五老山長(zhǎng)大隧道通風(fēng)豎井施工技術(shù)研究

丁國(guó)斌

（云南玉臨高速公路建設(shè)有限責(zé)任公司，昆明 650100）

1 引言

隨著我國(guó)高速公路修建事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)大隧道的設(shè)計(jì)與施工方法的研究已日趨完善。其中，對(duì)于長(zhǎng)大隧道，尋常的隧道通風(fēng)系統(tǒng)往往無法滿足通風(fēng)排污的需求，對(duì)隧道行車的安全性、舒適性、運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量以及隧道的運(yùn)營(yíng)成本有直接影響[1]。豎井目前已成為隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分[2]。本文結(jié)合玉臨高速公路五老山隧道通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)與反井鉆機(jī)施工實(shí)例，對(duì)通風(fēng)豎井中反井鉆機(jī)法施工中遇見的問題進(jìn)行研究，對(duì)取得的施工效益進(jìn)行分析，為類似工程提供參考。

2 工程概況

五老山隧道全長(zhǎng)6640 m。左右幅中間2.4 km處設(shè)置1座豎井，設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓直徑5.8 m，設(shè)計(jì)深度292.5 m。左、右幅隧道消防排煙均使用豎井排煙。隧道通風(fēng)布置如圖1所示。

圖1 隧道通風(fēng)布置圖

3 五老山隧道通風(fēng)豎井施工方案

3.1 方案確定

豎井的垂直運(yùn)輸問題利用井架式提升機(jī)解決，施工方式采取“反井鉆機(jī)正向擴(kuò)挖法”進(jìn)行施工，初期鉆孔緊跟挖掘面進(jìn)行導(dǎo)孔施工，待挖掘及鉆孔工作完畢后，再在井底自下而上進(jìn)行反向擴(kuò)挖施工。施工完畢后便進(jìn)行滑模襯施工，襯砌鋼筋施工借助滑模襯砌臺(tái)車平臺(tái)在襯砌混凝土上方施工。

針對(duì)具體問題，考慮五老山隧道通風(fēng)豎井的特殊地質(zhì)及工期要求，開挖采用反井施工方案，導(dǎo)井直徑定為1.6 m，采用LM-400反井鉆機(jī)施工，再二次擴(kuò)挖支護(hù)至井底，初期支護(hù)緊跟開挖面，完成后自下而上采用滑模進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌施工。具體施工工序如圖2所示。

圖2 豎井施工工序

3.2 豎井鎖口施工

豎井鎖口段是防止豎井在施工過程中防止井口坍塌、落石，保證施工安全的重要結(jié)構(gòu)[3]。

根據(jù)豎井的地質(zhì)條件、豎井深度和環(huán)境等多種因素綜合考量后，本豎井鎖口段將采取明挖法施工，從上到下進(jìn)行全斷面開挖，邊挖邊臨時(shí)保護(hù)；土質(zhì)巖層應(yīng)用機(jī)械施工，石質(zhì)巖層應(yīng)用鉆爆法施工，鎖口段回填時(shí)，應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱分層進(jìn)行。首先放坡采用明挖方式完成井口鎖口段0～6 m深開挖，采用定型模板完成鎖口段C30鋼筋襯砌混凝土及外圈C15片石混凝土回填施工后，安裝井架式提升機(jī)。

開挖施工時(shí)在井口處設(shè)有封口盤（見圖3），用作井口安全保護(hù)和井架穩(wěn)固的基礎(chǔ)來防墜物。

圖3 豎井井口封口盤

井底作業(yè)表面則設(shè)有安全吊盤（見圖4），作為另一種安全防范，以保障下方的工作人員生命安全。

圖4 豎井井底安全吊盤

3.3 反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工

反井鉆機(jī)的引導(dǎo)孔鉆進(jìn)作業(yè)從上往下鉆進(jìn)孔徑為240 mm的引導(dǎo)孔，而引導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程，也就是對(duì)地層的探索過程。反井鉆機(jī)雖然不是取芯鉆進(jìn)，但通過對(duì)鉆孔流程和排出巖屑進(jìn)行觀察分析，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)地質(zhì)狀況有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，還可為高加工精度鉆進(jìn)、孔室維護(hù)管理和模筑襯砌等方法的制定提供重要參考依據(jù)[4]。豎井反井鉆機(jī)主要組成如圖5所示。

