广东省龙川至怀集公路金门隧道通风竖井反井法施工技术探讨

广东省龙川至怀集公路金门隧道通风竖井
反井法施工技术探讨
摘要：随着我国经济社会的不断发展，高速公路建设的不断增多，山岭高丘等偏远地区的特长隧道施工日益增多；通风竖井在特长隧道设计中普遍出现，施工方法包括矿井法等施工工艺日益成熟，结合广东省龙怀高速公路金门隧道通风竖井的施工，对反井法竖井施工进行技术探讨。

一、工程概况
1.1工程简介
龙川至怀集高速公路金门隧道位于广东省英德市望埠镇、东华镇境内，右洞长度为6482.6米，左洞长度为6492米。

隧道运营通风采用竖井分段通风方式，在隧道左线ZK198+181.5左侧36.5m处设置1座通风竖井，竖井设计内轮廓直径8.4m，深度195m，联络通道长136.7m。

隧道通风采用左右洞合并设置，通过中隔板分开设置送风、排烟通道。

竖井布置见下图1-1、图1-2、图1-3。

图1-1 竖井及联络通道平面布置图
图1-2联络通道A-A纵断面示意图
图1-3联络通道B-B纵断面示意图
1.2 设计参数
竖井及联络通道按新奥法原理设计，结构采用锚、网、喷、钢拱架组成初期支护与二次模筑砼相结合的复合式衬砌型式：其初期支护以喷射混凝土、锚杆、钢筋网及钢拱架为主要支护手段；二衬采用C30防水砼，抗渗等级不小于P8，防水采用1.2mm厚EVA防水卷材和350g/㎡无纺土工布。

竖井设计围岩为Ⅳ与Ⅴ级两种围岩。

各级围岩长度见下表1-1所示。

表1-1 竖井及联络通道各级围岩分布情况表
根据围岩级别及埋深等因素，竖井共设3种衬砌结构形式，分别为SS-5a 衬砌、SS-5b衬砌和SS-4衬砌，各衬砌结构支护参数见下表1-2所示。

表1-2 竖井支护衬砌参数表
二、竖井施工方案
根据图纸及设计技术交底、结合竖井所在地理位置及竖井自身的工程特点，为满足竖井施工工期、确保工程质量，竖井按以下步骤施工：井口排水等场平区上部开挖→井口锁口施工→中心扩孔法施工导向孔→钻爆扩孔及初期支护→衬砌施工。

竖井施工工艺流程图见下图2-1所示。

图2-1竖井施工工艺流程图
反井钻机基础施工
反井钻机安装调试设置沉淀池Ф250mm先导孔施工联络通道换反扩钻头
Ф1400mm反钻扩孔
拆除反井钻机
井身掘进、支护
安装风水电及提升系统
全断面开挖支护至井底
组装衬砌滑模机
滑模机衬砌至井口下15m
拆除提升系统
滑模衬砌至设计标高
拆除滑模机
场地清理，竣工验收
扒渣、导孔漏渣至井底
井底装渣、自卸车外运弃渣
联络通道马头门立模安装、调试砼运输系统
联络通道开挖支护
隧道正洞开挖至交叉口
生产设备材料等准备“四通一平”完善临建施工及完善
进 场 准 备
竖井锁口施工
锁口混凝土浇筑
2.1施工方法选择
根据竖井设计情况和地质条件，并结合施工弃渣、通风等问题，在综合考虑施工质量、安全、成本及技术积累等因素的基础上，采用中心扩孔法进行竖井施工，中心扩孔法即先采用反井钻机进行前导孔Ø25“自上而下”钻进。

钻进深度超过井筒深度H201m（超钻10m）。

待井底联络通道（出渣通道）开挖至井筒中心位置，具备安装反井钻机钻头条件，再在隧道中拆除牙轮钻头换上扩孔刀头“由下至上”进行Ø1400导孔施工。

形成Ø1400mm通风、溜渣通道。

最后再次采用“自上而下”凿岩爆破成井。

竖井井壁具体施工思路如下。

（1）进场完成施工准备，场地平整，完善供电、供风、供水系统后，进行锁口段基坑明挖，完成开挖后，进行锁口圈C30钢筋砼浇筑施工，同时进行浆砌片石施工，完成锁口C30防水砼浇筑后，在基坑浇筑C15砼2m*2m中心桩，并做好反井钻机基础孔预留。

