特长公路隧道通风竖井施工方法分析

2009年第3期　　　　　　　　　

　　广东公路交通　　　　　　　　　　总第108期GuangDongGongLuJiaoTong

文章编号:1671-7619(2009)03-0065-04

特长公路隧道通风竖井施工方法分析

杨　雷

(广东华路交通科技有限公司,广州摘要:目前随着山岭重丘区高速公路建设的日益增多。高速公路特长隧道的设计逐步增多,工艺进行分析。

关键词:　;5:B

0　概述

广梧高速公路河口至双凤段石牙山隧道为特长

隧道,设计为分离式,双洞四车道。石牙山隧道设有通风竖井,竖井位于RK56+485偏左25m处,距出口端洞口岸1465.61m,井深136m,直径7.5m,底部通过联络风道与隧道主洞相接,竖井围岩地质主要为Ⅱ、Ⅲ类围岩,围岩坚硬,地质情况较好。竖井结构:井壁Ⅱ类围岩范围内为30cm厚模筑混凝土+8cm厚锚喷支护;Ⅲ类围岩范围为35cm厚模筑混凝土+15cm厚锚喷支护+直径22mm锚杆。

孔钻头由下至上扩孔,形成一直径1.0～2.0m的导井;导井形成后,由上往下用钻爆法扩孔开挖到

设计轮廓,开挖爆破后从导井溜碴落至井底部,通过联络风道至主洞无轨出碴,初期支护相应跟进;由下往上爬模施工衬砌混凝土。

2　反井钻机、凿井、提升设备等选型

针对本隧道通风竖井特点,所需钻机性能适用性问题,其中关键在于钻机扩孔的所需拉力、转速、扭矩等参数是否适合本工程地质要求。ZYF1.4/300型钻机性能可满足本工程岩质要求。根

1　总体施工方法选择

综合考虑弃碴,工程地质条件,施工质量、施

工进度,施工安全,施工成本,技术的创新积累等问题并结合工程特点和设计情况,采用中心扩孔法,即采用反井钻机先施工一定直径的导井,再凿岩爆破成井(图1)。

总体施工方法:用反井钻机先钻一直径20cm左右的小导孔至设计井底标高;反井钻机换上扩

据施工配置和功能分工,共需设置8台施工绞车。(1)凿井绞车6台:其中2台悬吊吊盘绞车、1台提升绞车的双滚筒稳绳绞车(为提升绞车的吊栏形成一个运输轨道,使其在上下运行过程中不会摇摆跑偏[对吊盘也起悬吊支撑作用])、1台风、水、电管线的悬挂绞车、2台开关竖井井盖的小型绞车;(2)提升绞车1台(运输人员、设备、材料)。绞车设置如图2

。

图1　

隧道竖井钻孔示意图

图2　绞车设置简图

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3　施工方案、工艺及技术措施

3.1　监控方案

扩孔过程中根据岩层的软硬变化情况和钻深调整扩孔压力,注意记录不同岩体硬度和扩孔拉力,不断总结,正确选择扩孔拉力,降低钻进成本。钻通后拆机,导井形成。

扩孔施工注意事项:要先开水、后开钻,先停钻、后停水;,确保换钻杆、孔洞或软,及时换向推进,解除卡、间断推进的方式,钻进冲击平稳后,再恢复常压扩孔;扩孔过程中出现进尺异常,钻机跳动时,可能存在刀具损坏,应及时换刀具;导井快钻通时,采用小轴压、间断推进,否则,突然贯通,产生很大冲击,可能造成卡钻、主机移位、损坏机件等。3.3　二次扩孔及初期支护

由于场地局限,绞车单侧布置对井架受力处于非理想状态,因此,拟对井架和井架基础、锁口圈砼以及锁口圈周边15m范围设置沉降、变形观测点,定期观测。

每个井架基础面预埋钢钉,在井架天轮平台面四角布置观测点,在锁口圈砼面按对角对称预埋4个钢钉、锁口圈外周边15m埋砼桩,桩顶面设钢筋头,,则加大检查频率。3.2　导井施工3.2.1　导向孔施工

用直径241mm钻头,采用湿钻法下钻成孔至设计竖井底,形成一直径约250mm的导孔。开孔时采用短钻杆、低钻压、低钻速和间断推进的方式,并用扶正器扶住钻杆。短钻杆钻入后,接1节导向作用的稳定钻杆,待稳定钻杆完全进入

