魏立鸿

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 某隧洞工程情况概述

某长隧洞工程线路总长度22955m。竖井包括：通风竖井、施工竖井和调压井，调压井距隧洞进口约103m，具体施工概况见表1。

表1 竖井开挖施工概况表

2 施工布置

竖井施工现场布置主要包括施工风、水、电系统布置。

2.1 风系统

2.1.1 施工供风

竖井钻爆法施工段开挖主要采用手风钻造孔，施工用风主要为手风钻开挖用风和支护施工用风。

调压井供风结合隧洞石方开挖统一考虑，施工竖井和通风井拟配备24m3空压机二台。供风采用DN100钢管作为供风主管引至工作面附近，主管路末端设置小风包，钻机用风通过1.5英寸高压风管从小风包中直接取用。

2.1.2 施工通风

调压井深52.8m，直径18m，采用先导井后扩挖法施工，钻孔孔径370 mm，导井直径5.0 m，故不需要通风。通风井、施工竖井通风量按下式计算：

拟采用压入式通风，取φ0.6m。

式中：Q—同时爆破的最大炸药量，kg；

t—爆破后的通风时间，min；

VW—竖井通风量，m3/min；

H—井筒最终深度，m；

S—井筒断面面积，m2；

K1—修正系数，井深小于200 m时K1=1；

经计算，风机选择 SDF（A）-№5.611×2kW,该风机主要参数见表2。

表2 风机参数表

2.2 水系统

2.2.1 供水方案

施工供水主要包括生产用水和生活用水两部分。施工用水主要为开挖用水、考虑后期混凝土拌和用水、喷射混凝土用水、混凝土、砌体养护用水、灌浆用水以及生活区用水等。

通风竖井用水量不大，拟从附近施工区拉水至现场水池；施工竖井拟采用打井取水（拟定井深均为100 m，施工时根据实际情况打井），修筑一座50 m3高位蓄水池，先用潜水泵从水井中抽水至现场高位蓄水池内；调压井施工用水与进口段共用，采用高扬程泵抽水至竖井施工区。

抽水至生活区，解决工程项目部及现场施工人员的生活用水。

2.2.2 排水方案

竖井施工排水主要包括基坑日常渗水，施工用水、一般涌水，结合以往施工经验及相关要求，拟将潜水泵放在基坑底部，用高扬程泵排到竖井外面的污水处理厂，处理达标后排放或回收利用。调压竖井采用导井法施工，利用进口排水设施即可满足要求。

对于竖井开挖，可能出现许多不确定的地质情况。我们在施工过程中计划加强地质超前预报，提前发现地下水富集区并及时处理，排水应考虑万一发生大规模涌水时的排水能力储备。

2.3 供电系统

施工用电主要考虑后期混凝土及砂浆拌和机械用电、混凝土浇筑设备用电、支护和灌浆设备用电、各加工场区机具设备用电、照明用电以及其他零星用电等，用电量相对较小。

根据隧洞施工机械设备的配置，调压井供电设备全部利用进口段设备。

施工竖井和通风井拟配备300 kW移动式柴油发电机一台，满足洞内、洞外施工用电需求。另外，各施工点配备50 kW柴油发电机作为备用电源。

竖井外设置一个配电柜，供竖井施工设备、竖井照明用电及生活照明用电。

2.4 临时火工材料库

竖井开挖方量相对小，所需炸药结合隧洞石方开挖统一考虑。

3 竖井施工工艺

3.1 调压井施工

调压井为圆形断面，成型直径18m，由于断面大，拟采用先导井后扩大开挖法施工，导井开挖采用吊罐法，先用钻机钻钢丝绳孔（孔径370 mm），加固井口，安装50 t提升设备，下放钢丝绳吊吊罐进行钻孔爆破作业，石渣从导井内卸入井底。视围岩稳定情况，支护跟着开挖面进行，根据进度安排，平均每3天施工进尺2m，渣料均从主洞运转出去，进口段设备满足竖井施工要求。

根据该部位石方开挖特点，导井为直径5.0 m的圆形断面，以满足出渣要求，导井施工单循环进尺控制在2.0 m，每天2个循环；扩大开挖拟采用钻爆法分层进行开挖，选择手风钻钻孔爆破，主炮孔先爆，光爆孔后爆，扩大开挖参考明挖参数、现场生产性试验，人工辅助挖机将渣料卸至导井后通过主洞运出，开挖导井示意图1、自上而下扩挖示意图2。

先导井后扩大法施工程序：井顶开挖、支护→进口提升设施架设→导井开挖（下部施工通道）→进口扩大及锁口混凝土→进口机架平台→扩大开挖及安全支护→混凝土模板及混凝土下料系统→井身混凝土浇筑→井身灌浆→清理验收。