圖5 豎井反井鉆機(jī)主要組成

需要注意的是，鑒于排風(fēng)排煙豎井設(shè)計(jì)直徑大、深度大，其導(dǎo)孔偏斜率的控制成為反井鉆施工工藝的核心問題，若實(shí)際施工的偏差值過大，將直接影響后續(xù)導(dǎo)井的反拉施工[5]。在進(jìn)行導(dǎo)孔施工過程中，施工技術(shù)控制非常關(guān)鍵，除了技術(shù)掌握情況及人為因素外，主要從以下4個(gè)方面進(jìn)行控制。

1）鉆機(jī)定位控制：在進(jìn)行鉆機(jī)安裝過程中，鉆機(jī)定位采用全站儀坐標(biāo)放樣，同時(shí)使用框式水準(zhǔn)儀、吊錘相互校核的辦法，確保鉆機(jī)定位準(zhǔn)確。

2）鉆桿質(zhì)量控制：鉆桿強(qiáng)度滿足要求，保證鉆進(jìn)中無鉆桿變形和斷裂情況。

3）鉆進(jìn)速度管理：在實(shí)施鉆孔時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆頭各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，并選擇合適的推進(jìn)壓力和回轉(zhuǎn)壓力，以保證整個(gè)鉆進(jìn)過程鉆桿平穩(wěn)完成。

若在施工過程中出現(xiàn)超過1.5%（即1.5 m）的偏差，需進(jìn)行回填，回填深度至少高出出現(xiàn)偏斜位置1.0 m以上。

3.4 豎井導(dǎo)井施工

導(dǎo)孔鉆通后，在反井底部用卸桿扳手卸去牙輪鉆頭和短接桿。將擴(kuò)孔刀盤運(yùn)至豎直安放段下端，將刀盤和鉆桿用吊具連接起來。豎直安放段下端工作面要平整，確保刀盤滾刀受力狀況良好，以減少擴(kuò)孔刀盤的沖擊。

擴(kuò)孔開始時(shí)，由于機(jī)械結(jié)合接觸面不平，應(yīng)緩慢持續(xù)地前進(jìn)，合理調(diào)節(jié)牽引力與轉(zhuǎn)速，待刀盤的全部的滾刀碰到巖層后，方可按常規(guī)加壓擴(kuò)孔。擴(kuò)孔過程中，要注意觀察落下的巖屑，了解巖層變化情況。

反鉆時(shí)確保有冷卻水由導(dǎo)孔口供給，供水不足時(shí)馬上停止鉆進(jìn)。

當(dāng)擴(kuò)孔剩余5 m時(shí)，停止反鉆，剩余的5 m改為正向鉆爆開挖。

3.5 豎井爆破擴(kuò)挖施工

豎井工程采取先導(dǎo)井，然后擴(kuò)挖的方式進(jìn)行施工，擴(kuò)挖時(shí)采取手風(fēng)鉆全斷面光面爆破施工，隨著擴(kuò)挖的進(jìn)尺，豎井支護(hù)隨開挖進(jìn)尺及時(shí)跟進(jìn)，待支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一個(gè)開挖循環(huán)[6]。井身開挖施工程序如圖6所示。

圖6 井身開挖施工程序

1）鉆進(jìn)作業(yè)：通過測(cè)定放樣的位置，使用手風(fēng)鉆完成濕法鉆孔的作業(yè)。鉆井孔位應(yīng)依據(jù)勘測(cè)時(shí)定出的中線、導(dǎo)井和開挖輪廓線決定。

2）爆破作業(yè)：因?qū)Э撞⒉皇窃谪Q井中心，而是在豎井內(nèi)位置不斷變化，每開挖循環(huán)的爆破設(shè)計(jì)都有所不同，需要在開挖中隨時(shí)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)，爆破設(shè)計(jì)在開挖施工中再進(jìn)行完善。使用微差毫秒導(dǎo)爆雷管進(jìn)行光面爆破，在周邊孔用竹竿綁扎以協(xié)助進(jìn)行間隔裝載炸藥，使用導(dǎo)爆索進(jìn)行引爆，力求達(dá)到理想的光面效果。

豎井導(dǎo)井如果爆炸后巖碴量大，就會(huì)發(fā)生堵井的現(xiàn)象。若井口被封閉得比較嚴(yán)密或是被大顆粒的巖碴堵塞時(shí)，可采取爆破的方法加以解決，在清除導(dǎo)井口小塊巖碴后，將炸藥包放置于導(dǎo)井口巖碴表層，在炸藥包上覆蓋黃土層，以保持密閉而不泄漏，將導(dǎo)火索延伸于井口地面上，在地面引燃導(dǎo)火索，爆破后疏通堵井。在必要時(shí)鉆孔將封堵巖碴解小處理。但爆破的藥量不能過大，保證能起到松動(dòng)的效果而又不會(huì)形成飛石。

