熊子壹

关键词 正井法;反井法;安全;环保;质量;造价

中图分类号 TV554 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0139-03

0 引言

随着国内经济的快速发展，机械化施工也逐步广泛运用于施工中，现阶段常用的工艺主要包括竖向掘进机法、正井法（钻爆）、反井扩挖法等，不同工艺的选择在不同地理环境、不同施工组织，以及竖井建设规模等条件下均有着极大差异，现以天山胜利隧道1号竖井为例，结合地理位置、竖井施工中的用途等方面，就正井法与反井扩挖法施工进行适应性分析与研究。

1 工程概况

天山胜利隧道（ZK75+680～ZK97+790/YK75+830～YK97+826）设计为分离式隧道，隧道全长22.110 km（左洞）/21.996 km（右洞），为全世界最长高速公路隧道。隧道进口高程约2 770.2 m，出口高程2 900.2 m，洞身最大埋深约1 112.6 m，运营通风设置通风竖井4处，其中1#竖井开挖直径D=12.4 m，海拔3 424 m。

根据施工整体部署，利用中导洞超前优势开辟3个横通道进行施工组织，1#竖井仅作为通风通道，不作为主洞开辟新的作业面辅助通道。

2 施工工艺简述

2.1 竖井反井扩挖法工艺

目前国内外最大扩孔直径5.5 m，在反井法施工中需要二次扩孔。待主洞施工至竖井处且联络通道施工完成后，采用定向地质钻机自上而下施工导孔，然后用反井钻机自下而上进行扩孔，最后用自上而下钻爆法刷大至设计断面，竖井施工通过竖井底部出渣，待施工至井底后自下而上进行井身衬砌施工[1]，如图1。

2.2 正井法施工工艺

竖井可优先施工，采用伞钻、井架等设备自上而下进行开挖初支，竖井施工通过井口进行出渣，待施工至井底后自下而上进行井身衬砌施工[2]，如图2。

3 适应性分析

通过对国内外深大竖井施工方案的调研，竖井施工可分为正井法、反井法和竖向掘进机法，正井法和反井法施工工艺、施工技术均较成熟，反井法施工用于煤矿、水利工程较多，竖向掘进机法受施工设备的影响，目前正处于设备研发阶段，尚无大直径竖向掘进机成功施工案例，正井法用于高速公路、铁路、地铁施工较多[3]。因此，结合目前设备研究情况以及竖井概况及特点，从正井钻爆法、反井钻机施工形成导井再钻爆扩挖法两种施工方案的进度、安全、质量方面，对1#竖井施工工艺进行适应性分析。

3.1 工艺分析

3.1.1 正井法优点

（1）不受下平段（联络通道、正洞）施工约束，上部施工面具备条件，即可施工。

（2）可全断面直接由上至下贯通。

3.1.2 正井法缺点

（1）竖井施工高度大，没有形成施工通风的回路，施工通风困难。

（2）出渣由井口提升，且竖井出渣量大，出渣工序的效率低。

（3）出渣人员长时间井下作业，施工安全风险高。

3.1.3 反井+钻爆扩挖法优点

（1）导井贯通后形成自然通风回路，竖井施工通风条件好。

（2）由于有反井的自由面存在，扩大施工时爆破效率高，有利于实现深孔光面爆破。

（3）爆破下来的岩石直接落到下部隧道内，提高了出渣和清底的速度，加快凿井进度。

（4）减小提升设备规模，节省吊泵等临时排水设备，降低成本。

3.1.4 反井+钻爆扩挖法缺点

（1）只有主洞施工到竖井处才能开始竖井施工，不能缩短主洞施工通风距离。

（2）反井贯通后，仍需正井扩挖，上口仍需布置一套提升吊挂设施和设备。

（3）随着竖井深度的增加，反井钻孔容易产生偏斜，施工难度越来越大，速度越来越慢，相应造价增加。

（4）导井溜渣可能发生堵井，堵井处理困难。

3.2 竖井进度因素分析

3.2.1 工期安排

结合现场调研结果，综合现场工程特点，确定竖井施工进度计划，具体如表1。

3.2.2 正井法工期

考虑冬季施工：按照2020年5月1日开工，计划工期2020年5月1日—2022年4月12日竖井贯通（含联络通道）。

3.2.3 反井法工期

（1）中导洞拟定2019年12月1日开始钻爆法施工，2020年7月1日开始TBM段施工。

（2）TBM施工至1#竖井+320 m处，工期为18个月（不含钻爆段），时间为2022年4月13日。

（3）横通道和联络通道施工工期为3个月，完成时间为2022年7月1日次衬砌及中隔板工期为3.3个月，完成时间为2023年11月4日，竖井工期19.3个月，完工时间为2023年11月4日。

