節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖區(qū)小直徑深豎井施工工藝

彭 丹，王 灝，汪慶桃，李 梁，王 標(biāo)

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長沙 410004；2.國防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南長沙 410007)

節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖區(qū)小直徑深豎井施工工藝

彭 丹1，王 灝1，汪慶桃2，李 梁1，王 標(biāo)1

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長沙 410004；2.國防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南長沙 410007)

節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖地區(qū)80m深豎井的開挖過程存在著較大的困難。長沙市某森林防火監(jiān)測站項(xiàng)目的豎井工程施工場地嚴(yán)重受限、大型機(jī)械設(shè)備無法上山、不能大面積破壞植被，針對施工條件的制約，制定了合適的深豎井的施工流程及工藝，采取了一系列保證豎井開挖質(zhì)量及安全的措施。實(shí)踐表明，該施工工藝安全可行，可為類似工程提供借鑒。

深豎井；施工流程；施工工藝；安全措施

1 工程概況

長沙市森林防火監(jiān)測站項(xiàng)目位于長沙市大河西先導(dǎo)區(qū)岳麓山后山，隧道呈東西走向，中部(山頂)最高海拔達(dá)182m，隧道長約470m。項(xiàng)目設(shè)計深豎井5處，最大深度達(dá)80m，最小深度40m，豎井設(shè)計為開挖直徑2.5m的圓形斷面。

本工程所處場地為丘陵地貌，根據(jù)地勘報告及前期平洞開挖圍巖揭露情況判斷，基巖基本為全風(fēng)化－微分化的極軟巖或堅硬巖的砂巖或板巖，主要為Ⅲ－Ⅳ級圍巖，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖夾層。場地所在范圍內(nèi)沒有明顯的含水地層，地表水主要為賦存于表層第四系土中的上層滯水及基巖的裂隙水，水量均較小。

2 工程特點(diǎn)及施工總體方案

2.1 工程特點(diǎn)

(1)由于巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含夾層，豎井開挖過程中，容易造成的安全問題。因此施工中要注意監(jiān)察圍巖類別、地質(zhì)條件、節(jié)理裂隙、地下水滲漏等情況，進(jìn)行必要的監(jiān)測，及時記錄并整理，同時，支護(hù)必須及時跟上。

(2)通風(fēng)與除塵是豎井開挖的一個重要工序，它能有效排除炮煙粉塵及有害氣體，對于改善施工環(huán)境，保障施工人員身體健康，縮短循環(huán)時間，加快施工速度有著重要意義。對于深達(dá)80m的深豎井，通風(fēng)除塵問題將面臨著極大的困難。

(3)深井出渣是施工中很重要的一環(huán)，對于高達(dá)80m的深井，出渣必然成為一個難點(diǎn)，而且由于此山為風(fēng)景名勝區(qū)，不能對植被造成較大的破壞，所以渣土的轉(zhuǎn)運(yùn)或者堆放必然也成為一個困難點(diǎn)。

目前，對于深豎井施工，國內(nèi)外常見工藝為人工配合小型機(jī)械進(jìn)行的吊籃開挖法、反導(dǎo)洞法[1-6]；對于節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖地區(qū)深豎井施工可參照的施工工藝尚且較少。由于工程所在地條件受限，一般機(jī)械無法上山，設(shè)備只能拆解后采用騾馬或人工通過修筑的簡易便道分批裝運(yùn)上山后在山上重新拼裝。工程存在工期緊、要求對當(dāng)?shù)刂脖黄茐男〉缺姸嗖焕蛩?，因此決定采用反向施工工藝。

2.2 反向施工工藝的特點(diǎn)

(1)所用機(jī)械搭配簡單，為傳統(tǒng)簡單機(jī)械，無須大規(guī)模破壞植被用于修筑便道方便大型機(jī)械上山；施工效率高，施工速度快、單循環(huán)進(jìn)尺大。

(2)出渣方便，直接自平洞出渣，不需借助卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行人工裝桶出渣；對山體植被破壞小，不會出現(xiàn)堆渣對周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞的情況，在豎井未轉(zhuǎn)入正向開挖前，安全警戒相對較小，可有效減少因放炮對周邊環(huán)境產(chǎn)生的干擾。