反井钻机扩孔形成直径约1.4m的导井后,即可从竖井顶部向下进行钻爆二次扩孔开挖和初期支护。开挖和初期支护的人员、设备、材料等均从井口进出。3.3.1　扩孔钻爆

(1)土质地段采用挖掘机和人工手持风镐开

孔内后,逐渐调整钻压和转速,进行正常钻进。距离第一节稳定钻杆5m后接入第二节稳定钻杆,以后每钻进15～20m装一节稳定器。钻深达到50m后,启动液压减压钻进系统。遇到节理发育和破碎或软弱围岩时,钻机产生振动、卡钻或塌孔情况,需减缓钻压、转速,并间断钻进。在钻透下水平透点3m左右时,逐渐降低钻压。钻进过程中注意检查倾斜度,钻孔角度偏差不得大于1°,必要时采用测斜仪随时测斜。钻渣及时排出,注意渣样变化和钻机扭矩不能过大。

3.2.2　扩孔施工

挖,每循环进尺0.8m。土质软弱地层开挖采用挖马口的形式,每个马口开挖弧长3.0m。

(2)石质地段Ⅳ级围岩采用预裂爆破,Ⅱ、Ⅲ

级围岩采用光面爆破技术,每循环进尺视围岩情况,拟1.5～2.5m。人工手持风枪(YT28型)钻孔,孔径约40mm,其崩落眼采用直眼钻孔,爆破器材采用2岩石乳化炸药,反向不耦合连续装药,采用电雷管、导爆管联合起爆法,即孔内用导爆管毫秒雷管,镞联线后再用电雷管接井外起爆器起爆的方法。孔内雷管隔段使用。起爆顺序由孔内雷管延时控制。

每循环开挖前,检查上次爆破效果,测量放线,用仪器准确描出开挖轮廓线、周边眼、辅助眼位置及间距,钻炮孔注意下钻的眼孔位置偏差,同类炮眼钻进深度必须达到预定设计要求,且眼底保持在同一平面上。

开挖前先进行爆破试验,需注意炮眼布置和药量,关键在于控制爆破岩石粒径,尽量避免碴块太大而堵塞导井,施工中调整爆破参数,提高

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根据工艺要求,扩孔施工在主洞开挖超过竖井位置和联络风道开挖贯通后进行。导向孔钻通后,用液压卸杆器拆下钻头,上下人员配合,换上直径1400mm扩孔滚刀,调整回转变速装置(动力水龙头)至用于扩孔的低速档。反向扩孔

时,必须采用小轴压、低转速、间断推进,每次瞬时推进时等刀头的冲击明显平稳后再进行下一次瞬时推进,反复进行,直至岩面全部刮平,钻头均匀接触岩面后,进行正常拉力扩孔。・66・

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爆破效率。

开挖爆破后如果自然通风效果比较差或出现堵井而无法自然通风时,采用井底设置的通风系统辅助通风。3.3.2　出碴运输

爆破后利用HZ-6型抓岩机向已成的导井清碴,溜碴至井底部。抓岩机无法清理的部分,人工进入开挖面进行清理,废碴在竖井底部采用LWC160侧卸装载机和FY20络风道,碴场。

3.3.3　初期支护

注:1—井架;2—模板;3—千斤顶;4—架劲梁;5—中

平台;6—下平台;7—支腿;8—爬升液压千斤顶。

图4　竖井施工爬架立面示意图

竖井初期支护施工顺序:通风→清理岩面→处理欠挖→初喷砼(只对锁口圈段、Ⅳ、Ⅴ级围岩)→打设锚杆→安装钢架→挂钢筋网→喷射砼到设计厚度→围岩量测→反馈、调整支护参数。3.4　衬砌施工

砼振捣装置采用安装在模板上的附着式振动器形式,整个模板系统共布置20个HZ2-5型(1.1kW)和HZ2-5A型(1.5kW)。

为保证材料、砼进入工作面,上平台需预留一定的净空。中、下平台通过爬升千斤顶相连,支腿固定于平台端部,可进行水平自由伸缩。3.4.2　爬模施工

待整个竖井二次扩孔成井后,模筑衬砌从下向上采用自升式液压爬模工艺施工,保证井壁砼施工进度、质量。3.4.1　模板系统设计

整个爬模系统中,150cm高模板作为接口模板,每次爬升高度为3.0m,砼浇注高度为3.0m。爬模施工步骤主要为脱模、爬升、校模。滑升时,下平台不动,收入中平台支腿,启动液压系统,顶升中平台及以上爬架、模板等;到位后支好中平台支腿,收入下平台支腿,油缸回油把下平台提升1.5m,固定支腿,重复前面步骤完成全部爬升过程。爬架爬升前对所有连接螺栓、焊接进行检查,并进行试爬检验,合格后方可投入使用。每节段施工后,注意填补预留槽和砼养生。砼强度达到0.5MPa时可以拆除,达到2.5MPa后,方可进行模板爬升。3.4.3　砼施工

