公路隧道豎井施工技術(shù)研究

朱俊峰(中鐵十局集團(tuán)青島工程分公司，山東 青島，266555)

1 緒 論

近20年，隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，公路等級(jí)不斷提高，通車的里程逐年攀升，公路建設(shè)已經(jīng)成為拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支柱產(chǎn)業(yè)。在山嶺和丘陵地區(qū)的公路建設(shè)中，隧道方案以能夠縮短行車?yán)锍?、保障運(yùn)營(yíng)安全、提高線型標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，得到普遍的應(yīng)用，并且越修越長(zhǎng)，規(guī)模越來(lái)越大。許多特長(zhǎng)隧道、雙層隧道、大跨度扁平隧道、盾構(gòu)隧道、沉管隧道、高海拔隧道、寒區(qū)隧道等相繼建成。在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，切實(shí)保護(hù)有限的土地資源和生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略思想指導(dǎo)下，長(zhǎng)大隧道的建設(shè)任務(wù)必然越來(lái)越重，技術(shù)要求越來(lái)越高。本文主要對(duì)公路隧道豎井開(kāi)挖施工方法進(jìn)行研究，介紹公路隧道豎井施工的施工方法，提煉出一套我國(guó)公路隧道豎井施工的成套施工技術(shù)，包括施工方法、設(shè)備配置、工序安排等，并且探討了施工中的安全措施。

2 公路隧道豎井施工技術(shù)——人工導(dǎo)洞先行正洞擴(kuò)大法

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

1）工藝簡(jiǎn)單，大部分渣體自由落入主隧道，不需要大量的提升碴體，快速、經(jīng)濟(jì)、安全；

2）設(shè)備需求簡(jiǎn)單，不需大型的鑿井設(shè)備，不會(huì)造成設(shè)備資源的閑置浪費(fèi)；

3）井筒開(kāi)鑿后立即進(jìn)行初期支護(hù)，等待開(kāi)挖全部井筒后再進(jìn)行永久支護(hù)，簡(jiǎn)化了施工工藝，有利于提高施工速度和降低工程成本；

4）充分利用大斷面作業(yè)空間優(yōu)勢(shì)，采用小導(dǎo)洞先行，為正洞擴(kuò)挖爆破提供了良好的條件，便于中深空爆破，加快決進(jìn)速度；

5）小導(dǎo)洞爆破采用微差毫秒雷管光爆技術(shù)，控制碴體粒徑和光爆質(zhì)量；

6）對(duì)進(jìn)場(chǎng)便道標(biāo)準(zhǔn)要求不高，場(chǎng)地占地少，對(duì)保護(hù)環(huán)境有益。

2.2 適用范圍

根據(jù)國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)目前的施工能力并考慮到經(jīng)濟(jì)因素，本法適用的豎井條件為：

1）廣泛用于地質(zhì)條件為巖質(zhì)的公路、鐵路隧道豎井施工；

2）適用于豎井井筒直徑不小于6m，最大可達(dá)15m以上；

3）豎井深度不大于800m為宜（公路隧道豎井深度一般不超過(guò)800m）。

2.3 工藝流程

采用自上而下人工小導(dǎo)洞施工，再自上而下擴(kuò)孔，通過(guò)小導(dǎo)洞將擴(kuò)孔渣體漏入豎井井底，通過(guò)正洞運(yùn)出。綜合考慮提升出碴能力、施工進(jìn)度、操作空間及擴(kuò)挖時(shí)堵孔的風(fēng)險(xiǎn)等因素，確定小導(dǎo)井（小導(dǎo)洞）的直徑為3m。小導(dǎo)井貫通后進(jìn)行洞口鋼筋混凝土鎖口圈的施工，鎖口完工后開(kāi)始豎井的擴(kuò)挖，擴(kuò)挖自上而下一次成型，爆破后用人工將碴體扒入導(dǎo)井，從井底過(guò)地下風(fēng)機(jī)房用機(jī)械裝運(yùn)出碴。初期支護(hù)緊跟掌子面，一炮（一循環(huán)）一支護(hù)。二襯施工采用吊裝整體模板自下而上施工，距井底30m范圍內(nèi)的混凝土采用垂直泵送運(yùn)輸，30m以上高度的混凝土采用運(yùn)輸筒吊裝。豎井?dāng)U挖施工步驟如下：