（2）主洞开挖至左线送风联络通道ZK198+161.5位置前一个月，进行前导孔Ø25“自上而下”钻进。

钻进深度超过井筒深度H201m（超钻10m）。

（3）井底联络通道（出渣通道）开挖至井筒中心位置，具备安装反井钻机钻头条件，反井钻机进行Ø1400导孔施工形成直径1400mm的通风、溜渣通道。

（4）140cm的通风、溜渣通道形成后，“自上而下”完成井口以下15m～18m 开挖、支护(型钢\格栅联合支护)施工，期间人员通过安全爬梯进行上下井筒。

（5）完成15m～18m井口段后，进行提升系统的安装、调试，安装安全盘、封口盘、绞车、井架。

各系统完善后，调试、验收合格。

人员及小型材料升降通过绞车提升吊笼运行。

“自上而下，一掘一护进行井筒全断面钻爆掘进、初期支护施工。

掘进爆破石渣通过Ø1400mm导井溜入井底，装载机井底装渣，自卸汽车外运排渣。

根据地质勘查，井口地表下-92.3m位置出现大量返水，施工过程对初期支护及二衬影响较大，若开挖至该高程，涌水如设计勘查，需采取专项治水方案。

根据实际情况，开挖至该段，若无法正常掘进，应增加超前小导管支护工序。

（6）完成金门隧道通风竖井的掘进及初期支护后，进行井底底板施工，同时对送、排风联络通道与竖井连接处（马头门）立模，在井底▽110.647组装滑模建立砼竖井垂直输送系统。

“自下而上”不间断完成井身砼滑模衬砌施工，中
隔墙与井壁同步滑模浇筑。

2.2机械设备情况
根据进门隧道通风竖井设计情况，针对本竖井的工程地质情况，在所选用所需的提升设备和钻井设备中主要考虑一下问题。

（1）钻机设备扩孔时所具备的拉力、转速、扭矩等。

（2）提升设备所需的提升拉力。

（3）竖井施工所需的风、水、电。

本竖井围岩主要为Ⅳ级、Ⅴ级围岩岩质较差，故选择AT2000型钻机。

钻机型号及参数见表2-1.
表2-1钻机型号及技术参数
提升设备采用根据竖井施工方案，井内需要使用绞车提升的载重有：
①井内6t重的安全盘（安全盘自重2t,加上附属设备和设施，YC20小挖机及栈桥2.5t）以及人员自重，总共重量考虑上限为8t。

②开挖作业过程中250m的Ф100mm风管和250m的Ф50mm水管，加上法兰盘及连接件，合计重量为3t。

③施工人员通过吊笼上下井，设计吊笼每次上下人数为5人，吊笼及配件重量为200Kg，加上人员合计重量为600Kg。

④混凝土井内垂直运输采用自制吊罐，吊罐容量为1m3，合计2.7t。

综合考虑上述载重及施工过程中的其他因素选用2台JZ-10/800型绞车用于提升安全盘；1台JZ-10/800型绞车用于提升风水管（二衬期间用于混凝土吊罐稳绳稳车）；1台JTP-1.2m型矿用提升绞车用于提升吊笼以满足人员上下；1台JTK-1.2米矿用提升绞车提升混凝土吊罐；1台JTK-1.0米矿用提升绞车用于人员上下吊笼的稳绳稳车。

各型绞车技术参数见下表2-2
表2-2 各型提升绞车主要技术参数
三、竖井施工
根据竖井井口设计情况，采用人工配合机械施工竖井井口排水沟，井口上部场地开挖及边坡防护。

3.1竖井锁口
1、基坑开挖：开挖前，需由专职测量人员依据给定的近井点在明挖放坡范围外设置井筒十字线桩和标高基准桩。

2、锁口钢筋：基坑完成后，放线检查轮廓尺寸，铺底。

以手执电钻在基坑壁上钻孔植入短钎标记边线以标明钢筋绑扎所需控制尺寸，由下而上一次绑扎锁口钢筋，钢筋间距、排距、规格型号、保护层按照设计图纸进行。

3、立模：完成钢筋绑扎后，进行模板安装，模板R=5000，根据本段高度9.4m，弧形[14弧形围圈作水平支撑，脚手架钢管辅助支撑。

4、锁口砼浇筑：拌合站进行砼拌合，挖掘机配合进行C30防水钢筋砼人工振捣、浆砌片石回填施工。

5、中心砼桩浇筑：锁口圈5仓砼浇筑完成后，模板及脚手架拆除，以井筒中心为中心，立模浇筑C15砼桩，桩底与中风化基岩衔接，砼桩2m*2m,回填高于锁口20cm(▽305.847)。

