許用強度等[2]。其次，對鉆孔質量進行檢驗，嚴格檢查鉆孔定位、孔徑、深度以及傾斜度等，并做好檢驗記錄。最后，檢查注漿質量以及錨桿安裝質量，如注漿的飽滿度、錨桿安裝的長度等，確保錨桿安裝過程中無任何質量問題。

2.2 鋼拱架支護施工工藝

鋼拱架施工技術是在錨桿施工工藝的基礎上安裝鋼拱架，并進行掛網防護，最后噴砼處理，以提高豎井內壁圍巖結構的穩定性。鋼拱架施工是豎井支護施工中常用的一種施工工藝，一般用于上井口的支護施工，也可應用于圍巖結構相對較差的情況。根據本施工案例巖體工程情況，針對上井口采用鋼拱架支護施工工藝，其流程如圖2 所示。在對鋼拱架安裝時，需要重點關注其施工質量問題。

鋼拱架安裝開始前，必須確保預應力錨桿安裝質量安全可靠。在開始進行鋼拱架安裝作業時，應制定好安裝流程，做好施工安全防范措施。首先，鋼拱架安裝施工前必須提前檢查巖壁巖石結構強度，觀察巖石松動及脫落情況，對存在松動或有落石風險的部位應及時處理或采取一定的加固措施，確保施工時的絕對安全。其次，鋼拱架應按技術要求提前制作，并對鋼拱架的設計進行技術交底，施工人員需根據鋼拱架設計間距做好安裝定位工作。再次，鋼拱架施工時，架子底部必須做墊實處理，防止圍巖變形導致鋼架位置偏移，如果安裝后發現有位置偏差，則需進行局部處理，調整位置至合理范圍內。調整位置偏差時需要做好臨時支護，保障作業安全。最后，鋼拱架全部正確安裝完成后，采用鋼絲網進行掛網防護，防止落石風險，必要時采用噴砼加固處理，以增加圍巖壁的結構強度。

2.3 噴砼支護施工工藝

噴砼支護施工也是豎井開挖支護中的常用技術手段，根據本工程案例，在進行掛網處理后采用噴砼支護處理，進一步提高豎井支護結構的安全穩固性。噴砼支護施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 豎井開挖支護技術噴砼支護施工工藝流程

噴砼處理可以直接對豎井內壁做硬化處理，對圍巖等級差、有落石風險或不穩定區域進行直接加固處理，可以有效提升豎井支護的安全性。噴砼施工一般采用濕噴法，以上工藝流程中各工序作業環節必須嚴格按照設計要求和施工規范執行，并做好施工過程中的重難點問題管理[3]。

首先，砼混合料的質量保障問題。砼混合料的運輸和存放都有嚴格的規范要求，砼材料遇水會硬化失效，因此必須做好運輸和存放的防護，避免受潮或被水侵蝕。混合料配制時應提前做配比試驗，確定合理的材料混合配比，并將各混合料嚴格按照確定比例要求添加。由于混入雜物后會影響到砼的使用性能，因此混合料配制時應對各加入的材料進行過篩，以剔除雜物。砼料的攪拌要采用專業的攪拌機，確保攪拌時間充足且攪拌均勻[4]。其次，掛鋼筋網時應注意鋼筋網的厚度及掛網與井壁的距離。一般鋼筋網厚度不應小于20 mm，掛網設計與井壁距離不應大于50 mm。再次，噴砼作業時應特別注意噴射要點的控制。一般情況下，受井壁自身結構影響，噴砼作業很難一次性噴射完成，需要分區段、分層進行，因此必須重點做好分段處的接縫部位處理，避免出現漏噴情況。最后，噴砼作業時應注意噴射順序。通常采用自上而下的噴射順序，針對分層噴射必須在前一層砼終凝后再進行后一層的噴射作業，以保障最終的噴砼作業質量。

3 結語

豎井開挖工程中，需要通過支護處理技術對開挖壁面進行穩固，確保豎井使用過程中的安全性。為此，施工單位應根據豎井開挖支護施工工程條件，認真分析工程施工中的風險因素和重難點內容，制定針對性的應對措施，選擇合理、經濟且有效的豎井支護施工技術，確保豎井開挖及使用過程的安全穩定[5]。