1）擴(kuò)挖施工準(zhǔn)備

導(dǎo)碴井完工后，從地面井架安裝穩(wěn)繩至井底，穩(wěn)繩固定在井底地梁上，將吊籠鎖固在穩(wěn)繩上，利用吊籠提升豎井?dāng)U挖井口段施工的材料設(shè)備，備齊材料設(shè)備后進(jìn)行豎井?dāng)U挖。

2）井口施工及地面布置

豎井井口施工工序：拆除導(dǎo)碴井施工井架→井口段擴(kuò)挖→井口段初支→井口段混凝土澆注→安裝井架→安裝吊盤(pán)→井口鎖閉盤(pán)→地面配套設(shè)施豎井口段的穩(wěn)定關(guān)系到整個(gè)豎井的施工安全，一般根據(jù)地質(zhì)情況開(kāi)挖初支深度按5～8m考慮，然后進(jìn)行井口段二次襯砌及豎井配套設(shè)置安裝，二襯施工時(shí)預(yù)留風(fēng)道中隔墻連接構(gòu)件。井架采用VG型井架，地面布置4臺(tái)穩(wěn)車，2臺(tái)雙滾筒提吊盤(pán)，2臺(tái)單滾筒提穩(wěn)繩，1臺(tái)提升絞車（原用導(dǎo)碴井絞車）。

3）豎井?dāng)U挖

擴(kuò)挖施工工序：搭建導(dǎo)碴井封閉蓋→鉆孔→裝藥→拆除導(dǎo)碴井封閉蓋→連線起爆→溜碴→搭建導(dǎo)碴井封閉蓋→初支→清底→井下出碴→下一循環(huán)。采用人工手持鑿巖機(jī)鉆孔，人工裝藥聯(lián)線，孔內(nèi)用非電毫秒雷管，孔外用電雷管連接起爆電纜在井上安全區(qū)起爆。高壓風(fēng)、水管路固定在井壁上隨掘進(jìn)深度下接，風(fēng)管采用φ80，水管采用φ80。作業(yè)工人由吊籠送至作業(yè)面，初支材料由井底運(yùn)至作業(yè)面。井下、吊盤(pán)、井口設(shè)專職信號(hào)工，保證井下、作業(yè)面、絞車的聯(lián)絡(luò)。吊盤(pán)至開(kāi)挖面距離不小于20m，每開(kāi)挖10～15m時(shí)下一次吊盤(pán)。

3 人工小導(dǎo)洞先行正洞擴(kuò)大法施工主要技術(shù)

3.1 導(dǎo)洞直徑的確定及防治堵塞技術(shù)

1）導(dǎo)洞直徑的確定

人工小導(dǎo)洞直徑的選擇原則：在保證一定的作業(yè)空間和溜渣不宜堵塞的情況下，盡可能減小導(dǎo)洞直徑，以達(dá)到快速、經(jīng)濟(jì)的目的。一般的講，小導(dǎo)洞堵塞形式，就堵塞石碴在豎井內(nèi)所構(gòu)成的形狀，大致可分為蓬拱現(xiàn)象、卡塞現(xiàn)象、粘附現(xiàn)象。

導(dǎo)洞的堵塞形式比較多樣，然而也有其規(guī)律性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，粘土覆蓋層在上部，可直接用挖機(jī)從地面取土，不經(jīng)過(guò)導(dǎo)洞下溜，因此因粘附、蓬拱原因造成的堵塞小，而且蓬拱可進(jìn)行人工清理，主要是防止卡塞造成的堵塞。如導(dǎo)洞直徑確定為3.0m，導(dǎo)洞爆破碴體直徑盡可能控制在小導(dǎo)洞直徑的五分之一（60cm）內(nèi)，同時(shí)做好光面爆破，確保導(dǎo)洞的垂直度。

