公路隧道竖井常用施工方法介绍.doc

公路隧道竖井常用施工方法介绍公路交通技术201i年8月第4期TechnologyofHighwayandTransportAug.2011No.4公路隧道竖井常用施工方法介绍阳长江,林志.,陈力华.(1.重庆交通大学土木建筑工程学院,重庆400074;2.招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067)摘要:随着我国高速公路的快速发展,公路隧道越建越长,为了适应通风等要求,越来越多的隧道需设置竖井来提高其通风性能.对目前隧道竖井施工中最常见工法进行介绍,对比,就每种工法提出相应的改进建议,并指出隧道竖井施工方法的选择应综合考虑围岩级别,交通条件,断面尺寸,有无钢板衬砌,工期和施工成本等因素,以确保安全,经济,快速,顺利的施工.关键词:隧道;竖井;施工工法选择文章编号:10096477(2011)04012204中图分类号:13459.2文献标识码:BlntroductiontOCOmmOnConstructionMethodsforHighwayTunnelShaftsYANGChangjiang,LINZhi,CHENLihua近年来,随着我国经济的高速发展和4万亿元人民币拉动内需战略的实施,高速公路建设得到了快速的发展,修建的特长隧道也越来越多.为使特长隧道满足通风,增加工作面以加快施工进度的要求,需设置竖井.因此,通风竖井是一些特长隧道必不可少的构筑物.相对于隧道施工而言,竖井施工难度大得多,它不仅需要投入大量的提升设备,而且施工安全要求高,制约因素多,进度慢.2007年,严定成,方勇锋对竖井混凝土施工中采取的液压滑模,钢筋直螺纹连接,运输吊笼防FA保护等新技术进行了介绍.2010年,郭亚宇,王庆国对不同地质岩层段竖井施工方法进行了介绍.2005年,王晓健,刘志强等对反井钻井技术钻凿引水竖井的施工方法进行了介绍,并提出了钻机和钻井工艺相应的改进措施.目前,对隧道的竖井施工方法有多种,本文主要对各种工法的优缺点及使用范围进行总结和介绍.目前,竖井施工方法主要有如下几种:从地面向下开挖的降挖方法,也称全断面方法;以特殊钻机钻设导孑L,然后换装扩挖头,通过已完成隧道向地面扩挖,最后辅以钻爆工法完成的竖井工法,也称中心扩孔法;以特殊爬升工作架从隧道向地面进行钻爆施工的爬升机工法等.各种工法的使用需根据围岩级别,交通条件,断面尺寸,有无钢板衬砌以及工期和施工成本来选择.收稿日期:20110224作者简介:阳长江(1982一),男,重庆市人,在读研究生1竖井施工方法1.1降挖方法竖井降挖工法与隧道钻爆法施工流程相似,是采用钻爆法从地面循环向下开挖.目前国内外用此工法施工的竖井有:瑞士圣哥达山底铁路Sedrun隧道中间竖井,竖井深836m,开挖直径8.6m;我国江西曲江主井井筒施工,竖井深887m,开挖直径5.75.9m;加拿大萨德伯里的Graig隧道中间竖井,竖井深1500m,开挖直径6.3m等.1)开挖.一般采用手提式凿岩机或气腿式凿岩机施作,钻孔方向除掏眼略向断面中心倾斜外,其余均为垂直施钻.钻孑L完成后,一般需插人装药管以防坍孔或渣料掉人,如果未插装药管,则装药前要专门清孔.在无水部位选用2岩石硝铵炸药,有水部位选用乳化炸药.掏槽眼和辅助眼采用连续装药结构J.光爆层采用不偶合间隔装药结构,实施光面爆破.具体钻爆设计参照图1.2)施工通风.一般利用设置于井外的送风机和竖井井壁布设的通风管将新鲜空气送达井底开挖面,以维持良好的作业环境,通风方式如图2所示J.3)出渣.在掌子面处,以人工或机械方式将渣料装入盛2011年第4期阳长江,等:公路隧道竖井常用施工方法介绍123注:图中编号为雷管段位.图1钻爆设计示意风管支座通风机图2竖井通风示意渣斗,用卷扬机或转向滑轮将盛渣斗吊出井外,再用自卸式装渣车运弃.施工时应特别注意人员和机械的保护,在每排炮爆破后,要对已开挖段进行安全处理,清除松动岩石.一般要在洞底掌子面以上2m高度的洞壁上打人插筋,上铺木板,用铁丝将其固定在锚筋上,形成保护棚(约占竖井断面的一半).人员或机械将渣料装入渣斗后,躲人保护棚下,竖井顶部方可进行人工或者机械提升渣斗工作,并且每只渣斗的装渣量只能为满斗的3/4,以防石渣掉落.4)初期支护.为维护井内作业安全,确保工程完工后的稳定性,需根据地质状况施作钢支撑,喷射混凝土或钢筋网等初期支护.5)抽排水止水作业.降挖工法的抽排水作业比较困难,一般配置高扬程抽水机,并可根据抽水扬程在竖井壁施作排水槽,并可利用中继站(图3)抽排水,排放水经适当沉竖井图3竖井中继站抽排水示意淀,处理后再放流.若有必要,亦可使用止水工法以减少开挖面的人渗水量.此外,井位周边以半径15Ill作环向截水沟,将地表拦截水排人附近的沟中.竖井贯通后,浇筑混凝土内衬砌,完成整体竖井施工.6)注意事项.(1)竖井应在主洞开挖前实施,以确保开挖过程中施工安全.