興業快線（北段）1#豎井地下風機房開挖施工技術

付浪喜

（上海隧道工程有限公司廣東分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 總體概況

1#豎井地下風機房位于興業快線（北段）西線隧道W1K2+674西側105m處（中心線距離），距左線隧道進口2191.708m，內徑11.0m，其中兩個排風道凈空面積為22.55m2，周長為18.415m；送風道凈空面積為43.97m2，周長為27.007m，排、送風道采用30cm厚的鋼筋混凝土中隔板隔離設置，井深86.0m。對1#豎井，豎井井身段開挖采用反井法并結合鉆爆法施工，井身段和地下聯絡風道采用復合式襯砌結構；聯絡風道采用新奧法組織施工。

豎井所穿越的地層類型如下：1）粉質黏土。主要成分含約10%～20%的石英質礫砂，干強度及韌性較高，呈飽和和硬塑狀態；2）全風化花崗巖屬極軟巖。絕大部分礦物已風化成土狀，巖體完整程度為極破碎；3）強風化花崗巖屬極軟巖。大部分礦物已顯著風化，節理裂隙極發育，巖體完整程度為極破碎；4）中風化花崗巖屬較堅硬巖。節理裂隙較發育，裂隙面多被鐵質浸染呈褐黃色，巖體完整程度為較破碎。豎井主要包括Ⅲ、Ⅴ級圍巖，分別占全身段的79%和15%。

1.2 地下風機房參數

興業快線（北段）1#豎井地下風機房處于Ⅲ級圍巖，地下水弱發育，豎井通過聯絡風道與地下風機房連接，風道須跨越主線左線隧道與右線隧道相連，跨越處的風道二襯與主線隧道二襯基本緊貼。1#豎井地下風機房共有11條通道與其相連，通道斷面不一致，均呈小凈距，示意圖如圖1所示；風機房剖面參數為高度13.6m、寬度10m和長度77m，其頂部高出風道頂部約6.4m，示意圖如圖2所示。

圖1 地下風機房平面圖

圖2 地下風機房內輪廓圖（單位：mm）

2 施工重難點

通過分析1#豎井地下風機房及聯絡通道的結構，總結了地下風機房開挖的難點，主要包括以下4點：1）通過風道開挖導洞至地下風機房的上斷面，屬有限空間作業，空間狹小，對通風和照明的要求較高；2）導洞施工坡度大，最大坡度為20.7%，對臺車安放穩定性的要求較高，初期支護難度大；3）交叉口很多。有8條風道、1條設備通道、1條疏散通道和1條檢修通道與地下風機房聯通，硐室縱橫交錯，共有11個交叉口。各個交叉口間距極小且屬于圍巖受力薄弱點，采用新奧法開挖難度大，初期支護強度要求高；4）開挖斷面大。地下風機房內輪廓高度13.6m、寬度10m，大斷面導致施工支護和襯砌難度大[1]。

3 施工機具選擇

根據現場實際情況，采用的主要施工機具見表1。

表1 地下風機房開挖施工主要施工機具一覽表

4 施工技術

地下風機房采用導洞開挖方式，通過導洞施工先行貫通，再逐漸落底開挖施工。1#豎井地下風機房開挖主要分為3個部分：1）坡度為20.7%的導洞開挖施工；2）導洞以下地下風機房斷面開挖施工；3）地下風機房上挑段開挖施工。

4.1 導洞開挖施工

對借助開挖風道1形成的斷面空間來說，為了充分利用開挖設備和設施，節約施工成本，經過綜合考慮后決定導洞的開挖斷面與風道1斷面的尺寸一致，導洞尺寸數據如圖3所示；導洞開挖始于風道1，按照20.7%的坡度爬升至風機房上斷面后再平導開挖，導洞開挖的縱斷面圖如圖4所示。

圖3 導洞1-1橫斷面圖（單位：mm）

圖4 導洞開挖縱斷面圖（單位：mm）

在導洞開挖施工中，雖然其作為臨時通道，但是為了保證開挖過程中圍巖穩定、受力狀態良好，斜坡段導洞拱頂的初期支護參照主洞隧道Ⅲ級圍巖復合型襯砌類型施做，即采用錨網噴聯合支護：80mm厚C25噴射混凝土及鋼筋網，鋼筋網片尺寸為?8mm@250mm×250mm（環向×縱向），系統錨桿為藥卷錨桿?22mm@1200mm×1200mm（環向×縱向），梅花型布置，長度L為2000mm。

為了初期支護的永臨結合，設置平導段導洞的初期支護參數和地下風機房一致，即為240mm厚C25噴射混凝土及鋼筋網，鋼筋網片尺寸為?8mm@250mm×250mm（環向×縱向）；系統錨桿為中空注漿錨桿?25mm@800mm×1000mm（環向×縱向），梅花型布置，長度L為3500mm；襯砌鋼架為工18型鋼拱架，間距1m；為了確保風機房下半斷面開挖后平導段導洞的拱架形成整體受力，拱架底部應設置縱向托梁（圖5）和鎖腳錨桿（圖6）。

