杨康

摘要：文章以昌宁隧道通风竖井为研究对象，从正井法施工的场坪布置、机械设备组合、开挖及初期支护工艺、二衬滑模施工及竖井测量方案等方面，介绍了大直径深竖井正井法施工技术，并借鉴煤矿井筒井壁支护工艺，将锚喷联合支护优化为模筑混凝土，实际应用效果较好，可为山区高速公路隧道施工提供借鉴。

关键词：竖井;正井法;锚喷支护;模筑混凝土;滑模;测量

中国分类号：U455.8

0引言

随着中国高速公路建设发展，长及特长隧道建设越来越多。通风是制约长大高速公路隧道建设的主要因素之一，特长深埋隧道通常采用竖井分段式纵向通风，竖井工程对长大高速公路建设至关重要。竖井作为一种特殊的结构形式，施工技术难度大、设备投入多、安全管理风险高，因此开展复杂地质条件下高速公路特长隧道竖井施工成套技术研究，对于推动国内公路交通领域建设发展具有重要的现实意义。

已有学者和建设者对竖井理论和施工技术开展了一系列探讨和研究[1-7]，但仅针对某一个分项，目前尚未形成整套竖井施工工艺。本文以昌宁隧道通风竖井为研究对象，从场坪布置研究、机械设备组合、开挖工艺及初期支护优化、二衬滑模施工及竖井测量方案等方面进行探讨，为山区高速公路隧道竖井施工提供借鉴。

1工程概况

昌宁隧道位于云南省保山市昌宁县境内，为分离式隧道，左线长5 452 m，右线长5 425 m。受昌宁隧道出口展线影响，隧道纵坡为2.3%（进口往出口下坡），隧道内的通风方案为：左线分两段送排式通风+右线全射流纵向式通风（设置排烟通道连接排风道），因此需设置一座通风竖井。

竖井设置在隧道右洞YK30+500左侧5 m，距离昌宁隧道昌宁端约2.9 km。竖井平面布置如下页图1所示。竖井深253 m，内径9.2 m，外径10.4 m，围岩级别以Ⅲ级为主，Ⅳ级、Ⅴ级为辅。根据竖井施工涌水量评价资料，井筒涌水量为21.38 m 3/h，钻孔施工期间测得地下水稳定水位埋深为185 m。

2场坪布置

场坪四周利用纵坡及横坡自然排水，最大限度利用原有排水系统。临时施工场地布置在竖井井口，场地内设绞车、井架、料场、水泥库、钢筋加工棚、机械修理车间等。综合考虑了道路交通、供水用电及排水排污，减少对周围环境干擾，结合工程进度要求，对施工场地进行优化布置。

3机械设备组合

竖井工程建设一般由凿岩、装岩提升、喷浆支护等工序组成。对竖井整体工程总设计优化，主要是施工机械整体优化配置，既可压缩缩短施工工期，也可获得良好的经济效益。

3.1竖井施工系统设计

3.1.1起重提升系统

据通风竖井井筒的施工特性，选用矿用Ⅴ型凿井井架、两套提升单钩、两台提升绞车、5 m 3和4 m 3洞渣双吊桶。井口天轮平台布置如图2所示。

3.1.2工作吊盘

为克服井壁修整、井壁质量检测等工作平台狭窄难题，采用工作吊盘，分上下两层给现场作业人员带来了安全可靠的高空操作作业平台。

3.1.3人员、物料上下提升

（1）提升工具选择。人员、物料提升采用不同功能提升吊桶，禁止“一桶两用”。

（2）提升信号及悬吊信号系统。信号系统采用声、光结合信号装置。由于井筒提升采用双钩提升，为避免信号发送和接收出现混乱，主提升和副提升采用两套独立信号装置。

3.2打孔钻眼

为避免围岩遭受爆破或者振动损伤，常采用中深孔光面爆破施工方法，由导爆针起爆，380 V动力电源地面放炮。竖井开挖钻孔打眼采用SJZ6.10型伞形钻架，配6台凿岩机，眼深4.5 m，炮眼直径为55 mm，炸药使用抗冻T220水胶炸药，采用50 mm药卷，药卷长500 mm，1～6段导爆管脚线长6 m。

