隧道及地下工程豎井施工技術(shù)研究

段建強

（山西路橋第五工程有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

相較于現(xiàn)有豎井混凝土內(nèi)支撐現(xiàn)澆工藝，構(gòu)件采用預(yù)制廠集中生產(chǎn)的形式，后通過運輸設(shè)備運輸至現(xiàn)場直接吊裝，施工效率提升顯著；同時采用預(yù)制生產(chǎn)安裝工藝，直接減少了大量的混凝土濕作業(yè)，直接帶來的好處就是減少對環(huán)境的污染以及施工成本的減少?？傮w而言此技術(shù)很好地解決了目前豎井開挖施工工期長的問題，達到了節(jié)約工期、綠色施工的目標，在國內(nèi)外同類研究成果中處于領(lǐng)先地位[1]。

1 豎井裝配式內(nèi)支撐施工技術(shù)

1.1 主要研究內(nèi)容

（1）首先結(jié)合設(shè)計圖紙利用BIM 技術(shù)對豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)進行深化拆分，整環(huán)支撐結(jié)構(gòu)拆分為8 個預(yù)制塊，共涉及10 個節(jié)點的現(xiàn)場加強連接。根據(jù)BIM 導(dǎo)出的深化圖紙，預(yù)制廠進行分塊預(yù)制，預(yù)制過程中需要進行連接鋼板以及鋼筋接駁器預(yù)埋，便于后續(xù)腰梁節(jié)點處連接固定以及預(yù)應(yīng)力施加[2]。

（2）其次將制作好的成品預(yù)制塊進行編號后運輸至現(xiàn)場等待安裝，現(xiàn)場開挖一層安裝一層，安裝前需要提前在豎井底部沿內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)豎向投影位置澆筑一層3 cm厚度的混凝土墊層，便于后續(xù)預(yù)制塊移動就位。預(yù)制塊現(xiàn)場安裝時先安裝4 個角點，后安裝腰梁位置。全部吊裝就位后進行節(jié)點間鋼筋連接并進行預(yù)應(yīng)力施加，全部節(jié)點連接完成后支模進行混凝土澆筑，節(jié)點處混凝土采用比預(yù)制塊高一個標號以上的混凝土進行灌注。節(jié)點混凝土強度形成前采用上拉下托的方式對結(jié)構(gòu)進行預(yù)加固，腰梁上部采用花籃螺栓連接拉結(jié)固定，下部采用工字鋼焊接制作的三角托架支撐[3]。

1.2 技術(shù)創(chuàng)新性分析

（1）該技術(shù)適用于開挖深度≥15 m 的混凝土結(jié)構(gòu)豎井內(nèi)支撐快速支護施工。創(chuàng)新采用BIM 技術(shù)對整環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)深化拆分，以預(yù)制裝配形式快速完成豎井混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)布設(shè)。

（2）預(yù)制塊節(jié)點處通過鋼筋、工字鋼、澆筑高強灌漿料進行連接，同時采取上拉下托輔助措施對支護結(jié)構(gòu)進行二次加固。

1.3 技術(shù)價值分析

1.3.1 經(jīng)濟價值的分析

傳統(tǒng)豎井混凝土內(nèi)支撐現(xiàn)澆工藝，施工一層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)需要7 d 時間，施工完成需養(yǎng)護28 d 待混凝土強度達到設(shè)計要求的100%后方可進行下道工序施工，累計每層施工需要35 d。應(yīng)用該技術(shù)進行施工時，豎井混凝土內(nèi)支撐構(gòu)件采用提前預(yù)制、現(xiàn)場裝配安裝的方式，施工一層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)僅需4~5 d 時間，施工效率提升超7 倍，現(xiàn)結(jié)合兩種不同工藝間涉及的人工、材料、設(shè)備以及工期進行綜合分析累計產(chǎn)生經(jīng)濟效益62 萬元。

1.3.2 社會價值分析

該技術(shù)相較于現(xiàn)有豎井混凝土內(nèi)支撐現(xiàn)澆工藝，構(gòu)件采用預(yù)制廠集中生產(chǎn)的形式，后通過運輸設(shè)備運輸至現(xiàn)場直接吊裝，施工效率提升顯著；同時采用預(yù)制生產(chǎn)安裝工藝，直接減少了大量的混凝土濕作業(yè)，直接帶來的好處就是減少對環(huán)境的污染以及施工成本的減少?？傮w而言該套工藝技術(shù)很好地解決了目前豎井開挖施工工期長的問題，達到了節(jié)約工期、綠色施工的目標，值得推廣應(yīng)用于類似工程施工。

2 豎井反井式非爆破開挖施工技術(shù)