(2)可根据围岩情况采取不同的掏槽方式,以改善爆破效果,提高循环进尺.(3)隧道爆破后,一般采用通风方式排除隧道内粉尘,而对于竖井则可采用喷水方式排烟降尘,以节省排烟时间.(4)对于中继站排水系统,适当情况下可使用锚桩和水桶来代替,以节约工程成本,且施工中应确保中继站位置稳定.1.2升井方法升井工法适用于竖井底部隧道已挖通的情况,已挖通隧道可为竖井施工提供扩挖工作面,更换钻头场地和竖井出渣通道等.类似工程有:法意2国联合投资修建的弗雷儒斯公路隧道意大利端通风竖井,竖井深488m,开挖直径5.8m;瑞士MappoMorettina公路隧道的中间竖井,竖井深375m,开挖直径6.8m;我国山东汶南矿的矿用竖井,竖井深316m,开挖直径4.5rn等.1)导孔施钻.首先,在地表架设大型钻台与反力座;然后,在竖井设计轴线从地表向下钻设1个直径约30cm的导孑L,用来作为后续导引和扩孔,并可借此探查沿线的地质变化.需特别注意的是,在导孔施钻过程中,导孔方向与偏移量应配合精确的导向系统谨慎控124公路交通技术2011.年制,这对未来竖井开挖的影响很大.钻挖过程中,以高压水或压缩空气将渣料喷出,且随钻挖深度增加,从地面向下续接钻杆,直到钻挖至隧道高程为止.2)扩孑L钻掘.将原钻头卸下,换装扩挖钻头,以原钻机透过原钻杆施加拉力及扭力,带动扩挖钻头,由下而上,旋转切挖岩块直至地表.开挖产生的渣料以重力方式自然落于井底,利用装渣机及出渣机具装载运弃(图4).钻杆钻台与反力座图4扩孑L钻掘示意3)钻爆扩挖.若竖井设计直径比扩挖钻头大时,则需配合钻爆法由上往下扩挖,其步骤和降挖工法类似.对于出渣及排水,可以利用已钻挖完成的扩孔向井底排渣,且基于作业安全考虑,需在扩孔工作上方搭设工作架,以免人员机具坠落.每轮扩挖完成后,根据需要施作钢支撑,喷射混凝土,钢筋网等初期支护,直到竖井全部扩挖完成为止(图5).4)注意事项.(1)工作平台应足够大,以确保竖井对工作平台的稳定性无影响.(2)对于导孑L方向控制,可采用增加稳定钻杆数量和开孑L时采用扶正器等方法,确保导孔方向精准.(3)可根据断面大小,设置23个导孑L,分别扩孑L钻掘,以减少爆破对围岩的扰动.(4)可采用水电部门采用得较多的导坑扩挖法,在导孔完成后从上至下进行钻爆施作,利用导孔向下排渣,从已建成底部隧道出渣,以节约工程成本.型吊架图5竖井扩挖示意1.3爬升机方法本工法适用于断面小,深度浅,岩体较好,且下方隧道已开挖完成的竖井或斜坑.若竖井深度较深,多采用分段爬升方式进行.一般采用可开挖竖井深度为350m的电动爬升机进行施工,可配钻孔凿岩机23台(气动,湿式,气腿向上式).我国台湾地区的德基水库,龙溪及潭抽蓄水利发电工程,均是利用爬升机工法施作压力钢管.分段爬升工作示意图如图6所示.岩体爬升机导轨图6分段爬升示意爬升机工法的施工流程如下:1)在隧道顶部,沿竖井壁装设导轨,爬升机利用导轨的牵引爬升后固定.工人随爬升机升至工作平台,进行钻孔装药,然后随爬升机退回下方隧道内,最后再起爆,产生的渣料自然掉落在隧道的积渣坑.随即进行通风,并通过下方隧道出渣(图7).2011年第4期阳长江,等:公路隧道竖井常用施工方法介绍125爬机导轨岩体钻孔道施工,需特别注意施工安全性.图7爬升机开挖施工示意2)爬升机搭载人员,机具和材料爬升至开挖面,进行清辅石与支撑作业,同时延伸导轨与管线等.按照此方法循环开挖,直到接近地表后停止.最后,自地面向下进行贯穿开挖或钻爆作业.若竖井设计直径较大,则可由地面向下以降挖的方法进行扩挖,以完成整体竖井施工.2几种工法特点比较以上几种竖井施工工法,各有其优缺点,其具体的特点比较见表1一.3总结与体会笔者对上述方法进行特点对比,得到如下认识:1)竖井设计时,应考虑功能需求,隧道覆盖,隧道规模,施工可行性等因素.2)应根据围岩级别,交通条件,断面尺寸,有无钢板衬砌以及工期和施工成本等来选择竖井施工方法.3)由于竖井垂直开挖的特殊性,相比于一般隧参考文献1严定成,方勇锋.周宁水电站引水竖井混凝土施工技术J.隧道建设,2007,27(5):4853,78.2郭亚宇,王庆国.深圳地铁5号线竖井施工技术J.北方交通,2010(4):157159.3王晓健,刘志强,等.反井钻井技术在硬岩中的应用C/矿山建设工程新进展一2005年全国矿山建设学术会议论文集.徐州:中国矿业大学出版社,2005.4崔云龙.简明建井工程手册(上册)M.北京:煤炭工业出版社,2003.5仵涛.公路隧道通风竖井设计及施工J.筑路机械与施工机械化,2008,25(5):1216.6张志毅,王中黔.交通土建工程爆破工程师手册M.北京:人民交通出版社,2002.7侯希宝,宋建平.乌鞘岭隧道大台竖井钻爆施工技术J.隧道建设,2004(4):4144.8金文良,李品利.秦岭终南山公路隧道通风竖井设计与施工J.西部交通科技,2008(1):1114.9张涛,郭小红,等.高速公路长大隧道通风竖井设