3.3出渣

Ⅴ级、Ⅳ级围岩段岩体破碎，分单元开挖，采用小型挖机+吊桶出渣作业;Ⅲ级围岩整体性较好，采用中深孔光面爆破法施工。由于单次挖方量较大，由1台HZ-6型中心回转抓岩机装罐，双钩提升绞车配4 m 3吊桶提升。翻洞渣为人工挂钩式，洞渣经溜槽直接溜入储渣区，由渣土车运至弃土场存放。

3.4通风方式

按照工程实际需求，采用压入式通风，在竖井井口安装压入式风机2台，井外风筒直径为1 m，井内渐变至直径为0.6 m。风筒沿井壁挂设，每隔1 m设一道卡，通过管卡将管路与钢丝绳固定在一起，通至离井内掌子面30 m范围，用压入式风机输送新鲜空气。爆破后，用压入式风机送风排烟，通风30 min后人员方可下井。

3.5排水

井筒布设159 mm×5 mm型管路作为正常排水管路。另外，为防止掌子面涌水量突然增大，设置219 mm×5 mm喷射混凝土输送管作为备用应急排水管路。在安装排水泵管网时设置排水管的并联装置，应急时及时安装连接到位和使用。

4开挖工法及初期支护

4.1明洞施工

明洞开挖前，由专业测量人员结合实际地形放出开挖坡口线，并做出明显标记，按照设计坡比开挖。井筒四周采用整体式纵坡排水，汇入一侧排水沟，借助排水沟底纵坡自然排水，避免场地内雨水汇集至开挖明洞。

[HJ1.65mm]

开挖成型后，施作钢筋混凝土锁口井圈、锁口盘。养护达到规定强度后，回填土体至井口标高并夯实，在井口处设置防护栏并将周边地表硬化，同时施作提升架的混凝土基础。

4.2Ⅴ级、Ⅳ级围岩段施工

（1）掘进。Ⅴ级、Ⅳ级围岩段岩体破碎，分单元开挖，采用小型挖机出渣，开挖单元划分如图3所示。小型挖掘机先开挖①单元，用于查看地质情况并将四周地下水汇集到坑内抽排，按设计单元依次支护开挖，人工修整井壁。

（2）出渣。小型挖掘机装渣至吊桶，由绞车进行渣土垂直提升转运，吊桶到达指定位置后，通过卸载装置将洞渣顺溜槽溜至地面临时存渣区，采用18 t自卸车运至弃渣场。

（3）初期支护。采用锚杆+钢筋网+钢拱架+喷射混凝土联合支护。采用25 mm砂浆锚杆，梅花形布设，间距为120 cm×100 cm，可根据岩层产状适当调整锚杆位置和方向。

4.3Ⅲ级围岩段施工

（1）掘进。Ⅲ级围岩整体性较好，开挖打眼采用SJZ6.10型伞形钻架，配6台凿岩机，中深孔光面爆破施工。利用整套系统进行开挖，如图4所示。

（2）装岩出渣。采用1台HZ-6型中心回转抓岩机装罐，双钩提升绞车配4 m 3吊桶提升。翻洞渣为人工挂钩式，洞渣经溜槽直接溜入储渣区，运至指定弃渣场地。

（3）初期支护。采用锚杆+钢筋网+钢拱架+喷射混凝土联合支护。25 mm砂浆锚杆梅花形布设，间距120 cm×100 cm，结合岩层产状适当调整位置和方向。

（4）喷射混凝土。喷射作业自下而上，先喷射钢架支撑与井壁间混凝土，后喷射两钢架间混凝土。为减小喷射混凝土回弹量，可掺加适当速凝剂。喷射混凝土总厚度不小于设计要求。

5初期支护工艺优化

5.1优化目的

竖井初期支护施工大多采用锚喷工艺，由于初支暴露时间长，喷射混凝土易掉块，存在极大的安全隐患。昌宁隧道竖井借鉴矿山竖井施工经验，Ⅳ级、Ⅲ级围岩初期支护结构采用模筑混凝土替代传统挂网锚喷联合支护，极大地加快了施工进度并改善了初期支护质量，同时降低了建设成本。

5.2工艺流程

模筑混凝土施工工艺流程如下页图5所示。

5.3控制要点

5.3.1混凝土防离析措施

由于落差较大，混凝土易离析，粗骨料易堵管，灰浆滞后粘管凝结，影响混凝土浇筑质量，是大落差向下输送混凝土的施工难点。

为解决这一难题，研发了一套超高垂距深竖井输送混凝土工艺。通过在无缝钢管内部设置缓冲装置，采用分灰器、活节管分层，对称浇筑初期支护混凝土，最大限度保障初支混凝土施工质量。

