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米仓山隧道竖井反井法施工技术探讨

来源:www.zmgk.net 作者:admin 日期:2017-05-16 15:03 热度:
米仓山隧道竖井反井法施工技术探讨

随着国家交通事业的大力发展,高速公路建设的迅速推进,大力发展山区高速势在必行。山区高速公路多沿河谷及山体岸坡布设,桥隧比相对较高,公路隧道建设大量增加,特别是特长隧道越来越多。从特长隧道运营期间的安全、经济考虑等综合考虑,多数采用竖井通风。本文结合甘肃省成县至武都高速公路11标建设米仓山隧道竖井工程实践,结合地形、地质、施工等影响因素,并用于工程实际,以指导施工。

1 工程概况

成县至武都高速公路是兰(州)海(口)高速公路和十(堰)天(水)高速公路的重要连接线,位于甘肃省陇南市,该地区为山岭重丘区,受到地形地质条件限制,陇南市自古以来交通欠发达,制约了陇南地区的经济发展。项目建成对于改善区域交通条件,构筑甘肃省综合运输大通道,拓展陇南经济活动圈的范围

和加快陇东南经济社会转型跨越发展具有长远的社会效应和经济意义。项目所在地沿线地形、地质复杂,沿线滑坡、崩塌等不良地质普遍存在,受地形、地质条件制约,本项目桥隧比例高达72.43%。其中米仓山特长隧道右线全长8694m;左线全长8688m,采用常规纵向通风方式不能满足隧道通风需要,施工图设计采用竖井送排结合纵向射流通风的方案,隧道左右线共用一个竖井,竖井设置在隧道左线左侧,距离左线平面设计线110m,对应桩号为ZK55+628;通风竖井内径为

9.6m,长度为174.62m;通风竖井与隧道主洞间设置送风联络通道、排风联络通道、运输通道、风机房、人行横通道及送排风通道渐变段等洞室。


竖井围岩主要为V、IV级围岩:V级围岩48.13m,以中~强风化砂岩、砾岩为主;围岩裂隙较发育,裂隙间夹软弱泥层填充;有少量渗水、局部有线性滴水,围岩强度低,自身稳定性较差;IV级围岩126.5m,为中~微风化砂岩、砾岩互层,紫红色、中厚层状,裂隙弱发育,岩体结构较完整,局部有少量裂隙渗水,岩体抗压强度较低,围岩整体稳定性较好;竖井进口30处有小溪,裂隙水、渗透水局部存在。V级围岩衬砌类型SSJ-V采用:C25喷射混凝土26cm厚;R27中空注浆锚杆L=3.5m,间距100cm*100cm; I20a工字钢间距100cm;二次衬砌采用50cm厚C25钢筋混凝土。IV类围岩衬砌类型SSJ-IV采用:C25喷射混凝土20cm厚;Φ22砂浆锚杆L=3.0m,间距100cm×100cm;I14工字钢间距100cm;二次衬砌采用40cm厚C25混凝土。

2 竖井施工方案

根据施工图纸及设计技术交底、结合竖井所在的地理位置及竖井自身的工程特点,为满足竖井施工工期、确保工程质量,竖井按以下步骤施工:井口排水沟等井口上部→井口锁口施工→采用中心扩孔法施工导向孔→钻爆扩孔及初期支护→衬砌施工。

2.1 施工方法选择


根据竖井设计情况和工程地质条件并结合施工弃渣、通风等问题,在综合考虑施工质量、进度、安全、成本及技术积累等因素的基础上,采用多次中心扩孔法进行竖井施工,多次中心扩孔法即先采用反井钻机钻出一个小直径的导井,再从上往下凿岩爆破成较大的导井,最后再次从上往下凿岩爆破成井。

竖井井壁具体施工思路为:

1)联络通道从主洞施工至竖井底部位置;

2)采用反井钻机钻直径27cm的导向孔至竖井底部,与联络通道贯穿;

3)通过联络通道运送直径200cm钻头至竖井底部,反井钻采用200cm钻头自下而上反钻扩孔,形成直径200cm的导渣井;

