公路隧道通风竖井全断面爆破开挖施工方法介绍_姜芝坤
公路交通技术2011年10月第5期TechnologyofHighwayandTransportOct.2011No.5
公路隧道通风竖井全断面爆破开挖施工方法介绍
12
姜芝坤,洪祥水
(1.浙江省金丽温高速公路有限公司,杭州310005;2.浙江省交通工程建设集团,杭州310053)
摘
要:公路交通网络逐渐向山区拓展,特长公路隧道不断增多,对隧道通风竖井的修建提出了更高要求。竖井往
施工难度较大,因此,如何制定行之有效的竖井开挖方法,是目前急需解决的一往位于地理条件恶劣的高山竣岭中,
个课题。以云景高速公路西周岭隧道竖井施工开挖为例,介绍全断面爆破开挖法。该方法具有安全性好、工期短、效率高的特点,与传统导洞扩孔开挖法相比具有降耗节能优势,可推广应用。关键词:隧道;通风竖井;施工;爆破开挖文章编号:1009-6477(2011)05-0121-04
中图分类号:U455.8
文献标识码:B
IntroductiontoConstructionMethodsforFull-sectionBlastand
ExcavationofVentilatingShaftsinHighwayTunnels
JIANGZhikun1,HONGXiangshui2
3)制订爆破开挖试验方案并进行论证。
1
工程概述
2.2
施工测量放样
云景高速公路是浙江省“两纵两横十八连三绕三通道”公路主骨架中龙丽温泰高速公路的一段,西周岭隧道位于云景高速公路上,其左线长6750m,右线长6765m。考虑隧道需风量、紧急救援及经综合分析,确定在隧道中部地形地质条件等因素,
设置竖井。该竖井设置在中心桩号外侧70m处,井口设计标高496.7m,井底设计标高279.30m,井深217.40m。
竖井断面为圆型,内轮廓线直径7.0m,中间设置钢筋混凝土隔板;井口段设计为钢筋混凝土衬砌结构;井身段衬砌结构按新奥法原理采用复合式支护结构形式,以锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成联合支护体系;2次衬砌采用模注混凝土,初期支护和2次衬砌之间设置防水排水夹层;2次衬砌混凝土抗渗要求为S8。22.1
开挖施工方法
施工准备1)施工前,对井口场地范围和竖井的工程地
竖井往往位于高山中,因此,西周岭隧道竖井施
工放样时,首先用GPS定出导线控制点,然后通过全站仪定位竖井中心点,最后用钢尺定出各级围岩的开挖轮廓线。竖井井架有2层平台,为了方便施在井架上刻画十字线,从中心孔下放垂线测工放样,
量放样。竖井封口盘拼装后,方法是采用垂准仪激光指向法测量,在封口盘上用全站仪精确定位,钻Ф5mm小孔,垂准仪激光穿过小孔,指向开挖工作面,用钢尺量出开挖轮廓。2.3全断面钻眼爆破
竖井设计断面内进行全断面开挖布眼,炮眼平面布置图见图1,剖面图见图2、图3。炮眼平面布置:在一般岩层中开挖圆形竖井时,炮眼按同心圆排列。本竖井同心圆的数目采用
质、水文情况进行研究,认真分析设计提供的地质勘察报告,掌握围岩地质构造赋存状况。2)修通施工便道,接通施工用水、用电、供风,平整场地,建成满足竖井施工需要的配套设施。
收稿日期:2011-07-15
作者简介:姜芝坤(1969-),男,浙江省江山县人,本科,高工.