自升式液压模板系统主要由模板、支撑架、上平台、中平台、下平台、支腿、千斤顶撑杆以及液压系统、振捣装置组成。模板系统按送风道、排风道分两部分,中、下平台同时是整个模板系统的支撑平台。整个模架滑升采用行程1.5m的液压千斤顶完成,液压系统分模板伸缩和提升两部分,采用两套液压泵,分别控制相应部分。模板结构示意图如图3、图4。

衬砌模筑砼采用在主洞区设置的拌和站集中拌和。从施工成本,施工时间、施工安全及其他方面综合比选,采用从井口用吊桶送至工作面入模的方案。砼从井口吊送至工作面后,利用溜槽,人工辅助分料入模,利用附着式振捣器将砼

图3　

竖井施工爬架平面示意图

振捣密实。

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2009年第3期　　　　　　　　　　　　　广东公路交通　　　　　　　　　　　　总第108期3.5　通风、除尘与排水措施

通过导井排至井底,在井底设置集水坑,排风道一侧开挖临时排水沟,将水引至主洞排水沟内,再从主洞用水泵机械分级将水排出洞外。如果出现导井堵塞,由于喷射掉料、回弹料等,可能造成水无法向导井下渗排水情况,则采用水泵、吊桶向井口排。

在隧道主洞贯通前,竖井二次扩孔爆破后和喷射砼施工过程中,直接利用导井的自然通风效果可能比较差,特别是开挖过程卸碴至井底引起粉尘的处理,因此,拟采用压入式辅助通风。

在联络风道的排风道内安装一台FDⅡ型对旋式局部通风机,与主洞通风系统进行联合通风。在送风道马头门交叉口安装挡风门,开挖、支护过程,连接临时段风管,关闭挡风门,井进行通风,将烟尘排除井口以及出碴过程,,打开风门,,借助主洞通风排除,在卸碴完成后,进行喷水,降低粉尘浓度,减少空气污染。

隧道主洞贯通后,利用导井的自然通风完全可以满足基本通风、排烟尘的要求,但考虑扩孔开挖过程可能发生导井堵塞等情况,则在井口面设置一台FBD-2型压入式对旋轴流局部通风机进行通风、除尘。

除此之外,防、除尘措施还有:扩孔施工中采取湿式凿岩、洒水、定期测试粉尘和有害气体的浓度等,以保证井内、井底以及隧道洞内施工环境的空气质量。

施工过程中,岩层裂隙水和施工用水将直接

4,即采用反井

、再凿岩爆破成井的,从施工速度、质量、安全、成本和工艺控制方面可适应特长隧道的竖井施工。

(2)隧道竖井施工工艺重点在于导井施工、

二次扩孔和衬砌施工等方面,施工方法及工艺要求符合隧道竖井施工特点,并继续完善。

参考文献:

[1]公路施工技术规范JTJ042-94[S].北京:人民

交通出版社,1995.

[2]关宝树.隧道施工技术要点集[M].北京:人民

交通出版社,2003.

[3]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,1987.

[4]徐海宁.超大直径深竖井施工技术优化研究[D].上海:同济大学,2008.

(收稿日期:2009-04-11)

AnalysisonConstructionMethodsofVentilationShaftforLongHighwayTunnels

YANGLei

(GuangdongHualuCommunicationsTechnologyCo.,Ltd,Guangzhou510420,China)

Abstract:Atpresent,followingincreasinggrowthofexpresswayprojectsatmountainousandhillyterrainareas,re2quirementonexpresswayalignmentstandardhasbeencontinuouslyraised,meanwhile,moreandmoreattentionshavebeenputonenvironmentalprotectionworks.Asinfluencedbytherelevantfactors,designofsuperlongtunnelshasbe2comemoreandmore,withshaftventilationcommonlyadopted.TheconstructiontechnologyofShiyashanTunnelofGuang-WuExpresswayhasbeenintroduced,inordertoproviderelevantreferenceforshaftventilationofsuperlongtunnels.

Keywords:longhighwaytunnel;shaftventilation;constructionmethods

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