翠云山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)與施工方案

崔柔柔

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 石家莊市 050011)

0 引言

隧道我國山區(qū)高速公路修建，長(zhǎng)大隧道通風(fēng)方案已經(jīng)成為關(guān)系隧道工程建設(shè)、投資和運(yùn)營(yíng)的重大影響因素。隧道機(jī)械通風(fēng)方式分為縱向式、半橫向式、橫向式和組合通風(fēng)方式，其中縱向式通風(fēng)因其工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)低的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為長(zhǎng)大隧道通風(fēng)方式的首選。我國部分長(zhǎng)大公路隧道通風(fēng)方案如表1所示。

表1 國內(nèi)部分長(zhǎng)大公路隧道通風(fēng)方案[1-6]

1 項(xiàng)目概況

延慶至崇禮高速公路河北段翠云山特長(zhǎng)隧道起點(diǎn)位于距離崇禮縣棋盤梁村北1.2km處，終點(diǎn)位于距離崇禮縣窄面溝村東南1km處，為分離式隧道，左幅長(zhǎng)8402m，右幅長(zhǎng)8438m。隧址區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候中溫帶亞干旱區(qū)，年平均氣溫3.7℃，年平均降雨量483.3mm，降雪早，全年積雪1.5m左右，最大凍土深度192cm。隧道地處冀北山區(qū)，巖性以花崗巖及變質(zhì)片麻巖、花崗片麻巖為主，隧址區(qū)地形起伏較大，溝壑較發(fā)育。隧道區(qū)地表標(biāo)高為1578.3～2127.9m，隧道最大埋深約440m。

在翠云山特長(zhǎng)隧道右幅K99+787.91右側(cè)105m處設(shè)置通風(fēng)豎井一座。通風(fēng)豎井所在位置緊鄰翠云山森林公園，植被茂密，森林覆蓋率達(dá)85%，主要以落葉松為主。

本隧道采用直徑7m的通風(fēng)豎井，深422.5m，巖性以片麻巖為主，其中Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)21.5m，Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)203m，Ⅲ圍巖長(zhǎng)198m。通風(fēng)豎井支護(hù)結(jié)構(gòu)由初期支護(hù)及二次襯砌組成。

風(fēng)機(jī)房分為地表風(fēng)機(jī)房、地下風(fēng)機(jī)房?jī)煞N方案[7]，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)、環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等因素，見表2，本隧道采用地下風(fēng)機(jī)房，地下風(fēng)機(jī)房圍巖以Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖為主。

表2 風(fēng)機(jī)房方案對(duì)比表

隧道主洞通過設(shè)置聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與通風(fēng)豎井、地下風(fēng)機(jī)房相連，同時(shí)設(shè)置運(yùn)輸通道與逃生通道，通風(fēng)系統(tǒng)平面布置圖如圖1所示。

圖1 翠云山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井平面布置圖

2 豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 豎井襯砌支護(hù)參數(shù)

豎井內(nèi)輪廓采用直徑為7m的圓形，豎井采用復(fù)合式襯砌。初期支護(hù)采用噴錨襯砌，為保證隧道內(nèi)側(cè)壁光滑，降低通風(fēng)阻力。豎井具體襯砌參數(shù)如表3所示。

表3 豎井復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表

2.2 鎖口設(shè)計(jì)

豎井鎖口(圖2)采用55cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鎖口底部采用擴(kuò)大基礎(chǔ)形式，鎖口主要承受施工期間提升系統(tǒng)、施工車輛和運(yùn)營(yíng)期通風(fēng)塔等荷載。

圖2 豎井鎖口設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

2.3 壁座設(shè)計(jì)