图1全断面开挖直眼掏槽炮眼平面布置
122公路交通技术2011年
图2
全断面开挖直眼掏槽炮眼布置剖面
图4
0.4m3
抓岩机
图3全断面开挖斜眼掏槽炮眼布置剖面
图51.5m3提升吊桶
5圈,其中靠近开挖中心的2圈为掏槽眼,最外1圈为周边眼,其余的为辅助眼。炮眼布置剖面:离井口50m范围内采用直眼掏槽方式(图2);在竖井开挖爆破对井架及井口设施没有安全威胁时(离井口超过50m),采用楔形斜眼掏槽方式(图3),以加快施工进度。钻眼作业实行定人、定机、定眼位,分区域包干。每个孔眼钻完后,将眼口临时堵塞,防止碎石掉落眼内。
楔形斜眼掏槽方式与直眼掏槽工艺原理基本相同,主要区别是掏槽眼呈楔形,中心2.2m范围不钻炮眼。
2.4通风排烟
爆破后本竖井采用压入式通风,根据国内竖井通风的实践,选用SZW型隧道子午加速轴流通风机,其风机功率55kW,叶轮直径600mm,通风量可
3
达640m/min,能满足通风要求。2.5
提升出渣与排水
1)人工配合机械装渣,采用气动式抓岩机(图
3
4),抓斗为0.4m,抓岩机由地面绞车悬吊。装渣先抓高处渣堆,然后分层抓完;清底时,尽量用人时,
工扒出井帮石渣堆积在一起,为抓岩机工作创造条件。抓岩机将石渣装入吊桶(图5),用提升机将其提出井外,倒入运渣车中。2)排水分为井口施工场地排水和井下排水2种
。
(1)井口工作场面的防排水是在边坡开挖线以外2m处设置截水沟,在坡底处再设置排水沟,引排到施工场地范围外;竖井口浇筑锁口圈要比截水沟
且竖井井架上方设置雨棚,防止雨位置高出50cm,
水直接进入井内。
(2)竖井下水源来自2个方面,一是施工用水,如湿式凿眼水;二是井壁渗水。施工用水处置:在开采用吊泵排水。井筒渗挖掌子面底部设置集水坑,
水处置:在渗水点下方设置集水桶,渗水通过透水管引流到集水桶内,再采用自动泵排到地面排水沟中。2.6井壁初期支护
初期支护必须紧跟,既利于安全又便于施工。操作前先对井壁松石、浮石进行排危,确保无掉块危险后才能进行初期支护作业。工字钢拱架、网片、锚
纵向连接筋等全部在施工现场按设计尺寸统一杆、
加工制作,现场安装。喷射混凝土按施工配合比计量,机械拌和,采用潮喷工艺,送料采用喷料混凝土输送管。喷射混凝土作业完成后,拆除喷射机上的
将喷射机吊至安全高度。压风软管,3
监控量测
1)量测项目。以井内外观察检查、净空尺寸、
围岩水平收敛量测为必测项目,井外量测地表下沉量。
2)量测方法。竖井开挖支护时,及时埋入观测
井内外观计。围岩收敛采用断面仪和收敛仪量测,
2011年第5期姜芝坤,等:公路隧道通风竖井全断面爆破开挖施工方法介绍
顺与岩面紧贴。5
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察检查则由有经验的工程师和地质人员进行,并详
细记录观测结果。
3)测点布置。每个量测断面各布置2条净空水平垂直交叉收敛量测测线,可根据实际情况增加。
4)断面分析。在获得量测数据后,同一断面将各种量测数据互相验证,以确认量测结果的可靠性;对位移等物理量随时间变化的时态曲线进行回归处理,分析围岩变形的空间分布规律,了解围岩的稳定性特征。
5)信息反馈。分析目测和位移测量结果,对围岩稳定状态、施工方法和支护措施的安全情况进行并将评判结果反馈到设计和施工中,以便及时评判,
调整施工方法和支护参数。44.1
质量控制措施
爆破开挖
1)开挖放样时要预留变形量,具体视围岩情况
注意事项
1)竖井施工必须采用新奥法开挖,尽可能保持
围岩稳定。
2)开挖后及时进行初期支护,锚喷支护质量必须满足规范要求。
3)开挖过程必须安排专人进行井壁检查和排险工作,排除周边所有活动的浮石,并对新的岩石活动面进行补喷加固。
4)每个工序施工前,安全员必须检查竖井围岩的稳定情况,发现有离层的给予及时排除或加打应急锚杆加固等办法进行处理。
5)搞好竖井围岩位移量测工作,在条件具备的前提下尽早进行2次衬砌作业。6
结束语
1)公路隧道通风竖井采用全断面爆破开挖具
确定,并通过监控量测信息及时调整。
2)当前方地质出现变化或接近围岩分界线时,应进行工程地质和水文地质分析,无异常后方可继续开挖。不良地质段开挖做好预支护,支护方式有超前导管、超前锚杆等。