(3)安全風(fēng)險較小，特別是通過通風(fēng)孔(透氣孔)能有效解決坑道內(nèi)反道施工超過20m后缺氧的情況。

(4)無須眾多材料設(shè)備上山，大部分材料都可由平洞轉(zhuǎn)入，減少材料轉(zhuǎn)運(yùn)的時間及費(fèi)用。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

施工順序如圖1所示，施工時，各階段級級緊跟，在保證安全前提下控制好施工進(jìn)度，確保施工安全與質(zhì)量。

圖1 深豎井反向掘進(jìn)施工工藝流程

3.1 通風(fēng)孔鉆孔

深井鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)打通風(fēng)孔。地質(zhì)鉆采用人工拆卸地質(zhì)鉆機(jī)，人工挑運(yùn)上山，山上拼裝完成后鉆進(jìn)Φ105mm通風(fēng)孔，為減少因鉆桿數(shù)量過多引起的累積誤差，單根鉆桿長度保證在5m以上，為規(guī)避由于豎井內(nèi)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中容易出現(xiàn)斜孔的問題，鉆進(jìn)開始前對鉆機(jī)平臺進(jìn)行夯實(shí)處理，適當(dāng)位置打設(shè)錨桿固定平臺，鉆進(jìn)的過程中控制好鉆進(jìn)速度，并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控，每隔10m利用塑料布結(jié)合水銀對傾斜度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)傾斜角度過大將空孔進(jìn)行回填部分后重新鉆進(jìn)，確?？籽鄄荚O(shè)在豎井范圍內(nèi)。鉆孔結(jié)束后在通風(fēng)孔內(nèi)插入Φ75PVC管，PVC管口高出原地面25～30 cm，管口處采用無紡布包裹。共鉆3個通風(fēng)孔，導(dǎo)洞開挖及通風(fēng)孔位置如圖2所示。利用通風(fēng)孔鉆孔的導(dǎo)向及上下兩端位置的準(zhǔn)確性，結(jié)合三角測量的方法，解決導(dǎo)洞內(nèi)測量放樣難以操作的問題。

3.2 馬頭門支護(hù)

馬頭門是豎井與平洞交接處的一段，豎井施工前須對該處進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，在靠近豎井位置立設(shè)4～6榀鋼拱架加強(qiáng)，鋼拱架間距0.5m，型鋼拱架支護(hù)參數(shù)參考如下:250mm厚噴射砼；Φ20mm錨桿長度2.0m，橫向間距1.0m，縱向間距0.5m；Φ8mm× 250mm×250mm鋼筋網(wǎng)片。

3.3 反向開挖

(1)平臺搭設(shè)。橫洞底部平臺:平洞底部采用I18工字鋼結(jié)合方木作為底部支撐平臺，平臺采用Φ22mm×2.6m的錨桿固定，一側(cè)留設(shè)寬度不小于50 cm進(jìn)人通道。反向開挖過程中平臺搭設(shè):首先搭設(shè)固定錨桿，采用氣腿式鉆機(jī)，每隔2m打設(shè)橫向8根長度Φ32mm×750mm的圓鋼錨筋，錨孔內(nèi)塞滿錨固劑，外露部分焊接Φ20mm豎向鋼筋用于固定松木；松木上下兩層共4根，松木與松木之間采用Φ 6.5mm鐵絲及馬釘固定牢固，并與Φ32mm錨筋卡牢；在松木板上鋪設(shè)厚度不小于5 cm厚的模板用于人工作業(yè)；為確保施工安全，在作業(yè)面以下2m位置設(shè)置另一道安全防護(hù)欄。

圖2 導(dǎo)洞開挖及通風(fēng)孔位置示意

(2)鉆孔爆破。采用氣腿式鉆機(jī)GY450型進(jìn)行鉆孔，根據(jù)巖石破碎情況，孔深控制在1.2～1.8m，孔距0.4～0.6m。采用平行孔掏槽方式進(jìn)行掏槽。炸藥單耗為0.4～1.0 kg/m3。根據(jù)孔的深度和部位分別采用連續(xù)裝藥和間隔裝藥2種裝藥方式，炮口部采用黃泥進(jìn)行填塞，為了控制爆破對周邊圍巖的擾動，采用毫秒微差導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，連接方式采用簇連。