2)處理導(dǎo)洞溜碴堵塞的方法

導(dǎo)洞堵塞處理一般采用爆破處理方法，采取上面吊放炸藥的方式簡(jiǎn)單，處理方便、快捷。在上部爆破不能解決問(wèn)題的情況下可采用土制火箭彈的方式解決：火箭彈采用雙保險(xiǎn)引爆裝置，即導(dǎo)爆管撞針引爆裝置，這種引爆裝置可增加接觸面積，提高爆破作用力。當(dāng)撞針失去作用時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)由導(dǎo)爆管進(jìn)行引爆。

3.2 導(dǎo)洞及豎井?dāng)U挖鉆孔爆破技術(shù)

目前常用的鑿井方法有鉆爆法、凍結(jié)法和鉆井法等，各有適用范圍。公路隧道豎多位巖質(zhì)圍巖，適用鉆爆法開(kāi)挖。針對(duì)先導(dǎo)洞后擴(kuò)挖法豎井施工的工法特點(diǎn)，對(duì)鉆爆質(zhì)量、指標(biāo)在以下兩點(diǎn)要嚴(yán)格要求：

1）小導(dǎo)洞爆破控制粒徑、導(dǎo)洞垂直度、光面爆破是關(guān)鍵，導(dǎo)洞爆破碴體直徑盡可能控制在小導(dǎo)洞直徑的五分之一（60cm）內(nèi)，同時(shí)做好光面爆破，確保導(dǎo)洞的垂直度。為以后正洞擴(kuò)大，避免堵塞創(chuàng)造條件。

2）小導(dǎo)洞施工斷面小，掏槽難度大，斜眼掏槽進(jìn)尺短、效率低，采用大直徑中空直眼掏槽。

3.3 豎井施工提升技術(shù)

1）施工方法簡(jiǎn)介

小導(dǎo)井施工總體上分三階段：①明挖法施工階段：井口段8m，因地質(zhì)條件差，及時(shí)澆筑鋼筋混凝土鎖口圈；②提升系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)施及安全設(shè)施安裝階段；③正常施工階段：鉆爆開(kāi)挖，采用0.7方吊桶單鉤提升，人工裝渣。

2）小導(dǎo)洞井頸段施工要點(diǎn)

①施工前進(jìn)行場(chǎng)地平整，并做好便道和排水系統(tǒng)、硬化場(chǎng)地，做好文明施工；

②為保證地表軟弱層的穩(wěn)定，井頸段應(yīng)盡量以機(jī)械開(kāi)挖為主，盡可能不采取爆破開(kāi)挖；

③視圍巖情況確定臨時(shí)鎖口深度，鎖口底部應(yīng)插入硬巖60cm以上。

4 施工安全技術(shù)措施

4.1 鎖口圈施工安全技術(shù)

1）開(kāi)挖

按施工方案和設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖豎井鎖口，明挖法開(kāi)挖。井口覆蓋層主要巖性為強(qiáng)度較低的含碎石亞粘土，機(jī)械開(kāi)挖為主，人工開(kāi)挖為輔，局部堅(jiān)硬部分輔以小炮。

2）鎖口圈鋼筋混凝土施工

擴(kuò)挖完成后，先進(jìn)行鎖口圈鋼筋混凝土施作，設(shè)計(jì)豎井鎖口圈總高3.5m，鎖口圈采取分層澆筑的施工方法。最后按設(shè)計(jì)要求用C15片石混凝土回填進(jìn)行井口處理。

1）小導(dǎo)洞鎖口

為保證小導(dǎo)井施工時(shí)井口的穩(wěn)定，需在井口設(shè)置臨時(shí)鎖口，鎖口的深度視圍巖好壞情況確定。豎井臨時(shí)鎖口內(nèi)徑300cm，外徑400cmm，壁厚0.5m，采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為防止落石進(jìn)入井內(nèi)，鎖口整體高出原地面100cm。為防止地面雨水進(jìn)入井口施工場(chǎng)地，在臨時(shí)鎖口四周設(shè)置漿砌片石防洪墻。