豎井為自下而上澆筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)豎井采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)式，因模筑混凝土與初期支護(hù)間設(shè)有防水層，井壁摩擦力較小，為增加豎井井壁與圍巖相互作用，在豎井結(jié)構(gòu)中設(shè)置井壁基座，壁座采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁座嵌入圍巖內(nèi)。豎井Ⅴ級(jí)圍巖段井壁基座設(shè)置間距為10m、Ⅳ級(jí)圍巖段設(shè)置間距為15m、Ⅲ級(jí)圍巖段設(shè)置間距為30m，壁座設(shè)計(jì)斷面如圖3所示。

圖3 豎井井壁基座設(shè)計(jì)圖

2.4 中隔板設(shè)計(jì)

豎井通過設(shè)置中隔板將豎井內(nèi)輪廓分為送風(fēng)、排風(fēng)兩部分，中隔墻采用25cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，豎井內(nèi)輪廓如圖4所示。

圖4 豎井內(nèi)輪廓斷面圖

3 豎井提升系統(tǒng)選型

3.1 井架

豎井井筒施工采用Ⅳg型井架，為滿足傘鉆懸掛高度，井架基礎(chǔ)加高1.0m。在基礎(chǔ)上方26.97m位置布置天輪平臺(tái),在基礎(chǔ)上方11.6m位置布置翻碴平臺(tái)，布置兩個(gè)碴石溜槽，翻碴平臺(tái)設(shè)置自動(dòng)翻碴裝置，碴石落地后鏟車裝運(yùn)配合翻碴汽車排碴，豎井施工井架如圖5所示。

圖5 豎井施工井架現(xiàn)場(chǎng)照片

3.2 提升設(shè)備

提升系統(tǒng)選用兩套獨(dú)立的單鉤吊桶，主提選用一臺(tái)JKZ-3.2×3/16型礦井提升機(jī)，副提選用一臺(tái)JK-2.5/16型礦井提升機(jī)，主提配用6m3吊桶提升，副提配用3m3吊桶提升。提升天輪直徑采用Φ800mm的MZS2.1-0-1×0.8型鑿井天輪。豎井提升設(shè)備施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖如圖6所示。

圖6 豎井施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖

3.3 封口盤與吊盤

豎井封口盤見圖7，采用鋼結(jié)構(gòu)，盤面鋪設(shè)8mm厚防滑網(wǎng)紋鋼板，各懸吊管線通過封口盤開口處應(yīng)設(shè)置專用鐵蓋板，并確保鐵蓋板封堵嚴(yán)密。井筒掘砌期間采用鋼結(jié)構(gòu)二層吊盤，見圖8，吊盤直徑Φ7.46m，盤間距為4m，采用四根立柱連接。上層盤為保護(hù)盤，下層盤為工作盤，在吊盤開口處設(shè)置中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)。井筒吊盤采用6臺(tái)JZ-16/1300型鑿井絞車懸吊。

圖7 封口盤示意圖

圖8 吊盤示意圖

4 豎井施工方案

通風(fēng)豎井采用“鉆機(jī)反井正向擴(kuò)大法”(反井法)施工，需反井鉆機(jī)引孔、擴(kuò)孔及人工鉆爆擴(kuò)挖，渣體落入井底后運(yùn)出，擴(kuò)挖期間需進(jìn)行初支作業(yè)，二襯由底部向上逐段灌注施工，施工工藝復(fù)雜，施工組織難度大，反井法施工流程如圖9所示。

圖9 反井法施工流程示意圖

4.1 導(dǎo)孔施工

采用BMC600反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，導(dǎo)孔成直徑275mm，導(dǎo)孔與下部已完成開挖的主洞聯(lián)絡(luò)道相通。施工過程中配備蒙德納MDN-48KZ泥漿脈沖隨鉆測(cè)斜儀進(jìn)行及時(shí)糾偏。

偏差主要受圍巖地質(zhì)情況、巖層的走向等因素影響。在超深豎井中，控制偏差是施工難點(diǎn)。在反井鉆機(jī)施工過程中，可通過控制鉆壓、控制轉(zhuǎn)速、合理布置穩(wěn)定鉆桿、加強(qiáng)測(cè)斜和及時(shí)糾偏等措施控制鉆孔偏斜。