4)采用钻爆法沿导渣井自下而上钻爆施工,形成直径400cm的导渣井

5)采用矿井钻爆法自上而下爆破开挖至设计轮廓,初期支护同步跟进,开挖渣土沿导渣井顺溜至竖井底部,采用运渣车通过联络通道和主动左洞出渣。

6)竖井初期支护施工完后,自下而上进行二次衬砌混凝土施工。

2.2机械设备配备情况

根据米仓山隧道通风竖井的设计情况,针对本竖井的工程地质情况,在选用所需的提升设备和钻井设备中主要考虑一下问题:①钻机扩孔时所具备的拉力、转速、扭矩等②提升设备所需具备的提升提拉力③竖井施工所需的风水电。由于本竖井围岩主要为V、IV类围岩,岩质较差,故选择ZFY2.0/400型钻机,钻机型号及技术参数如下(表一):

提升设备采用10T龙门吊配合1台风、水、电管线的悬挂绞车。空压机采用23m3两台,变压器采用800KW一台,水箱采用20m3高压水箱。

3 竖井施工

根据竖井井口设计情况,采用人工配合机械施工竖井井口排水沟,井口上部开挖以及临时边坡防护。

3.1 竖井锁口

采用测量设备放出竖井设计中心点,标示出竖井锁口圈开挖轮廓线,采用钻爆配合机械进行开挖,人工修整井壁,采用锚喷对外壁加固,绑扎基座钢筋及井口环衬砌钢筋,立模浇筑锁口环基座及衬砌C25混凝土,锁口内壁采用水泥浆抹平顺,待模筑混凝土强度达到70%后回填C15片石混凝土,采用人工配合机械平整井口场地,并施做井口基座底部至井口爬梯及井口围护栏。

3.2 导向孔施工

3.2.1 27cm直径的导向孔施工

由于该竖井井口段属于V类围岩,岩质较差,先采用C25混凝土浇筑钻机底座,底座混凝土强度达到后,采用龙门吊吊装钻机就位,安装钻机,测量钻孔钻杆垂直度,确保钻孔精度。用湿钻法下钻成孔至设计竖井底,钻头采用27cm,形成一个直径约28cm 的导孔。开孔时根据现场实际地质围岩情况(中强风化砂岩围岩强度较大),使用短钻杆、低钻压、低钻速的方法间断推进,钻孔过程中,为保证导向孔竖直,采用扶正器扶住钻杆确保钻杆垂直度。短钻杆钻入围岩后, 接入一节具有导向作用的稳定钻杆, 待稳定钻杆完全进入导向孔内后, 逐步调整钻压和转速, 进行导向孔的正常钻进。钻孔深达到50m后,钻入稳定岩体时,启动液压减压钻进系统。钻孔过程中遇到节理发育和破碎或软弱围岩时, 钻机容易产生振动、卡钻现象,需要安置稳定钻杆,并减缓钻压、转速, 间断钻进。钻孔过程中应做好钻孔施工记录,随时掌握钻孔深度、钻进速度,钻杆钻孔的垂直度,及钻机自身的工作参数,要关注钻孔渣样的变化(原色、强度),及时排出钻渣。

3.2.2 200cm直径导渣孔扩挖施工

在竖井导向孔施工前,主洞和联络通道已经贯通至竖井底部,扩孔施工所需更换的滚轮刀盘通过运载工具运送至竖井底部后,按照以下程序进行导渣孔施工:

1)安装直径200cm扩孔滚轮刀盘;

2)孔口接入水管,以冷却滚轮刀盘、消尘用;

3)将回转变速装置调为慢速挡;

4)调试扩孔滚轮刀盘,同时对扩孔岩面进行刮平;

5)待扩孔滚轮刀盘与岩面均匀接触后, 滚轮刀盘全部进入基岩前,采用低钻压、低转速进行扩孔开挖;

6)待滚轮刀盘全部进入竖井围岩后,调整钻机的钻压、钻速进行正常扩孔开挖,在竖井底部将道渣运输至洞外弃渣场。

扩孔过程中根据岩层的实际情况调整扩孔压力,岩石强度高进度慢,需提高钻压,保持钻速;岩石强度低则进度快,需减小钻压,控制钻速,要协调好钻速和钻压的关系,使钻机在一种较平稳的状态下工作,保持较均匀的掘进速度进行扩孔开挖。扩孔施工注意事项:为防止滚轮刀盘损坏,钻机滚轮刀盘必须在有水的条件下工作;扩孔过程中出现进尺异常时,应暂停施工,调查现场围岩,检查钻机,查找出现异常原因,及时作出调整,不能盲目冒进;导井快钻通时,采用小轴压,并控制钻速,间断推进,避免突然贯通,造成卡钻、主机移位、损坏机件等不良事情的发生。