进行基础找平后直接可以进行反井钻孔施工。

3.2导向孔施工
3.2.1前导孔施工
中心桩（钻机底座）强度达到后，采用吊机吊装钻机就位，安装钻机，测量钻机钻杆垂直度，确保钻孔精度。

用湿钻法钻至竖井底，钻H201m（超钻10m），孔径φ250mm，要求终孔偏斜距不得超过1m。

开孔时根据现场反渣反应围岩实际情况，调整钻压及转速间断推进。

钻孔过程中为保证钻孔垂直度，间隔安装有导向作用的稳定钻杆，逐步调整转压转速，进行前导孔正常钻进。

钻孔过程中应做
好施工记录，随时掌握钻孔深度、钻进速度。

要观察渣样的变化（原色、强度），及时排出钻渣。

3.2.2 1400mm直径导渣孔施工
竖井施工前，主洞和联络通道已贯通至竖井底部，扩孔施工所需的更换的滚轮刀盘通过运载工具运送至竖井底部后，按照以下程序进行导渣孔施工。

（1）安装直径1400mm扩孔滚轮刀盘；
（2）孔口接入水管，用于冷却滚轮刀盘、消尘；
（3）将回转变速装置调为慢速挡。

（4）调试扩孔滚轮刀盘，同时扩孔岩面进行刮平；
（5）待扩孔滚轮刀盘与岩面均匀接触后，滚轮刀盘全部进入基岩前，采用低钻压、低转速进行扩孔开挖；
（6）待滚轮刀盘全部进入围岩后，调整钻机的钻压、转速进行正常扩孔开挖，在竖井底部将碎渣运送至洞外弃渣场。

扩孔过程中根据岩层的实际情况调整扩孔压力，岩石强度高需提高钻压，保持转速；岩石强度低则进度快，需减小钻压，控制转速，协调好钻压和转速的关系，使钻机在一种较平稳的状态下工作。

保持较匀速的掘进速度进行扩孔施工。

扩孔施工中需注意：为防止滚轮刀盘损坏，钻机滚轮刀盘必须在有水的条件下工作；扩孔过程中出现异常时，暂停施工，查看现场围岩情况，检查钻机，查出原因，及时做出调整，不能盲目钻进；钻井快上下贯通时，用小轴压，控制转速，间断推进，避免突然贯通，造成卡钻、主机位移、损坏机件等不良情况发生。

反井钻机工作示意图见下图3-1所示。

图3-1 反井钻机工作示意图
1400mm直径导渣孔施工完成后，拆除钻机，吊装、运转完成现场清理工作。

3.3井筒全断面开挖、支护
3.3.1提升设备基础施工
除提升绞车、部分凿井绞车是在锁口段施工同期平行施工外，锁口盘、井架、地轮、下井管路、吊盘等凿井设施均需在锁口段施工结束、混凝土达到一定强度后进行。

3.3.2井筒掘进
钻爆扩孔形成直径约1400mm的导渣井后，为防止井口周边施工人员及随时、杂物落入井内，在井口安装封口盘。

提升绞车牵引垂直运输吊笼，提供人员、小型机械及施工材料进行上下运输；竖井由自上而下进行钻爆扩孔开挖，采用小型机械配合人工利用导渣井从隧道主洞出渣；洞渣清理完成后，及时用导渣井盖盘封盖导渣井，方可进行初期支护施工。

爆破钻孔经测量放样后开始人工手持YT28凿岩机向下打眼，采用10台YT28凿岩机,六棱中空钻杆，ø42mm“一字”合金钻头，每循环炮眼深度为2m。

采用“定孔、定人、定钻、分区、分片”的方式进行钻孔作业。

首环开挖作业沿先导井三圈扩槽眼深度为2.5m，辅助眼及周边眼深度为2m，以达到开挖掌子面形成中间低四周高的状态，方便排渣。

合理布置炮眼，控制炸药用量，提高爆破效率，确保洞渣粒径能顺利通过导渣孔。

同时加强竖井施工测量放样，通仪器准确描出开挖轮廓线，确保竖井开挖垂直度。

3.3.3排渣
爆破完成后，采用提升绞车将导渣井盖盘调离开挖面，人工小型机械吊入作业面，人工配合机械利用导渣井将洞渣溜送至联络通道。

采用自卸车配合转载机通过联络通道及主洞运送至弃渣场。

排渣完成后将导渣井盖盘吊放至导渣井口及时封闭。

3.3.4初期支护
竖井初期支护施工工序：通风排尘→封盖导渣井→清理危石→超欠挖处理→初喷混凝土→锚杆钻孔及安装→安装拱架→挂钢筋网→喷射混凝土→监控量测→反馈、调整支护参数。