5.3.2模筑混凝土初支面接茬处渗水处理

竖井井壁渗水是竖井施工常见现象。由于采用模筑混凝土施工初期支护，初支背后裂隙水无引排措施，随着竖井向下掘进、水压增大，初支背后裂隙水在压力作用下沿缝隙渗出，影响施工进度和结构安全。

采用矿用封孔器配合注浆设备进行注浆堵水施工，不仅能缩短注浆施工周期，减少材料成本投入，又能最大限度保证注浆质量，降低返工处理风险和额外成本投入，取得良好的经济效益。

6二衬及中隔板同步滑模施工

6.1工艺简介

竖井正向扩挖成井后，经充分考虑工程建设安全、质量、工期等因素，采用滑模法由井底向井口同步施工二衬和中隔板（圖6、图7）。

利用液压滑升模板自下而上连续砌筑内壁混凝土。混凝土经过溜灰管下放，到吊盘上经分灰器、活节管入模。

6.2工艺流程

二衬滑模施工工艺流程包括滑模组装、测量放线、调试定位、防水板挂设、混凝土浇筑、下循环模板滑升等。

（1）滑模组装。滑模组装在竖井底联络通道内进行。竖井滑模由钢管承重支架、井面封闭钢桁架平台、安全盘、滑升操作上平台、混凝土修饰下平台组成。

（2）测量放线。在竖井井筒放出竖井轴线、边线、模板上围圈边线及标高，放线后经有关人员检查验收无误后可进行模板组装。

（3）调试定位。模板组装完成，经复测验收合格后，进行试运行，接上油路进行耐压、排气、爬升检测，检测合格后方可投入使用。

（4）防水板挂设。借助滑模顶面平台，作业人员站在梯子上挂设竖向透水管及环向分离式防水板。防水板用热合爬焊机焊接，每次挂设高6 m。

（5）混凝土浇筑。混凝土从井口顺井壁安装的下料管经减速器后，进入作业面，下料管最后12 m采用软管，便于作业人员将混凝土直接放入与下料管距离较远部位。采用振动棒插入振捣，混凝土浇筑分层厚度≤30 cm。

6.3滑模中线控制

为确保结构中心不发生偏移，利用地面全站仪定出中心点，钢丝绳悬挂60 kg锤球进行中心辅助控制，在井口平台梁下部井壁固定激光指向仪进行滑模位置控制，利用液压千斤顶同步器和水准仪进行滑模水平控制。

7竖井测量方案

7.1井壁监测

（1）初期支护结构完成后，采用6 mm钢筋加工监控量测点，全长约30 cm，其中一端加工成圆弧状便于挂钩，观测支护结构动态变化，并及时分析处理量测数据，掌握围岩和支护结构变形动态信息，确保竖井施工质量和安全，指导后续施工安排。

（2）竖井监控量测点采用十字线法布设，开始10 d每天测量一次，观测围岩收敛情况。根据测量数据，若围岩处于稳定状态，减小测量频率;若围岩收敛情况变化大，立即加大测量频率。

（3）根据围岩情况，不同断面监控量测布点应布置在相同部位，尽量对称布置，两线接近垂直布设，以便数据相互验证。Ⅴ级围岩布点断面间距5 m，Ⅳ级围岩布点断面间距10 m，Ⅲ级围岩布点断面间距15 m。测点布设如图8所示，钩挂加工如图9所示。

7.2地表监测

（1）近点观测。

地面近井点利用精密导线测设，构成附合导线或闭合导线。高程近井点利用二等水准点直接测定，构成附合、闭合水准路线。地表观测点埋设在竖井中心线外轴线上。

（2）定向观测。

竖井施工完成至设计标高时，采用投点定向法进行定向测量。在竖井中通过激光投入两个激光点，要求两个激光点定向与井下横通道开挖方向一致。两个激光点与地面控制点共线，井上起始方位通过激光传入井下，在井下确定控制点平面位置。

8结语

随着国家高速公路路网日益完善，山区特长隧道占比越来越大。本文通过昌宁隧道竖井实践，从策划阶段到实施阶段、从施工准备到方案实施形成比较完备的施工组织设计体系，通过优化组合机械设备、人员配备、施工工艺，既保证竖井施工进度，又降低成本投入，达到安全、快速、高质量推进竖井建设的目的。

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