图1 开挖导井示意图图

2 自上而下扩挖示意图

3.2 通风竖井施工

通风竖井为圆形断面，成型直径6.8m，由于断面小，拟采用全断面开挖一次成型法施工，先加固井口，安装提升设备，进行钻孔爆破作业。支护跟着开挖面进行，人工将渣料装至吊桶内，通过10 t起吊设备将渣料运至竖井口，自卸汽车二次倒运至洞挖弃渣场。根据进度安排，平均每天施工进尺2m。选择手风钻钻孔小断面爆破，主炮孔先爆，光爆孔后爆。

3.3 施工竖井施工

施工竖井为圆形断面，成型直径5.0 m，上部13.8m为壤土、砂砾碎石含黏性土，拟采用挖机开挖，支护紧跟开挖面进行施工，开挖至岩石面进行土洞段二次衬砌，总耗时约41d；下部31.3m为灰岩，人工辅助挖机将渣料装至吊桶内，通过10 t起吊设备将渣料运至竖井口，自卸汽车二次倒运至洞挖弃渣场，支护跟着开挖面进行。根据进度安排，平均每天施工进尺2m，总耗时约21d。

通风井、施工竖井全断面开挖示意图3。全断面开挖法施工程序：井口明挖、井口段开挖→锁口→井架提升设备安装→井身开挖→井身混凝土→灌浆，井身开挖一段衬砌一段。

图3 全断面开挖示意图

4 爆破设计

总爆破网络采用电雷管起爆，导爆管网络毫秒微差爆破。采用楔形掏槽，周边预裂、光面爆破的方法，以形成光滑平整的最终开挖断面，爆破后视围岩情况进行支护施工。根据各爆破参数的计算方法计算围岩开挖的各爆破参数，所得参数施工时根据实际情况可修正。

周边孔采用导爆索进行联网，掏槽孔及崩落孔（辅助孔）采用塑料导爆管联网。从内到外分段先后逐段起爆。其起爆顺序为先起爆掏槽炮孔，接着起爆崩落孔，然后是光爆孔。

爆破指挥人员要确认安全警戒工作完成，并发布起炮信号后，方可发出起爆命令。

5 主要资源配置

根据循环时间计算分析，调压井、通风井及施工竖井开挖支护时间分别为100 d、46d和61d，资源配置如下：

每台手风钻实际耗风量约4m3/min，通风井、施工竖井分别配备10台手风钻即可满足要求，考虑混凝土喷射机施工实际耗风量约8m3/min，另外需考虑其他小型设备用风，同时必须考虑一定的供风损耗。

调压井所需设备全部利用进口段设备,另配150型地质钻机一台。

施工竖井拟配备3m3侧卸装载机一台，10 t门式起重机一台，15t自卸汽车3台，0.6m3液压反铲挖掘机一台。

通风井拟配备10 t门式起重机一台，15t自卸汽车二台。

6 竖井施工注意事项

6.1 防物体坠落

井口设临时安全护栏，护栏下设封闭挡渣板或拦渣坎；竖井井口应设全封闭盖板（除必须的施工预留孔处），出渣孔设自动开启封闭门。

6.2 提升设备

防止过卷、过速，设过电流和失电压等保险装置及可靠的制动系统；设置防滑装置，防止断绳车（桶）；建立制度，定期检查提升及出渣设备，以及钢丝绳断丝情况；建立可靠的通信和信号系统，信号声光兼备。

6.3 人员交通

设置人行爬梯，竖井爬梯应设护栏，每隔8～10 m设休息平台；每隔一定距离设安全网。

6.4 其他

为了保护支护及前期衬砌，拟控制最大单响起爆装药量，以降低爆破的瞬间能量过大带来的地震效应；爆破施工中，合理设置和人为开创自由面来减小岩体过大的夹制作用，以免造成地面的震动和飞石；采用微差网络技术，利用先爆孔爆破后造成附近岩体破碎和松裂为后爆孔开创内部自由面来达到降振目的；严格控制钻孔超深，过大的超深会增加爆破的振动。

防导井堵塞，控制爆破后石渣块度不大于导井井径的1/3，加大各段雷管间隔时间；通风、排水，建立可靠的通风和排水系统；防人员坠落，井内作业人员必须系安全带；临时支护必须与开挖同时进行；对不利的岩层结构面，节理裂隙段，应及时进行锚固；爆破后应认真进行危石撬除。

竖井施工期间还有注意防雨洪工作。

7 结语

水利施工竖井一般包括施工竖井、通风竖井和调压竖井，长隧洞施工中,供电距离长，通风难度大，特别是穿过煤系地层有瓦斯危害地段的长隧洞,在隧道独头掘进长度长、断面相对较小、且在上坡施工情况下,解决施工通风、瓦斯排放、洞内出渣进料运输干扰等都是迫切需要解决的问题。竖井在长隧洞施工中发挥着“一井多用”的作用。选择竖井施工方法时，须考虑围岩的类别、交通条件、断面尺寸等诸多因素。