圖5 縱向托梁設置示意圖（單位：mm）

圖6 鎖腳錨桿錨固示意圖（單位：mm）

4.2 地下風機房下半斷面開挖施工

1號風道施工的導洞完成后，導洞以下地下風機房部分采取從風道1向設備通道方向開挖一次落底成型的開挖方式，為了保證工序的銜接性和施工的緊湊性，加快爆破后的排險和出渣速度并及時施做初期支護，經過現場實際調配確定采用1臺挖掘機、1臺裝載機和3輛自卸汽車相互配合，自卸汽車通過風道1后退裝渣、前進出渣。地下風機房下半斷面落底施工示意圖如圖7所示。

圖7 地下風機房下半斷面落底施工示意圖（單位：mm）

須注意當風機房下半斷面開挖時，為了減少爆破對上部圍巖的擾動、影響支護受力穩定，須嚴格遵循“十八字”方針，特別注意短進尺和強支護的要求，但當開挖至平導洞時，須及時接長拱腳脫空的型鋼拱架，接長拱架底部應置于穩固且無虛渣的巖石面上，確保鋼架受力穩定和共同作用。

4.3 地下風機房上挑段開挖施工

地下風機房上挑段開挖施工在第二部施工完成后進行，開挖方向為從風道4到風道1。在本部開挖前，須完成兩項作業：1）開挖設備通道至地下風機房，這時設備通道將作為上挑段開挖的運輸通道；2）地下風機房底部自設備通道向風道1部分帶坡回填，作為上挑段開挖作業平臺及運輸通道。

通過計算開挖臺車高度、作業空間要求和回填渣理論量，可知初次填渣量不必一次到位，可以用后期挑頂開挖后的石渣逐漸向風道1方向進行填充，這樣既可以減少出渣量，又能加快施工速度。

利用1號風道的開挖臺車進行挑頂施工，為了保障臺車作業高度達到要求、臺車作業坡度和基面穩定安全，經過多次理論論證，最終確定初次回填區域的臺車作業坡度為19.8%，回填自設備通道左下角一直往3號風道中心線抬升，抬升高度約5.7m，最終止于2號風道左下角，地下風機房上挑段開挖施工的示意圖如圖8所示。

圖8 地下風機房上挑段開挖施工示意圖（單位：mm）

爆破開挖后，可以直接使用裝載機推渣平整回填作業平臺，完成初期支護即可進行下一循環施工，直至完成上挑段開挖和初支施工，這時，上挑段的初期支護采用同地下風機房一致的支護參數進行施工，當鋼架不能一次落底或拱腳置于虛渣之上時，須設置鎖腳錨桿和縱向托梁，當清除回填渣時再及時接長拱架、噴射混凝土等，完成初期支護的全部工序和地下風機房的開挖施工。

4.4 地下風機房施工要點

鋼架間設縱向連接鋼筋?22@100cm ，焊接在工字鋼翼緣內側，交錯布置。鋼架各個單元端部焊接連接鋼板，單元間以螺栓連接。拱架與開挖輪廓之間所有間隙必須用C25早強噴射混凝土充填密實，應在開挖面初噴4cm砼后架設拱架，噴射混凝土應由兩側拱腳向上對稱噴射，續噴至設計厚度，其保護層厚度在圍巖側不小于40mm，臨空側不小于20mm，混凝土噴射順序為先噴拱架與輪廓之間，再噴拱架周圍，然后再噴拱架之間；鎖腳錨桿用彎鉤焊接在工字鋼臨空面側翼緣上，采用雙面焊接。施工過程中鎖腳錨桿的設置角度和方向應結合巖層傾角、走向和節理發育方向等確定。

二次襯砌施工采用專用鋼模施工，為了保證鋼模受力后的整體穩定性，每板二襯長度按5m施工。二襯面兩邊側墻于底部往上7.9m處設置牛腿，牛腿采用木模施工，當邊墻鋼筋綁扎到對應位置時，預埋牛腿的連接鋼筋。

4.5 監控量測

為了保障地下風機房施工安全，控制施工質量，在施工過程中必須做好監控量測工作，其主要的監測項目為拱頂沉降、凈空收斂和圍巖面觀察等，監測點采取加密布置，監測頻率為一天四測，通過監控量測數據感知開挖后的圍巖穩定性，掌握圍巖變化狀態，提前做好相關處理措施，例如超前支護、加強初期支護強度、修正爆破參數和調整開挖進尺等，確保開挖面的圍巖穩定，為二次襯砌的施工時間提供準確有效的數據支撐[2]。

5 結語

該文通過施工技術研究快速完成了興業快線（北段）1#豎井地下風機房開挖施工，采用的工法簡單，無須投入大量的設備、資金和人員，降低了施工難度。針對地下風機房交叉硐室多、斷面大、結構復雜、封閉性強、造價極高、在發生事故后危害大和施救難度大等特點，該文提出的開挖施工技術安全可靠、技術可行、經濟合理，能夠快速、安全、保質保量地完成地下風機房開挖施工作業，可以為類似地質條件和結構形式下的地下風機房開挖施工提供參考。