淺談特小斷面長隧洞通風豎井施工方法總結

魏立恒

甘肅省水利水電工程局有限責任公司 甘肅 蘭州 730000

甘肅省引洮供水二期工程供水范圍涉及定西市安定區、隴西縣、通渭縣，白銀市會寧縣，天水市武山縣、甘谷縣、秦安縣及平涼市靜寧縣。工程供水總人口267.76萬人，以城鄉生活、工業供水為主，兼顧農業灌溉，為當地群眾脫貧致富及改善生態環境創造條件。甘肅省引洮供水二期工程為II等大（2）型工程，引洮供水二期工程總干渠自隴西縣馬河鎮附近大營梁的一期工程總干渠15#隧洞出口三干渠分水節制閘后暗渠連接段末端開始（一期終點樁號109+027.95m，二期起點樁號0+000），總干渠起點設計高程2089.79m，于會寧縣太平鎮附近大山川的八干、九干總分水閘結束（樁號95+091.45m，設計高程2011.77m），設計流量20m3/s，全長95091m，其中隧洞20座，長度90580.43m，占渠線總長的95.25%；渡槽10座，長度720m，占渠線總長的0.76%；暗渠23段，長度3295m，占渠線總長的3.46%；各類漸變段長255m，占渠線總長的0.27%；節制閘10座，總長241.02m，占渠線總長的0.25%；沿線共設退水閘6座，干渠分水閘6座，供水管（渠）線分水口4座，下渠通道5座，直斗分水口5座。干渠及分干渠共8條，總長299.968km（其中：干渠總長254.719km，分干渠總長45.249km）。供水管渠線共18條（其中秦安縣城、葉堡調蓄水池管線共用），總長176.471km。構成覆蓋全受水區的輸供水渠（管）網體系。

引洮供水二期工程屬Ⅱ等工程，工程規模為大（2）型；總干渠主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級，臨時性建筑物級別為4級；五干渠主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物級別為5級。丁溝供水管線主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時性建筑物級別為5級。

甘肅省引洮供水二期主體工程施工第38-1標段位于五干渠3#洞2#斜井（五佛爺廟）控制段起點～五干渠尾（小岔灣溝）之間，渠系樁號為五干渠11+248.67～19+002.39、丁溝供水管線0+000～1+473.08，標段渠線長9226.8m。

五干渠3#隧洞出口洞身段11+248.67～15+244長3995.33m；3#隧洞出口下游漸變段長6m、2#渡管15+250～15+298長48m、2支渠及丁溝管線分水口15+298～15+319（含前后漸變段）長21m；4#隧洞洞身段15+315.78～17+170長1854.22m；1#倒虹吸17+170～17+535（含進出口漸變段）長365m、梯弧明渠17+535.00～18+425（含后漸變段5m）長890m；5#隧洞18+425～18+782長357m；2#倒虹吸18+782～18+988.10（含進出口漸變段）206.1m、矩形明渠18+988.10～19+000.39（含漸變段），3支、4支渠分水口19+000.39～19+002.39長2m，大車橋4座，丁溝供水管線（Ф200鋼絲骨架復合管）長1473.08m。

五干渠3#隧洞出口段工程采用三心圓斷面型式（馬蹄形斷面），縱坡1/2000，凈斷面尺寸寬×高=1.6×1.923（m）（小斷面），設計水深h=0.744m，設計流速v=0.86m/s，樁號11+248.67～15+244.00，長度3995.33m。隧洞埋深58～320m，圍巖為K1hk砂巖、含礫砂巖，夾砂礫巖、粉砂質泥巖等，以泥質膠結為主，其中砂巖天然狀態單軸抗壓強度1.2～4.2MPa，屬軟巖，巖體呈中厚層狀結構，產狀較平緩，巖體結構面以層面為主，節理裂隙不甚發育，巖體較為完整。圍巖中地下水活動，局部呈線狀流水，屬不穩定的Ⅳ類圍巖。在開挖掘進過程中采用鉆爆法施工，3#隧洞出口單面掘進長度長達2315.46m，且有彎道，嚴重影響隧洞內的排煙及通風條件，空氣質量較差，因此在施工過程中根本無法滿足排煙、通風條件，安全上存在較大隱患。由于隧洞內的爆破、機械出渣、鋼拱架安裝、噴砼等工序的施工，致使無法正常施工。為了確保施工安全及工程順利實施，在五干渠3#隧洞樁號13+829.55處（距離出口1414.45m）增加1條通風豎井（坐標：X=3931525.909，Y=497631.386；深度約H=65m；孔徑D=0.3m），以確保施工期人員安全，工程順利實施。具體實施方案如下：

