中铁十四局集团第二工程有限公司 山东泰安 271000
摘要：石峡隧道通风竖井设计最大断面直径10.6米，深度208m，施工难度较大，竖井位置地质复杂；本文结合竖井工程实际特点，对竖井工程的不同施工方案进行了对比，并根据现场实际确定最优方案，并对该方案的施工工艺进行详细阐述，以指导工程施工，为同类工程施工提供借鉴。
关键词：竖井 反挖 工艺流程
1? 工程概况
兴延高速公路是北京市区与延庆县新建高速公路，是北京市延庆县举办2019年（A1级）世界园艺博览会重点配套工程，还是北京市和张家口市联合举办2022年冬奥会的重要保障工程。石峡隧道是北京兴延高速公路控制性工程，左线长5746.5m，右线长5830m。
石峡隧道竖井设于YK32+463.2处，地面设风机房，竖井位于隧道左右线之间，与主洞结构间净距为13.445m，风井上部通至地面风机房，下部分别通过送风道、排风道与主洞相连，形成完整排风系统。风井内轮廓采用圆形，上部直径为8.2m，下部直径为10.6m，连接处设渐变段。风井总深度208.6m，内设电缆通道，电缆通道和风井衬砌间设水平支撑。
通风竖井位于沟谷相对平缓、凸出的斜坡部位，地面标高775~780m；两侧为相对低洼的地形。坡表植被较发育。无地下水分布。表层为第四系洪冲积碎石土层，厚度约5~10m；其下伏基岩主要为侏罗系髫髻山组强风化、中风化、微风化玄武安山岩、安山岩。受区域地质构造及风化作用影响，强风化岩体中，节理、裂隙发育，岩体破碎~较破碎，呈碎裂状、镶嵌块状结构；中风化~微风化岩体中节理、裂隙较发育，岩体较完整~较破碎，呈块状结构、镶嵌块状结构。
2 竖井方案比选
方案一 立井普通法（正挖法）方案二 中心导孔法（反挖法）
优优点1、相对中心导孔法，施工较为安全，避免因中心导孔塌方造成的安全隐患。
2、相对中心导孔法，不用等隧道排风道施工到位，立井施工可以与排风道同时作业，从而缩短总工期。
出碴速度快，每循环比普通法节省时间24h
正常段掘进速度快，月进度达到100m
3、相对于普通法，人员配置、机械配置较为节省，可省去部分出碴人员和清底人员，可省去抓岩机、排水设备、通风设备（能形成自然通风）。
4、爆破效果较普通法好，由于中心导孔形成自由面，工作面没有积水，爆破更能达到效果。
缺缺点
1、出碴时间长，一台2.5m绞车可提升3m3吊桶，一个循环出碴32h。
2、施工进度较慢，正常段月进度50m
3、相对于中心导孔法，人员配置、机械配置较多。1、需要等排风道施工完毕后方可施工中心导孔，总工期较长。
2、中心导孔泥岩段、遇到有水冲刷，容易出现塌方，造成安全隐患。
3、人员安全、方面没有普通法高，人员容易从导孔滑下。
根据以上施工方案的比选，结合石峡隧道的总体施工工期和现场的实际施工，我部决定采用中心导孔法（反井开挖法）进行竖井施工
4 通风竖井施工流程
4.1 .施工准备
4.1.1现场准备
（1）测量放样
对竖井中心进行测量放线，放出高程及开挖线，引出边桩，并做永久固定。
（2）周边防护
竖井施工场地内设置警示标志，并对施工现场进行封闭，在入口处设值班室专人管理。井口周围采用1.2m的钢管进行防护，且四周并采用密目网封闭。
（3）排水措施
测量放线出截水沟的开挖线，开挖基坑时保证沟宽、沟底的几何尺寸，并按照规范要求进行砌筑。
4.1.2 施工辅助系统准备
（1）井 架
采用反井法施工，提升只满足人员及小型材料升降。采用自制轻型井架，用于人员、小型材料升降，井架高度7.5m。
（2）压风系统
井口设两台空压机，以一条φ114mm钢管为压风供风管，工作面设风包，风管自上而下延接至工作面，由一部JZ-10凿井绞车通过φ24.5mm钢丝绳悬吊。
（3）混凝土下料管
采用两台JZ-10t凿井绞车通过两根φ24.5mm钢丝绳，自井口悬吊提升一根φ219mm钢管延伸至浇筑井壁位置，φ219mm钢管 6m/根，通过法兰连接，下料管底部设置缓冲器装置，减小混凝土冲量。混凝土经φ219mm钢管输送至工作面进行衬砌井壁浇筑。
（4）绞 车
根据本工程人员升降、小型材料的提放要求，选用矿用JTP-1.2绞车。自制1.2×0.7×2.2m吊笼（限乘4人）。吊笼运行在井口至吊盘间，人员由吊盘至工作面经由梯子上下。
（5）封口盘
封口盘作为井口安全防护及井架固定基础。封口通铺厚度不小于10mm花纹钢板，钢板下设I32工字钢作为纵横梁，封口盘与绞车吊笼通过位置预留活页开口。