2.1 主要研究內(nèi)容

（1）主要是改變了傳統(tǒng)自上而下全斷面開挖、孔口出渣的施工方式，采用旋挖鉆機鉆孔形成的貫通式漏渣孔進行開挖渣土的運輸以及洞內(nèi)通風(fēng)。貫通式漏渣孔自豎井開挖面垂直與已完成開挖的橫通道連通，開挖渣土經(jīng)豎井開挖面洞口直接輸送至橫通道底部，后采用挖掘機配合渣土車出渣。非出渣階段基于豎井底部與井口的氣壓差產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)，可實現(xiàn)自然通風(fēng)。

（2）豎井開挖采用非爆破式開挖工藝，遇硬質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)時，采用網(wǎng)格式分塊切割破碎法，施工前將豎井開挖表面整平，后采用巖石切割機將開挖面按要求進行分塊切割，切割深度為0.3 m，分塊完成后再采用炮錘式挖機逐塊破碎，破碎塊最大直徑不得大于漏渣孔的1/3 直徑，破碎塊直接通過漏渣孔運輸清理。分塊大小根據(jù)切割效率與機械破碎效率經(jīng)計算優(yōu)化得出最佳分塊尺寸，豎井開挖所需時間最短。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新性分析

（1）該技術(shù)適用于斷面面積大于30 m2、深度不低于20 m、地層結(jié)構(gòu)為較硬巖且下部有出渣通道的城市豎井開挖。針對硬質(zhì)巖層采用網(wǎng)格式分塊切割破碎法，通過實際切割效率與機械破碎效率比對不同分塊大小的總耗時，得出最佳分塊尺寸，有效地縮短了豎井破碎開挖的時間。

（2）主要漏渣孔施工期間收集漏渣孔渣料和鉆進時的鉆壓、鉆速及斜率等數(shù)據(jù)判斷相應(yīng)位置的地質(zhì)情況，綜合分析圍巖狀況和漏渣孔鉆進的各項參數(shù)，為下一步的豎井開挖設(shè)備選擇和開挖作業(yè)提出指導(dǎo)意見和措施。

2.3 技術(shù)價值分析

豎井反井式非爆破開挖施工技術(shù)難度主要在于對漏渣孔施工期間地質(zhì)進行分析，判斷豎井的圍巖狀況及節(jié)理裂隙情況，為后續(xù)豎井開挖設(shè)備的選擇提供指導(dǎo)。針對較硬巖層，首先根據(jù)巖層的硬度及節(jié)理裂隙情況，選用具有自動調(diào)節(jié)沖擊頻率的設(shè)備，并控制破碎深度、動態(tài)調(diào)整釬桿長度和破碎點的間距；利用切割機進行網(wǎng)格式分塊時依據(jù)切割效率與機械破碎效率進行分塊尺寸優(yōu)化。

2.3.1 經(jīng)濟價值分析

該技術(shù)相較于傳統(tǒng)工法直接減少了渣土提升運輸費用，同時提升了施工工效，綜合人工、材料、設(shè)備機具及工期綜合分析如下：渣土提升運輸費用90 萬元，豎井開挖渣土需提升工程量約15 000 m3，綜合豎井深度考慮渣土提升單價為60 元/m3；減少通風(fēng)、排水設(shè)備的布設(shè)及耗能費用20 萬元；工期節(jié)約60 d，經(jīng)核算該工法通過現(xiàn)場應(yīng)用后直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益達110 萬元。

2.3.2 社會價值分析

該技術(shù)利用漏渣孔實現(xiàn)豎井開挖渣土的快速清理，大幅提高了豎井開挖速度；同時針對豎井復(fù)雜巖層結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)格式分塊切割破碎法實現(xiàn)非爆破開挖掘進，有效減少了對施工場地周圍既有建筑物的擾動，避免了周圍既有建筑物在施工期間出現(xiàn)沉降變形的問題，同時還減少了爆破施工產(chǎn)生的振動和噪音。

3 工程實例應(yīng)用分析

某公路工程計劃工期2020 年9 月16 日至2022 年10 月30 日，共計25.5 個月。主要分項工程工期安排見表1~2。3 座隧道由3 個施工隊根據(jù)三座隧道的施工難易程度進行施工。

表1 總體工期安排表

表2 主要工程數(shù)量表

（1）1 號隧道計劃由進口開始，按兩個作業(yè)面進洞施工，在完成1 號隧道后，繼續(xù)掘進2 號隧道進口端左右洞各800 m 左右。施工任務(wù)安排見表3。

表3 1 號隧道實施表

（2）丁家灣2 號隧道計劃從出口端開始，按兩個作業(yè)面進洞施工，見表4。

表4 2 號隧道實施表

（3）3 號隧道計劃從進口端開始，按兩個作業(yè)面進洞施工。見表5。

表5 3 號隧道實施表

4 結(jié)語

綜上所述，通過技術(shù)應(yīng)用，現(xiàn)場取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。技術(shù)應(yīng)用過程順利，無任何問題出現(xiàn)，很好地解決了目前豎井開挖施工工期長的問題，達到了節(jié)約工期、綠色施工的目標，值得推廣應(yīng)用于類似工程施工。