3)实施光面爆破技术,周边眼采用空气间隔装导爆索引爆的爆破方式,炮眼的存痕率要达到药、
80%以上,井壁无明显爆破裂缝。
4)合理确定周边眼的间距。本项目根据围岩选取周边眼的间距为0.45~0.55m,光爆层情况,
的距离按周边眼间距1.2倍比例选取。5)严格控制欠挖,发现欠挖必须处理。允许超挖值平均10cm,发现超挖20cm以上时必须进行分析,及时调整爆破方案。4.2初期支护质量控制
1)钢架支撑。Ⅴ级围岩采用工字钢钢架支撑。钢拱架在井外按设计尺寸加工成型,井下安装在初喷混凝土之后架设,拱架必须与围岩密贴,空隙处用垫块楔紧,再用喷射混凝土喷填。
2)锚杆支护。锚杆孔应沿竖井径向设置并且轴线与岩面垂直,孔位偏差不大于50mm。锚杆眼钻好后,用高压风吹净孔内杂物,随后插入符合设计要求的锚杆。
3)钢筋网支护。初喷混凝土完成后,立即安排挂设钢筋网。钢筋网安装在台架上进行,网片接头
并与锚杆头焊接牢固,且应尽量平应搭接一个网格,
有以下特点:
(1)开挖进度快,可缩短工期。全断面开挖一次成井,比导坑扩挖法进度加快50%,且全断面开挖断面大,限制因素少,采用楔形斜眼掏槽方法,可提高循环进尺,从而可缩短工期。
(2)安全可靠性好。初期支护紧跟掌子面施作,井壁得到及时支护增强了岩石自稳性,施工安全性提高。
(3)经济效益显著。全断面开挖法与中心扩孔法相比具有投入设备少、造价低的优点,尤其是高山峻岭中施工便道长的竖井,设备进出场费用明显降低。
(4)环保节能效果明显。全断面开挖减少了2次开挖成井临时支护施工环节,避免2次爆破对环境的破坏和临时支护水泥、砂石料、锚杆等的消耗。
2)存在问题和建议。(1)竖井表土层厚,锁口圈未开挖至基岩,增加了井架基础、绞车基础等浇筑工程量,且因土层松散引起锁口处防水效果差,渗漏水严重,恶化竖井开挖环境和影响2次衬砌浇筑质量。建议在类似情况下设计时降低井口标高,使锁口底部嵌入基岩。
(2)爆破时产生冲击波和岩渣将吊盘顶起,损
影响开挖。建议钻眼过程中密切坏吊盘部分设施,
注意岩层结构变化,及时调整炸药用量,同时控制好吊盘与爆破点间距。
(下转第128页)
128公路交通技术2011年
由图中曲线可看出,风机不同布置形式对测点相当2台风机同时布置于远离斜井端对气压影响较大,
时,测点相对负压较其他几种布置形式大,且随风仓长度增加而增大。5.3
计算结果分析
轴流风机的轴功率和电机功率可按下式计算:Skw=
Qa·ptotp1273+t0
··。
1000ηp0273+t1
()
Skw为轴流风机的功率,kW;Qa为轴流风机的风式中,
m3/s;ptot为轴流风机的全风压,N/m2;η为风机效量,
℃,℃;率;t0为标准温度,取20℃;t1为风机环境温度,
2
p0为标准大气压,N/m2,取101325N/m;p1为风机环
N/m2。境大气压,
由上式可知,风机环境压力影响轴流风机的功率。因此,本次研究重点对在不同风仓长度、不同风机布置形式及隔板长度情况下,对风机环境大气压的影响。风机的环则轴流风机效率越高。境大气压越大,
2台轴流风机同根据计算结果,风仓长度大于25m、时布置于远离斜井端(气流进口)且隔板长度取10m时,风机环境大气压最大,此时轴流风机的风机效率达到最高。最佳风仓模型及风机布置见图13
。
6结论
本文通过数值模拟,对长洪岭隧道斜井通风方案进行了优化,得出了轴流风机通风效率随各因素的变
提高了轴流风机通风效率,改善了隧道现场化规律,
通风效果,并得出如下结论:
1)风仓长度对轴流风机效率影响较大,随着风仓长度增加,风机效率升高,当风仓长度大于25m时,对风机效率影响较小。
2)风机位置对轴流风机效率影响较大,风机远离斜井端布置时,风机效率最大。
3)风仓长度大于20m时,隔板长度对风机效率影响较小,风仓长度不足20m时需设置与风仓等宽的隔板。
目前该隧道已顺利贯通,施工过程中通风效果良好。
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图13最佳风仓模型及风机布置
欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍(上接第123页)
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