3.6 豎井滑模襯砌施工

豎井混凝土澆筑施工使用的液壓調(diào)平內(nèi)爬式滑升模塊澆筑，滑模使用的是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

使用井架式提升機(jī)的提升設(shè)備，可以完成材料和組裝部件的上、下運(yùn)輸，服務(wù)滑模施工。豎井采用內(nèi)爬式液壓調(diào)平滑升模塊進(jìn)行施工，滑模則使用整體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。滑模一般分為模塊、圍圈、提升架、操縱盤、輔助盤5部分。

豎井滑模靠液壓千斤頂從爬桿上的單向爬升來完成移動(dòng)，在實(shí)際工作時(shí)爬桿保持穩(wěn)定。當(dāng)滑模裝置組裝檢驗(yàn)合格，其他裝置工作完成后，即能夠完成滑升作業(yè)。

1）初次滑升

滑模的初次滑升要緩慢地進(jìn)行，需要在對(duì)滑模設(shè)備和混凝土狀況進(jìn)行檢測(cè)后再施工，并在此過程中對(duì)液壓裝置、模具構(gòu)件及相關(guān)設(shè)備在負(fù)載情況下做全面檢測(cè)。

2）正常滑升

滑模在經(jīng)過初始滑升的檢查與調(diào)整后，即可正常滑升，而正常滑升應(yīng)遵守“勤滑少滑、勤滑勤校”的準(zhǔn)則。正常滑升的基本流程：綁扎鋼筋—埋件安裝—澆筑混凝土—提升模板。正常提升時(shí)應(yīng)控制速率為15～20 cm/h，每2次提升的時(shí)間間隔不應(yīng)超過1.5 h。但當(dāng)溫度較高時(shí)宜增加為1～2次中間提升，中間提升的高度為30～60 mm，以降低模板與混凝土之間的摩阻力。

在滑升過程中，若脫模混凝土表面有流淌、塌陷或表面呈波紋狀的現(xiàn)象，說明混凝土脫模強(qiáng)度降低，應(yīng)減緩滑升速度；若脫模混凝土表面不濕潤(rùn)，手按有硬感并伴隨著混凝土表層被拉裂的跡象，則說明脫模強(qiáng)度高，應(yīng)提高滑升速度。滑模施工中，常常遇到的幾個(gè)重大問題主要有：滑模操作盤傾斜、滑模盤平移、扭轉(zhuǎn)、模板變形等。其主要問題形成的根本原因在于螺旋千斤頂工作不同步，負(fù)荷不平衡，施工方向不對(duì)稱，矯偏過急等。若發(fā)生糾偏現(xiàn)象，則根據(jù)各種不同狀況，使用相應(yīng)的外力作用措施予以矯正。但所有糾偏工作不能操之過急，以防發(fā)生混凝土表面拉裂、死彎、滑模變形、爬桿彎曲等事故；當(dāng)爬桿彎曲時(shí)，采用加焊鋼筋或斜支撐等加以處理，如果扭曲加重則斷開，連接爬桿并重新與下部爬桿焊接，加焊“人”字形斜支撐。對(duì)于模板變形的處理，對(duì)部分變形較小的模板采用撐桿加壓復(fù)原，當(dāng)變形嚴(yán)重時(shí)，將模具拆卸并加以修復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合玉臨高速公路五老山隧道通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)與反井鉆機(jī)施工實(shí)例，對(duì)通風(fēng)豎井中反井鉆機(jī)法施工中反井鉆機(jī)偏斜問題、爆破巖碴堵井問題、滑模襯砌模提變形偏移問題進(jìn)行研究，具體結(jié)論如下：

1）導(dǎo)向孔鉆進(jìn)是反井鉆井施工中的最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，其偏斜率直接關(guān)系到鉆孔質(zhì)量，甚至反井施工的成敗。

2）導(dǎo)向孔鉆進(jìn)成功通常意味著反井鉆進(jìn)成功了80%，五老山隧道通風(fēng)豎井導(dǎo)孔鉆進(jìn)用時(shí)26 d，導(dǎo)孔偏斜度通過鉆機(jī)定位控制、鉆桿質(zhì)量控制、鉆進(jìn)速度控制始終處于可控制范圍內(nèi)。

此案例的成功說明反井鉆機(jī)可運(yùn)用于長(zhǎng)大隧道的通風(fēng)豎井施工中，并極大地提高了效率，節(jié)約了成本。