4.2 擴(kuò)孔施工

導(dǎo)孔施工完成后，在豎井底部聯(lián)絡(luò)風(fēng)道處安裝擴(kuò)孔鉆頭，采用反井鉆機(jī)擴(kuò)孔Φ2m成井。當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具，直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，慢慢給進(jìn)，確保鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。

4.3 傘鉆正向開挖

豎井開挖采用傘架進(jìn)行鉆孔正向掘進(jìn)，見圖10。待反井鉆機(jī)擴(kuò)孔形成溜渣孔后，在豎井井口安裝提升系統(tǒng)與傘鉆，豎井正向擴(kuò)挖鑿巖設(shè)備采用SJZ-6.10型傘鉆，配備YGZ-70型導(dǎo)軌式獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)。

圖10 傘鉆施工現(xiàn)場(chǎng)照片

豎井開挖采用光面爆破，根據(jù)工作面巖石堅(jiān)硬程度，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，提高爆破效率。直眼分段擠壓式掏槽，掏槽眼、輔助眼和周邊眼嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)鉆孔。施工過程中應(yīng)根據(jù)圍巖情況，不斷優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，提高鉆眼，以提高爆破效果，確保光爆成型。

提升系統(tǒng)放至井底蓋住溜渣孔，防止打眼過程中人員墜落意外的發(fā)生，并為傘鉆提供操控平臺(tái)。將吊盤、溜渣孔井蓋及其它設(shè)備提至距離井底工作面40～50m的安全高度，并將溜渣防堵塞吊籠下放至掏槽眼底部下30cm處，進(jìn)行起爆。

起爆后，井內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)排煙，排煙結(jié)束后緩慢將溜渣防堵塞吊籠提起，將爆破渣體通過防堵塞吊籠與溜渣孔井壁之間的縫隙進(jìn)行溜渣，當(dāng)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時(shí)繼續(xù)加快提高吊籠，直至溜渣正常將防堵塞吊籠完全提起。

采用小型挖掘機(jī)清渣，渣體清入溜渣孔靠自重溜至井底，清渣時(shí)當(dāng)發(fā)現(xiàn)粒徑過大渣塊采用風(fēng)鎬破碎或打眼裝藥爆碎后再溜渣。

4.4 施作初期支護(hù)

通風(fēng)豎井爆破完成后采用兩層工作吊盤為平臺(tái)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)，施工中根據(jù)圍巖情況，調(diào)整開挖、支護(hù)循環(huán)，“自上而下，隨掘隨護(hù)”，初期支護(hù)施工工藝依次為錨桿施作、鋼筋網(wǎng)片安裝、鋼拱架安裝、噴射混凝土；提升系統(tǒng)將兩層工作吊盤放至施作初期支護(hù)位置，施工所需的設(shè)備、材料由提升系統(tǒng)運(yùn)送到工作吊盤。初期支護(hù)完成后須隨時(shí)檢查其變形情況。

4.5 壁座施工

通風(fēng)豎井壁座需在豎井正向擴(kuò)挖井壁成型后，進(jìn)行人工擴(kuò)挖、防排水施作、鋼筋綁扎在豎井滑模襯砌施作時(shí)與豎井襯砌分層澆筑成型。鋼筋混凝土壁座，與襯砌形成整體結(jié)構(gòu)對(duì)豎井結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到重要作用。

壁座施工工藝為：豎井正向擴(kuò)挖→工作盤放置在壁座下1.5m位置→人工進(jìn)行壁座擴(kuò)挖→開挖面修整→質(zhì)檢檢驗(yàn)成品→壁座錨固→噴射混凝土進(jìn)行封閉→鋼筋綁扎→防排水施作→混凝土澆筑。