(3)排險。節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)爆破后，兩側(cè)及頂部圍巖很容易出現(xiàn)掉塊及石方高處墜落等險情，故爆破后，一定要特別注意排險。要把松散的巖石排除徹底，以防止在下一個循環(huán)作業(yè)時出現(xiàn)石塊掉落的現(xiàn)象。

(4)頂部防護(hù)臺架的搭設(shè)。在施工過程中、尤其是鉆孔時，極有可能出現(xiàn)掉塊、小范圍垮方事件，故在打鉆開挖各道工序開始的過程中采用Φ48mm ×3.5mm鋼管結(jié)合Φ10mm鋼筋焊接成的網(wǎng)片搭建簡易防護(hù)棚，打鉆時鉆桿通過鋼筋網(wǎng)片間隙進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

3.4 臨時支護(hù)

由于豎井內(nèi)初期支護(hù)為錨噴支護(hù)，考慮斷面狹小，噴漿支護(hù)需要一定的安全距離且對通風(fēng)要求很高，在豎井打通前，豎井內(nèi)錨桿施工及鋼筋網(wǎng)片能正常施工，但噴漿作業(yè)卻很難進(jìn)行。施工時，為確保豎井內(nèi)安全，采用如下處理措施:圍巖情況較好的情況下，采用SNS密閉金屬網(wǎng)結(jié)合錨桿對豎井壁進(jìn)行臨時支護(hù)，圍巖情況較差時，打設(shè)型鋼拱架結(jié)合錨桿、鋼筋網(wǎng)，進(jìn)行臨時加固。

3.5 正向開挖

考慮到巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，表層風(fēng)化嚴(yán)重，為了安全起見，在反向開挖到離地面15m處時停止，剩余段采用正向開挖。采用人工配小型卷揚(yáng)機(jī)的方式出渣，并臨時堆放在洞口周圍，等洞口貫通以后再溜放到豎井內(nèi)，從平洞出渣。

3.6 擴(kuò)挖及支護(hù)

擴(kuò)挖按照2m一級進(jìn)行控制，分級擴(kuò)挖，分級支護(hù)，由于噴漿高度很高，施工時，空壓機(jī)風(fēng)壓要求較大，根據(jù)本工程經(jīng)驗(yàn)，80m豎井單洞須1臺7G/22m3、1臺7G/11m3空壓機(jī)同時供風(fēng)才能保證噴漿所需風(fēng)量。

3.7 監(jiān)控量測

豎井監(jiān)控量測每5m一個斷面埋設(shè)兩對收斂點(diǎn)，在開挖后立即埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測開挖過程中的巖層變形情況及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化趨勢，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)安全與否，量測頻率見表1。

表1 豎井收斂觀測頻率

4 保證豎井開挖質(zhì)量、安全的措施

(1)開挖施工前，由施工單位編寫施工技術(shù)及組織方案，并由工程管理部門審核和批準(zhǔn)。施工單位要組織技術(shù)交底和質(zhì)量交底，使所有施工人員尤其是關(guān)鍵崗位上的施工人員，能明確了解各自的工作內(nèi)容和相關(guān)的質(zhì)量要求。

(2)在施工中應(yīng)密切注意掌子面情況，要保護(hù)好測量控制點(diǎn)和監(jiān)測設(shè)施，防止被破壞，并定期復(fù)核、檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時封閉。

(3)在進(jìn)行爆破作業(yè)前，必須放試驗(yàn)炮，對爆破參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)爆破參數(shù)設(shè)計。

(4)開挖時，要密切注意地質(zhì)條件的變化，并根據(jù)爆破效果及監(jiān)測結(jié)果，調(diào)整爆破參數(shù)、施工工序、支護(hù)型式等，以確保施工滿足工程的質(zhì)量、進(jìn)度和安全要求。

(5)反向法施工時，雖然頂部有鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，但不排除爬升通道中部分區(qū)段氧氣供應(yīng)不足的情況，故人員操作上升過程中，隨身攜帶自空壓機(jī)風(fēng)炮頭分出的小型送風(fēng)管，施工人員進(jìn)入工作面之前，必須先開動鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)5 h以上，確認(rèn)工作面已將煙塵排除干凈后，施工人員才能進(jìn)入工作面。在施工人員撤出工作面之前，不得停止空壓機(jī)(鼓風(fēng)機(jī))供風(fēng)，以保證工作面有新鮮空氣補(bǔ)給。當(dāng)施工人員在進(jìn)入工作面的途中，認(rèn)為工作面煙塵尚未排除干凈或無足夠新鮮空氣，可返回安全地帶，延遲進(jìn)入工作面的時間。