（6）安全吊盘
掘进及支护作业均在井筒工作面上进行，吊盘悬吊于工作面上方约4m；主要作用为稳绳生根、工作面保护和作为延接管路的平台。吊盘周围采用高度不低于1.2m的钢管进行防护，吊盘由两台10t凿井绞车悬吊。
（7）风、水管（喷射砼）下料
井筒供水管路与压风管路以一部5t凿井稳车通过“6×19+FC-φ24.5-167”钢丝绳同步悬吊。
（8）滑模衬砌砼下料管
两台凿井稳车通过井口地轮进行φ219*4mm钢管下料管悬吊。
4.2 .导孔施工
4.2.1钻进
（1）先采用直径19cm普通三牙轮钻头钻进2m后，卸下牙轮将主动钻杆与潜孔锤进行连接后送入孔内。
（2）启动空压机在潜孔锤离孔底0.3m处时开始送风，在有强风返至井口时转动钻具缓慢送至孔底，轻压慢转待潜孔锤工作正常时按照既定技术参数钻进。
（3）钻进过程中设专人观察并记录地质情况，现场留取样盒。
4.2.2钻进参数
钻具转速：根据钻头直径、钻头上硬质合金柱直径、潜孔锤冲击频率及返渣颗粒直径，本次施工应控制在25～40r/min.
4.2.3操作方法及注意事项
（1）必须严格保持钻具内孔清洁，以防将潜孔锤活塞卡住而不能工作，防止过快磨损内缸套和活塞。
（2）加钻杆时应先强吹孔底，探明井底沉渣不超过0.5m时再把钻具提离井底，主动钻杆出井口后方可停风、加钻杆。
（3）空气阀门应缓慢关闭，防止井内压力骤降，容易将细小岩粉回灌潜孔锤内。
（4）井深超过100m后，每进尺2～4m应将钻具轻提孔底强吹孔底进行清渣，以防井壁储存过多岩屑，造成埋钻事故。
（5）为防止一个钎头不能完成施工任务，需用两个同径钎头交替使用，防止钎头磨损后，新钎头下不到井底。
（6）钻进200m后要把钻具全部起出检查潜孔锤，如丝扣连接部位及钻头卡销等关键部位，以防潜孔锤零部件脱落井内。
4.3 扩孔施工
导孔贯通后，卸下导孔钻头，将1.4m扩孔钻头与钻杆进行丝扣连接，提起钻具，使1.4m扩孔钻头提升至适当高度，完成整个扩孔钻头的安装。结合现场实际情况，可以采用提拉设备辅助安装。
当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用低转速旋转，慢慢给进，保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下水平要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔钻进过程中，当岩石硬度较大时，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。当钻头扩孔至距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。继续缓慢进行扩孔，直至钻头露出地面。
4.4 竖井井身开挖施工
4.4.1开挖爆破
井身采用全断面光面爆破施工，采用“定孔、定人、定钻、分区、分片”的方式进行钻孔作业，尽量减少对井壁的扰动。
4.5井身支护（二次衬砌）施工
4.5.1滑模体系
完成竖井的掘进及初期支护后，井底组装滑模、调试，井口安装混凝土输送系统，混凝土从井口输送至工作面，进行井身衬砌作业，“自下而上”不间断井身砼滑模衬砌，至井口地坪位置，停盘，进行地面以上外侧模板骨架、支撑，模板与滑模同步上升，完成竖井的衬砌施工，
（1）滑模模板设计及安装
①模板荷载分析
石峡隧道通风竖井直径φ12000mm（净径），通过论证及结构受力验算，选择了桁架梁环向布置的操作盘；中隔墙桁架梁结构，中隔墙采用夹板固定，夹板采用厚度不低于1cm的钢板加工，每块夹板长20cm，设置两个螺栓孔。
通过计算，支撑杆数量（千斤顶的数量）12根满足要求，结合石峡隧道竖井中隔墙结构特性，取千斤顶16台，支撑杆16根，可满足要求。
②滑模操作盘
操作盘是滑模的主要受力构件，也是施工中的操作平台，在滑模操作盘设计中，在保证其强度、刚度和稳定性前提下，尽可能减轻其重量。因此设计采取用轻型桁架梁，辐射布置。为了保证桁架梁的稳定性，设上下2层围圈，围圈采用[14槽钢制作组成。滑模模板采用§4mm的钢板加工成型，模板高度为1.25m，钢板内侧与围圈间采用∠50*5角钢螺栓联接。盘面采用§3mm花纹板铺设密实。
③辅助盘
辅助盘位于操作盘下2.0m。主要是抹面、检查混凝土壁质量，处理局部缺陷、衬砌养护、衬砌混凝土检测等工作。为减少其重量，采用1.0m宽悬挂式φ25钢筋圆环，铺设木踩板，其内外侧挂安全网，用直径18mm圆钢悬吊于辐射桁架下部。