2）安全防護(hù)設(shè)施

豎井施工，安全第一，為確保安全，自行加工安全防護(hù)籠及防護(hù)盤(pán)。安全防護(hù)盤(pán)采用4mm厚鋼板加工而成，內(nèi)徑設(shè)計(jì)采用直徑φ200cm，要考慮吊桶（φ100cm、高97cm）升降時(shí)的安全距離，采用φ120cm；防護(hù)盤(pán)外徑與井壁保持50cm的安全距離；防護(hù)籠內(nèi)凈高采用250cm，以確保施工人員在護(hù)籠內(nèi)有一定的操作空間。

3）豎井提升安全事項(xiàng)

①上籠前必須檢查吊籠各部件的連接裝置、保護(hù)蓋板、鋼絲繩、風(fēng)水管接頭以及聲光信號(hào)系統(tǒng)和通訊設(shè)施等是否完善、牢固，如有損壞或故障，須經(jīng)處理后方準(zhǔn)作業(yè),否則不得繼續(xù)作業(yè)；

②吊籠必須裝設(shè)由籠內(nèi)人員控制的升、降、停的信號(hào)操縱裝置；

③任何一個(gè)捻距內(nèi)的斷絲數(shù)不得超過(guò)鋼絲總數(shù)的5%，磨損不得超過(guò)原直徑的10%，吊籠提升用的鋼絲繩的安全系數(shù)應(yīng)不小于13；

4.2 豎井?dāng)U挖與二襯施工安全措施

為確保豎井?dāng)U挖與二襯施工的安全，須采取以下防護(hù)措施：

1）為防止人工在豎井?dāng)U挖時(shí)滑入井底，造成安全事故，當(dāng)小導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后，將原來(lái)既有的安全防護(hù)盤(pán)改裝成安全蓋盤(pán)，用來(lái)覆蓋φ3.0m小導(dǎo)洞的洞口。

2）由于二襯施工自下而上進(jìn)行，故安全盤(pán)采用與豎井?dāng)U挖時(shí)相同的規(guī)格，使用時(shí)須確保安全盤(pán)下方凈高不少于2.5m。

3）豎井施工時(shí)，必須采取防止物件下墜的措施。封口盤(pán)上設(shè)井蓋門，井口必須設(shè)置臨時(shí)工時(shí)封口盤(pán)，井蓋門兩端必須安裝柵欄。封口盤(pán)和井蓋門的結(jié)構(gòu)必須堅(jiān)固嚴(yán)密。井內(nèi)作業(yè)人員攜帶的工具、材料，必須拴綁牢固或置于工具袋內(nèi)。

4）井口擴(kuò)挖時(shí)，應(yīng)遵守下列規(guī)定：

①在含水表土層施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)架設(shè)、加固井圈，加固好密集背板并采取降低水位措施，防止井壁砂土流失而導(dǎo)致空幫；

②井內(nèi)應(yīng)設(shè)梯子，不得用其他簡(jiǎn)易提升設(shè)施升降人員；

③在流砂、淤泥、砂礫等不穩(wěn)固的含水層中施工時(shí)，必須有專門的安全技術(shù)措施。

④豎井施工應(yīng)采用雙層吊盤(pán)作業(yè)。移動(dòng)吊盤(pán)，要有專人指揮，移動(dòng)完畢必須加以固定，將吊盤(pán)與井壁之間的空隙蓋嚴(yán)，并經(jīng)檢查確認(rèn)可靠，方準(zhǔn)作業(yè)。

⑤整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)，應(yīng)由井口信號(hào)工與卷?yè)P(yáng)機(jī)房和井筒工作面聯(lián)系,井筒內(nèi)每個(gè)作業(yè)地點(diǎn)，都應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的聲、光信號(hào)系統(tǒng)和通訊裝置通達(dá)井口。必須設(shè)井口信號(hào)工。

4.3 鉆爆施工安全措施

1）鉆孔安全保證措施

①鉆眼前，檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，燈光照明是否良好，支護(hù)、頂板及兩幫是否牢固，有無(wú)松動(dòng)的巖石，如有松動(dòng)的巖石及時(shí)支護(hù)或清除；檢查加固操作平臺(tái)，確保鉆眼平臺(tái)不變形不垮塌。