(6)爆破后，要開動空壓機(jī)，向豎井工作面供風(fēng)，以排除豎井內(nèi)的煙塵，通風(fēng)30min以上并確認(rèn)已將下平洞內(nèi)煙塵排除干凈后，出渣人員才能進(jìn)入出渣，豎井通風(fēng)仍應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行5 h以上，以切實(shí)保證將洞內(nèi)的煙塵排除干凈，尤其當(dāng)豎井施工至20m以上時，還要適當(dāng)延長通風(fēng)時間。

(7)由于豎井深度較大，進(jìn)入豎井工作面進(jìn)行施工時，必須有兩人以上，否則不得進(jìn)入工作面內(nèi)進(jìn)行施工，人員爬升豎井時須帶好安全帶，操作當(dāng)天身體狀況欠佳時，嚴(yán)禁帶病上班。

(8)每排炮施工后，安全員要帶領(lǐng)施工人員對已開挖段進(jìn)行安全處理，清除松動巖石，當(dāng)確認(rèn)安全后，才能進(jìn)行下道工作施工。

(9)反道施工人員需佩戴專業(yè)鋼盔及防護(hù)用品進(jìn)行作業(yè)施工，未穿戴好不可進(jìn)入施工現(xiàn)場。

(10)施工時在豎井井圈周圍設(shè)隔離帶并懸掛醒目標(biāo)志，井下有人員作業(yè)時安排專人管理井頂送風(fēng)，夜間井圈附近設(shè)警示燈。

(11)在豎井井口四周挖排水溝，將豎井部位的地表水引向洞外，以防止雨水直接沖刷洞壁，惡化圍巖的穩(wěn)定。

(12)嚴(yán)禁向豎井內(nèi)拋扔雜物，吊斗下嚴(yán)禁站人，進(jìn)入施工場地必須正確佩帶安全帽。

(13)電焊機(jī)使用前檢查各部件是否完好，地線是否焊接。接電源時應(yīng)注意電源電壓與本機(jī)相符，必須裝有漏電保護(hù)裝置。正確使用焊鉗，手不得觸摸焊鉗頂端，焊接時必須使用面罩，戴上電焊手套。在露天作業(yè)時必須加蓋防雨設(shè)施以防受潮。作業(yè)結(jié)束后切斷電源，收好電線并防止雨水。

(14)卷揚(yáng)機(jī)作業(yè)前，檢查卷揚(yáng)機(jī)與地面固定情況，防護(hù)設(shè)施、電器線路、接地線、制動裝置和鋼絲繩等全部合格后方可使用，鋼絲繩必須嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)每次施工前進(jìn)行檢查，不得存在任何安全隱患。在操作桿行程范圍內(nèi)不得有障礙物。作業(yè)中，不得跨越鋼絲繩，操作人員不得離開。作業(yè)完畢，應(yīng)斷開電源，鎖好開關(guān)箱。

(15)因豎井內(nèi)空間狹小，噴漿人員除佩戴正常的專用防護(hù)用品外，還需佩戴護(hù)目鏡，避免傷害到眼睛。

(16)建立良好的通訊系統(tǒng)，每個施工隊(duì)伍要配備對講機(jī)或有線電話。

5 總結(jié)與體會

(1)該工藝不受大型機(jī)械設(shè)備無法上山的約束、對當(dāng)?shù)刂脖黄茐男?、工期履約壓力較小。

(2)該施工工藝的相關(guān)人員和機(jī)械組合、具體施工工藝、監(jiān)控量測等都能為類似工程提供參考。

(3)反向開挖至距離豎井頂部較近時，頂部圍巖的變形帶有突然性，必要時應(yīng)該加強(qiáng)臨時支護(hù)以及監(jiān)控量測工作。

(4)本深豎井施工工藝適用于節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖地區(qū)深豎井反道施工，稍作調(diào)整，也可以應(yīng)用于整體性較好的隧道40～90m豎井開挖。

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2015-05-04)

彭 丹(1984－)，男，工程師，主要從事地下工程的施工與管理，Email:35016567＠qq.com。