3.2.4 工期分析

（1）采用正井法施工，1-1竖井及联络通道于2022年4月12日左右已施工完成，中导洞TBM施工至竖井联络通道处时间为2022年4月13日左右，即在2022年4月13日左右竖井与横通道、与中导洞贯通，为中导洞和正洞提供排烟通道。

（2）采用反井法施工，中导洞施工至竖井联络通道处时间为2022年4月13日，再施工联络通道、竖井导孔、导井、扩挖等，时间2019年3月，完成时间在2023年11月4日方可为中导洞、正洞提供排烟通道。

（3）因此，1#竖井采用正井法可提前约18.5月为中导洞、正洞提供排烟通道，解决隧道正洞排烟难题。采用正井法从工期角度、从为正洞和中导洞提供排烟通道，解决正洞及中导洞施工通风技术难题大大优于反井法。

（4）从整体施工进度而言，反井法施工工期稍短于正井法施工工期，但考虑到反井法施工应用先决条件是中导洞施工至联络通道位置，通过联络通道提供条件进行反井法施工。

（5）竖井施工方案比选重点参考因素：重点应考虑竖井为正洞、中导洞提供排烟通道，解决中导洞、正洞施工通风技术难题。通过整体工期计算，正洞进口端施工至联络通道位置时，竖井采用正井法施工（含联络通道施工）已施工完毕;而竖井采用反井法施工，待中导洞TBM施工至联络通道后，才开始施工竖井。因此，正井法施工竖井较反井法施工竖井可提前18.5月为中导洞、正洞施工提供通风条件。

3.3 安全因素

综合考虑正井法与反井法施工特点，确定其安全因素：

3.3.1 正井法

（1）由于豎井施工深度过大，没有形成施工通风的回路，施工前需要提前通风，排除有害气体，存在安全风险。

（2）出渣需由上部吊运，对起吊设备的安全控制较为严格。

（3）涌水的安全风险较反井法高，提前探知地下水源的能力相对较弱。

3.3.2 反井法

（1）混凝土等材料需从井口吊运，对起吊设备的安全控制较为严格，竖井施工过程中需要对导井进行防护，存在人员、材料等物体坠落安全风险。

（2）竖井涌水后，正洞反坡段排水困难，施工安全风险较大。

注：正井法施工可提前作为应急救援通道。

3.4 环保因素

3.4.1 反井法

导孔施工时，在井口设置临时泥浆池，用于泥浆护壁;

导井施工时，在井口设置水箱，作为钻进过程中钻杆、钻头的冷却，同时在井底设置三级沉淀池。

3.4.2 正井钻爆法

正井钻爆法施工中，仅在钻孔过程中用水，产生污水量小，随出渣可全部运输至井外。

在环保敏感区内施工，正井法较反井法在环保方面较有优势。

3.5 质量因素

正、反井的工法步骤类似，不同的是反井法钻爆时可充分利用导井临空面，爆破时装药量少，对井身周围的岩层扰动相对较小，有利于质量控制[4]。

3.6 造价因素

项目对国内在建个别项目的正井钻爆法及反井扩挖法进行了现场实地调研，其正井法钻爆法、反井扩挖法费用主要由用电、炸药、机械租赁、人工费、临建及便道、进出场及春节停工、混凝土及钢材费用组成，正井法费用约为10.5万元/延米，反井扩挖法费用约为9.7万元/延米。调研项目如表2所示。

因此，正井法施工与反井法竖井施工造价相差不大。

3.7 电力需求调研

正井法与反井法施工竖井电力需求表3所示。

4 总结

通过正井法施工在天山胜利隧道中的运用可以看出，正井法施工不受主洞施工影响而同时施工，且竖井优先于服务隧道和主洞贯通，为竖井为主洞提供通风奠定了坚实基础，从而减少了主洞通风压力。相对反井法、竖向掘进机法施工，正井法施工对隧道主洞施工通风有着超前优势，同时对于长大隧道施工通风有着较大意义，一方面改善了主洞通风效果，同时也间接性提高了主洞施工进度。

参考文献

[1]熊晓杰， 陈文杰.  斜井一次扩挖成型工艺在海蓄电站的应用[J]. 广东水利水电， 2020（10）： 50-52+65.

[2]张朝泽， 杨耀. 浅竖井一次扩挖成型工艺在梅蓄电站的应用[J]. 广东水利水电， 2020（10）： 38-42.

[3]周雄华， 许圣祥， 冷希乔. 深大竖井正井法施工围岩与结构力学特性分析[J]. 现代隧道技术， 2019（S2）： 325-331.

[4]赵志凌. 反井钻机法在竖井施工中的应用[J]. 智能城市， 2019（20）： 180-181.

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