扩孔法竖井施工钻井进度如下:

3.2.3 400cm直径导渣孔扩挖施工 200cm导渣井形成后,在竖井底部拆卸200cm滚轮刀盘,清修并将钻机撤离钻井施工离场。采用风钻钻孔爆破方式:每循环开挖为180cm~200cm,爆破原理为多眼弱爆破。炮眼布置如下:炮眼采用人工站在施工吊篮上手持风钻钻孔,炮眼深度为100cm,环向布眼,三环布置,周边眼间距60cm共50眼,掏槽眼间距45cm共28眼,辅助眼间距65cm共20眼。将直径为200cm导向孔通过钻爆方式逐步扩孔至400cm,并调装600cm直径的导渣井盖盘。钢盖板作用包括:防止渣土随意掉落井底;方便调运小型发掘机;方便调运提升笼等。400cm导渣孔钻爆扩孔时施工直径180cm吊篮作为施工平台,吊篮采用上下3cm圆形钢盖板制作。

3.3 钻爆扩孔及初期支护

钻爆扩孔形成直径约4m的导渣井后, 为防止井口周边施工人员及碎石、杂物掉入井内,在井口周边安装安全护栏及拦渣网。在井口设置10T龙门吊,牵引垂直运输吊篮,供人员、小型机械及施工材料进行上下运输;竖井采用由上而下进行钻爆扩孔开挖,采用小型机械配合人工利用导渣孔从隧道主洞出渣;洞渣清理完成后,及时用导渣井盖盘封盖导渣孔,进行初期支护施工。

井口土质围岩地段采用小型机械结合人工手持风镐开挖,每循环进尺1m;石质地段V级围岩采用预裂爆破结合小型机械开挖, 每循环进尺1m;Ⅳ 级围岩采用光面爆破结合小型机械开挖,每循环视围岩情况进尺1~2m。合理布置炮眼、控制炸药用量,提高爆破效率,确保洞渣粒径能顺利的通过导渣孔。

加强竖井施工测量放样,用仪器准确描出开挖轮廓线,确保每循环孔底保持在同一平面上,保证竖井开挖垂直度。

3.4 出渣通风

爆破完成后,通过主洞及联络通道采用低噪音轴流风机来通风排烟。通风排烟与30分钟后,采用10T龙门吊将导渣井盖盘吊装至开挖面,导井盖盘稳固后,将小型挖掘机吊放至导井盖盘上。挖掘机开向侧壁,龙门吊将盖盘内圈盖板吊出竖井。采用小型机械配合人工利用导渣孔将渣土溜至竖井底部。采用8轮运载车配合装载机将渣土通过联络通道及主动运倒至弃土场。

3.5 初期支护

竖井初期支护施工顺序: 通风排尘→封盖导渣孔→清理危石→处理欠挖→初喷混凝土→打设锚杆→安装钢架→挂钢筋网→喷射混凝土→监控量测→反馈、调整支护参数。

本竖井初期支护施工过程中,为了加快施工进度和加强安全环保管控,针对竖井初喷混凝土的输送问题,特意制作一个初喷料漏斗。初喷料漏斗制做安装如下:通过3cm钢板焊制一个漏口30cm的漏斗,后用无缝钢管焊接加固在漏斗上,然后用Φ22钢筋用锁脚锚杆的方式打入初期支护,扣锁住漏斗钢管,这样一直接入至竖井支护面。至支护面后通过斜槽将喷浆料引入喷浆机。通过喷浆漏斗装置,减少了人工、提高了工作效率,减少了环境污染、提高了施工安全,大大增加施