④提升架、液压系统、支撑杆
提升架采用[16*2槽钢制作成“F”型提升架。选用HM-100型液压千斤顶，共计16个，设计承载能力120KN，行程300mm，计算承载能力74KN。液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台。高压油管：主管选用φ16mm；支管选用φ8mm，利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连形成液压系统。支撑杆采用φ48×5mm无缝钢管。同时为增加滑模的安全系数，采用一台绞车对模板悬吊4根φ24.5mm钢丝绳，钢丝绳随模板的滑升提高，直到滑模施工完成。
⑤下料管安装
采用两台JZ-10t凿井绞车通过两根φ24.5mm钢丝绳，自井口悬吊提升一根φ219mm钢管延伸至浇筑井壁位置，φ219mm钢管 6m/根，通过法兰连接，下料管底部设置缓冲器装置（专业制作），同时在每根下料管中安装3根φ22的螺纹钢筋，减小混凝土的下落速度。混凝土经φ219mm钢管输送至衬砌井壁。
⑥爬杆安装
爬杆在同一水平面内接头不超过1/4，错开布置，正常滑升时，每根爬杆长6.0m，爬杆规格为φ48*4mm，表面平整无锈皮，当千斤顶滑升距爬杆顶端 小于350mm时，接长爬杆，接头一端采用角磨机打磨成陂口，对接下部，接头对齐，焊接牢固，焊接完后，再用角磨机磨平，保证千斤顶顺利通过爬杆，爬杆与环筋相连焊接加固。
4.5.2混凝土浇筑
（1）混凝土进场检验
每车混凝土到现场后必须进行坍落度检测，和易性良好。为有效的控制混凝土质量与强度，混凝土出盘坍落度控制在100~120mm，入模坍落度控制在50~80mm。
（2）下料
混凝土通过溜槽溜到井口上方集料斗，然后直接卸料经下料溜管下料，下料管设缓冲装置，克服砼在重力作用下的加速度及骨料分离；下料管底部接一节软管。
（3）分层浇筑
滑模施工时混凝土对称均匀下料。
滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度，分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。正常滑升时每次间隔按1小时，每次滑升高度30cm。滑模施工采用倒班制度，如无特殊情况，施工连续不间断。
模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理，待一切正常后再进行正常浇筑和滑升。
4.5.3模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时，尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。
滑升过程中有专人检查千斤顶的情况，观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常，检查滑模中心线及操作盘的水平度。
4.5.4养护
养护是混凝土施工的一个重要环节，通过稳车悬吊φ50mm*3.5mm水管接至辅助盘，安全阀控制并释压。洒水管用φ48mm*5mm无缝钢管，井下分两个支管，在井内沿混凝土表面布置一周，在钢管上钻孔，孔径为5mm，对混凝土表面进行洒水养护，保持混凝土表面始终处于湿润状态。
4.5.5滑模拆除
滑模滑升接近井口位置时，拆除井口平台，继续进行施工，当混凝土浇筑到设计高程，将模体滑空，利用吊车配合悬吊将模体整体拆除。
5、竖井施工总结
石峡隧道竖井反井施工，加快了竖井的日进尺进度，并且改善了隧道正洞内的通风条件，减少了设备投入，降低了施工成本；使用滑模操作盘施工，竖井衬砌混凝土施工连续，安全性高，外观施工质量好，实现安全、质量和进度目标的完成。
作者简介：洒恩强（1980—），男，工程师，主要从事什公路、铁路工程项目施工技术和管理工作
论文作者:洒恩强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/3
标签：竖井论文; 混凝土论文; 井口论文; 钻头论文; 绞车论文; 工作面论文; 隧道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第1期论文;