②鑿巖機(jī)鉆眼時(shí)，采用濕式或帶有捕塵器的鑿巖機(jī)。

③風(fēng)鉆鉆眼的支架需確保安置穩(wěn)妥。風(fēng)鉆鉆眼前，檢查機(jī)身、螺栓、卡套、彈簧、支架是否完好，管路是否良好，連接是否牢固，鉆桿有無(wú)不直、帶傷以及釬孔是否有堵塞孔現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不合格的立即修理或更換。

④嚴(yán)禁在殘眼中繼續(xù)鉆眼；嚴(yán)禁在工作面拆卸修理鉆孔工具。

⑤進(jìn)洞施工人員必須戴安全帽、防護(hù)手套、穿工作服；電工和電鉆工穿絕緣鞋和戴絕緣手套。

2）爆破施工安全保證措施

①爆破作業(yè)時(shí)統(tǒng)一指揮信號(hào)，其安全距離符合規(guī)范要求。

②隧道爆破施工由取得“安全技術(shù)合格證”的爆破工擔(dān)任，嚴(yán)格防護(hù)距離和爆破警戒。放炮后10分鐘才準(zhǔn)許人員進(jìn)入工作面，經(jīng)找頂清除危石、錨噴支護(hù)后方能繼續(xù)施工。

③放炮時(shí)間及次數(shù)根據(jù)施工條件明確規(guī)定，裝藥離放炮時(shí)間不應(yīng)過(guò)久。爆破前爆破人員嚴(yán)格檢查爆破網(wǎng)絡(luò)，確保一次起爆。

④遇到照明不足、工作面巖石破碎尚未支護(hù)、發(fā)現(xiàn)、高壓水涌出地段等情況嚴(yán)禁裝藥爆破。

⑤每次爆破后必須經(jīng)過(guò)通風(fēng)排煙，相距時(shí)間不少于15min，并經(jīng)過(guò)以下各項(xiàng)檢查和妥善處后，其它工作人員才準(zhǔn)進(jìn)入工作面：有無(wú)瞎炮及可疑現(xiàn)象，有瞎炮必須由原爆破人員按規(guī)定處理；有無(wú)殘余炸藥或雷管；頂板兩幫有無(wú)松動(dòng)石塊；支護(hù)有無(wú)損壞與變形。

⑥裝炮時(shí)嚴(yán)禁火種，嚴(yán)禁明火點(diǎn)炮，嚴(yán)禁裝藥與打眼同時(shí)進(jìn)行。

⑦兩端工作面接近貫通時(shí)，加強(qiáng)兩端的聯(lián)系與統(tǒng)一指揮。當(dāng)兩端工作面距離保持20m以上，停止一端作業(yè)，并將人員機(jī)具撤走，在安全距離處設(shè)立警告標(biāo)志。

⑧抓好現(xiàn)場(chǎng)管理，搞好文明施工。現(xiàn)場(chǎng)必須燈明、路平、無(wú)積水，對(duì)易燃、易爆等危險(xiǎn)品按規(guī)定保存和堆放，并進(jìn)行標(biāo)示，嚴(yán)格發(fā)放制度。切實(shí)作好防洪、防火、防中毒等工作，杜絕重大傷亡，減少一般性事故。

5 結(jié) 論

隨著交通業(yè)的發(fā)展，大直徑豎井的建設(shè)將會(huì)日益增多在公路隧道豎井施工領(lǐng)域目前還沒(méi)有廣泛采用。簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的工法是目前公路隧道豎井施工最合理的方法。本文對(duì)特長(zhǎng)公路隧道豎井施工的各種方法進(jìn)行了分析和總結(jié)，總結(jié)出了特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)豎井先導(dǎo)井、后擴(kuò)挖施工工法，并且討論了施工中的主要技術(shù)以及安全措施，希望在該類隧道施工領(lǐng)域有所幫助。

[1]李文俊.夾活頁(yè)特長(zhǎng)公路隧道豎井設(shè)計(jì)及施工方法探討.公路.2006/5

[2]常民生、趙中宇.超深豎井快速掘進(jìn)施工新法.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào).2003/12