一、地理位置

五干渠3#隧洞洞頂通風豎井施工，鉆孔樁位于會寧縣澇池灣下大山溝底附近，坐標：X=3931525.909，Y=497631.386。

二、鉆孔施工工藝及成孔設計

該通風孔設計孔徑300mm以上，設計孔深65m，成孔后需用螺旋管固井，套管露出地面30cm。根據該通風孔的設計孔徑和孔深，本次施工采用以下施工工藝：

施工準備(進場道路維修、場地平整、測量放線精確到位、人員主要設備進場就位等）→采用?98mmPDC取芯鉆頭開鉆→采用?153mmPDC擴孔→采用?219mmPDC擴孔→采用?295mmPDC擴孔→采用?347mmPDC擴孔→采用?393mmPDC擴孔→?325mm壁厚8mm的套管護壁→水泥漿填充→管口位置現澆平臺→施工完畢。

先使用?98mmPDC取芯鉆頭開鉆，循環液選用普通泥漿，鉆至10m、30m、40m、50m、65m部位各進行一次孔內測斜；若斜度≤0.1°，方位角在NE17°±0.1°，繼續鉆進；若斜度＞0.1°，方位角超出NE17°±0.1°，需使用水泥漿封孔后重新開孔或糾斜器糾正。

首開成功后，使用泥漿循環鉆孔半小時，再使用?153mmPDC擴孔鉆頭進行第一次擴孔，一徑到底；

一擴到底后，換用?219mmPDC擴孔鉆頭進行第二次擴孔，一徑到底；

二擴到底后，換用?295mmPDC擴孔鉆頭進行第三次擴孔，一徑到底；

三擴到底后，換用?347mmPDC擴孔鉆頭進行第四次擴孔，一徑到底；

四擴到底后，換用?393mmPDC擴孔鉆頭進行第五次擴孔，一徑到底；

五擴到底后，使用泥漿沖洗鉆孔半小時；

現場將總長65m外徑?325mm壁厚8mm的套管擺放整齊，做好下管準備工作，備用電焊機，角磨機等；

套管下入到位后，套管孔口橫向焊接四根長度50mm鋼筋；

現場配制水灰比為0.5的水泥漿，然后下鉆并使用泥漿泵從套管內部泵入，待孔口返上水泥漿后停泵、提鉆；

靜止24小時候待水泥漿凝固后，使用?295鉆頭再鉆入套管底部的混凝土，并用水泵抽出套管內部的泥漿。

管口位置現澆平臺，防止雨雪進入豎井內。

成孔后的通風孔結構圖如下。

圖一 通風孔結構圖

三、施工機械選擇

根據場地的地形、鉆孔的設計外徑和孔深以及套管重量等因素考慮，施工設備的選擇主要有以下幾種：

采用XY-44型立軸回轉液壓鉆機。性能：鉆進深度800-1000m，最大開孔直徑300mm，單繩提升能力：4500kg；

采用XY-280型液壓給進立軸回轉式鉆機。性能：鉆進深度?350mm 50m，單繩提升能力 2000kg。

四、生態環境保護文明施工方案

設備入場后，組織所有員工學習環保知識、相關法律、法規、技術要求、管理辦法等，并作好學習筆記；

對施工場地進行圍欄，確保對植被的占用最小化；

泥漿材料選用對環境無污染、易自然降解的材料；

完工后的剩余泥漿由第三方污水處理機構運走；

在機械設備下方鋪設防滲布，防治燃油泄漏對環境的影響；

生活垃圾和生產垃圾分類放置，待完工后統一運至附近垃圾場處理；

退場時，將泥漿池和泥漿槽回填。

五、總結

在甘肅省引洮供水二期主體工程施工第38-1標段特小斷面隧洞單頭掘進較長，通過增加通風豎井開挖的經驗，改善了隧洞的通風條件，確保施工安全。保證了施工順利的安全進行。