4.6 豎井二次襯砌滑膜施工

豎井二次襯砌采用由井底向井口方向分段整環(huán)施作，中隔墻與豎井二襯采用滑模施工方案一同澆筑。豎井井壁為單側(cè)滑模施工[8]，滑模系統(tǒng)由操作平臺(tái)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、液壓提升系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成[9]。豎井二襯滑模施工吊盤各層作用如下：第一層盤鋪設(shè)防水材料，第二層盤用于綁扎外層鋼筋，第三層盤用于綁扎內(nèi)層鋼筋及中隔墻鋼筋、組裝模板、澆注混凝土，第四層盤為拆模人員保護(hù)盤，第五層盤為拆模盤。

本項(xiàng)目采用1.2m高組合模板施工二次襯砌及中隔墻，從井底首次澆注二次襯砌及中隔墻混凝土。

4.7 豎井施工中安全管理

豎井施工過程中存在高空墜落、支架坍塌、觸電事故等風(fēng)險(xiǎn)，施工前應(yīng)編制豎井施工專項(xiàng)施工方案和應(yīng)急預(yù)案；在施工過程中嚴(yán)格落實(shí)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針。

(1)建立安全管理體系，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員安全教育和培訓(xùn)制度，完善安全文明施工設(shè)施，制定應(yīng)急救援方案。

(2)提升系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)滿足安全檢驗(yàn)合格要求，施工單位按規(guī)定做好日常檢修和維護(hù)工作；絞車工必須持證上崗，并進(jìn)行專門培訓(xùn)；提升機(jī)司機(jī)應(yīng)確保安全保護(hù)裝置正常后，才能進(jìn)行正常提升，同時(shí)控制提升速度。

(3)吊盤起落由把鉤工指揮，起落吊盤前應(yīng)確認(rèn)吊盤與井壁、井筒中固定設(shè)施無卡阻。

(4)豎井施工應(yīng)設(shè)置防墜落安全措施，作業(yè)人員必須佩戴保險(xiǎn)帶，在井蓋門、各通道口要蓋嚴(yán)封好；在吊盤使用工具必須固定好，提升鋼絲繩鉤頭、滑架、罐籠應(yīng)按規(guī)定經(jīng)常檢查，防止損壞墜落。

(5)豎井施工過程中做好鉆孔爆破安全管理工作，嚴(yán)格控制豎井掘進(jìn)高度，并及時(shí)處理浮石圍巖，防止出現(xiàn)片幫落石傷人；在片幫的處理過程中，采用背板和錨網(wǎng)噴加強(qiáng)支護(hù)，防止二次片幫。

(6)加強(qiáng)豎井施工中通風(fēng)、防塵、防火管理工作；同時(shí)做好冬季、雨季施工安全防護(hù)。

5 結(jié)語

翠云山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井按照設(shè)計(jì)要求如期完成豎井施工，豎井反井法和滑模施工在建設(shè)過程中取得較好效果，主要對(duì)翠云山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)斜井設(shè)計(jì)、施工技術(shù)進(jìn)行介紹，為今后類似工程提供參考依據(jù)。

(1)公路特長(zhǎng)隧道采用通風(fēng)豎井方案時(shí)，應(yīng)選擇圍巖較好地段，降低工程造價(jià)和建設(shè)難度；采用地下風(fēng)機(jī)房可減少豎井口占地，降低對(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)的便利性。

(2)豎井鎖口設(shè)計(jì)應(yīng)與豎井提升系統(tǒng)相匹配，在井架、提升設(shè)備等荷載作用下確保施工安全。

(3)豎井采用反井法施工時(shí)，可減少破壞斜井口附近植被，有利于保護(hù)環(huán)境；施工時(shí)應(yīng)控制導(dǎo)孔、擴(kuò)孔偏差，在爆破開挖后，及時(shí)進(jìn)行清渣處理，提高出渣通暢性，避免堵塞溜渣孔；豎井采用滑模施作二襯時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)滑模質(zhì)量控制，提高二襯施工質(zhì)量。