工效益。

3.6 衬砌施工

待整个竖井钻爆扩孔成井初期支护施工完后后,为保证井壁混凝土施工进度、质量,二次衬砌从下向上采用自升式液压爬模工艺施工。

3.6.1 模板系统设计 自升式液压模板系统主要由:钢模板,支撑架,上、中、下平台,支腿,千斤顶撑杆及液压系统,砼振捣装置组成。模板系统分为送风道、排风道分两个部分,中、下平台同作为整个模板系统的支撑平台。整个模架滑、升采用行程1m的液压千斤顶完成,液压系统分为模板伸缩和提升两个部分,采用两套液压泵,分别控制相应部分。


竖井衬砌施工爬架平面图 竖井衬砌施工爬架立面图

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。

砼振捣装置采用安装在模板上的附着式振动器形式并结合人工振捣,整个模板系统共布置20个HZ2-5型(1. 1kW)和HZ2-5A型( 1. 5kW) 。为保证施工中其他材料及砼进入工作面,上平台应预留一定的净空。中、下平台通过爬升千斤顶相连接,支腿应固定于平台的端部,可以进行水平、自由伸缩。

3.6.2 爬模施工

在整个爬模系统中, 以100cm高模板作为接口模板,每次爬升高度为2.0m,砼浇注高度为2.0m。爬模施工步骤主要为脱模、爬升、校正模。滑升同时,下平台

不动,收起中平台的支腿,开启液压系统,顶升中平台及以上爬架、钢模板等;顶升到位后支好中平台支腿,收起下平台支腿,油缸回油后把下平台提升1.0m,固定好支腿,重复上述步骤,完成爬升全部过程。爬架爬升前应对所有焊接部位、连接螺栓进行检查,并进行检验试爬,试爬合格后方可投入施工。每节段施工后,需将预留槽填补并注意砼养生。砼抗压强度达到0.5MPa时才可拆除模板,当强度达到2.5MPa后,方可进行模板爬升。

3.6.3 混凝土施工

衬砌模筑砼采用在主洞附近就近建设的拌和站集中拌和运输。从施工成本控制、施工时间、施工安全及其他方面进行综合比选,采用从井口用吊桶将砼送至工作面入模的施工方案。砼从井口吊送至工作面后,利用溜槽,并采用人工辅助分料入模,利用附着在模板上的附着式振捣器将砼振捣密实。

特殊部位衬砌模筑施工为马头口处模筑衬砌施工,马头口处衬砌施工采用混凝土泵送车将混凝土泵送至模板内,再采用辅助振捣和人工振捣相结合的方式施工。

本竖井砼衬砌施工顺序为先施工马头口处,待强度合格后自下而上依次砼衬砌施工。

部分工艺、装备图:

扩孔法施工工艺具体流程图

3.9 监控、监测

根据本竖井施工特点和工程地质情况,竖井施工监控、检测工作主要分为地质监控、环境检测两部分来进行。

根据设计图纸要求,结合现场施工环境和工程实际情况,本工程的监控量测是由工程的安全监测和环境监测两部分组成,其首要目的是掌握隧道围岩及周围环境在隧道施工过程的变形,应该及时将监测情况反馈给设计和施工单位,确保本工程顺利进行。根据设计文件及相关设计技术规范,针对以上监控项目制定相应的、符合要求的监控周期和频率。

4 总结与建议

成武高速公路米仓山特长隧道通风竖井, 采用反井扩挖法的施工工艺, 在工程进度、质量、安全、环保、经济等方面具有明显的优势。主要表现在以下几点:

1.利用导渣孔从洞内出渣,不破坏地表植被、不影响周边环、减少用地,环保效益显著同时大大提高出渣速度加快工程进度;

2.钻机导向孔的施工,直接明了的给后期施工提供了准确的地质情况,提高施工安全;

3.通风竖井反井扩孔法工艺在米仓山隧道竖井施工过程中,扩孔成井质量好、速度快。施工过程中安全、质量、成本、环保等管理科学合理,开启了甘肃省山岭地区特长隧道通风竖井施工的新模式。


参考文献

[1] 甘肃省平凉至武都高速公路成县至武都段公路工程两阶段设计图,2010(9).

[2] 中华人民共和国交通运输部 公路工程标准施工招标文件,2009.

[3] 中华人民共和国交通运输部 公路隧道施工技术规范,2009.
关键字:反井钻机
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