本竖井初期支护施工过程中，为了加快施工进度、安全管控，针对竖井初支喷射混凝土的运输，采用干拌砼料通过沿井壁凿井稳车悬吊的ø114mm下料管输
送至作业工作吊盘，喷射用水通过ø48mm水管输送至工作面，将降压后的水，接至喷头，根据受喷面砼黏结情况，控制水量。

提高施工安全，增加施工效益。

3.4滑模衬砌施工
待整个竖井钻爆扩孔成井并初期支护施工完成后，为保证井壁混凝土施工进度、施工质量，二次衬砌采用自升式液压滑模施工工艺。

3.4.1模板系统设计
金门隧道通风竖井直径Ø8400mm(净径),通过论证及结构受力验算，选择了桁架梁环向布置的操作盘；中隔墙桁架梁结构，中隔墙中心偏竖井中心750mm。

自升式液压滑模系统主要由：钢模板，支撑架，支腿，千斤顶撑杆及液压系统。

模板系统分为送风道和排风道两个部分。

整个模板系统滑升采用液压千斤顶完成，液压系统分为伸缩和提升两个部分，采用两套液压泵，分别控制相应部分。

图3-2 滑模施工示意图
3.4.2滑模施工
滑模施工前已做好井口提升系统、井内供电、供水、施工照明系统的布设及滑模液压系统的调试等工作，并完成操作盘上分料管的布置工作。

①钢筋绑扎、爬杆延长
模体组装调试后，然后按施工图纸进行钢筋绑扎、焊接，滑升施工中，混凝土浇筑后露出最上面一层横筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层水平钢筋呈一水平面，上下层之间接头错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头要错开，同时利用提升架焊钢管控制钢筋保护层。

爬杆在同一水平内接头不超过1/4，因此第一套爬杆有4种以上长度规格（2.5m 3.5m 4.5m 6.0m ...）,错开布置，正常滑升时,每根爬杆长6.0m , 爬杆规格为Ø48*3.5,表面平整无锈皮，当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，接长爬杆，接头一端采用角磨机打磨成陂口,对接下部,接头对齐，焊接牢固,焊接完后,再用角磨机磨平，保证千斤顶顺利通过爬杆,爬杆与环筋相连焊接加固。

②混凝土运输及入仓
滑模施工用混凝土由搅拌站集中提供，通过溜槽（皮带传输）溜到井口上方集料斗，然后直接卸料经下料溜管下料, 下料管设缓冲装置，克服砼在重力作用下的加速度及骨料分离。

③钢筋、人员运输
本井筒在下部浇筑时，钢筋可从井底直接吊至工作面。

随浇筑仓位升高，井筒内材料、施工人员由提升绞车提升吊笼运送到安全盘上，再由安全盘上下到滑模操作平台。

安全盘与滑模操作盘之间设安全爬梯。

⑤混凝土浇筑
混凝土由拌和站按项目部实验室配比进行拌和，砼罐车运输至井口，滑模施工按以下顺序进行：下料→平仓振捣→滑升→钢筋绑扎→下料。

滑模施工时混凝土对称均匀下料，滑模混凝土要求塌落度控制在9～11cm，每次入模混凝土高度不得超过300mm，以ø40插入试振捣器捣固，振捣时，振捣棒应插入下层10cm，插入间距为插入深度的 1.5倍。

振捣时遵循“快插慢拔”的方式，振捣时间为30～50S，一般到面层反浆、无气泡为止，不漏振，不过振。

并避免直接振动爬杆及模板，模板滑升时停止振捣。

滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度，分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。

正常滑升时每次间隔按1小时，控制滑升高度30cm，日滑升高度控制在5m左右。

模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理，待一切正常后再进行正常浇筑和滑升。

浇筑过程中，应按规范要求，留取试块，并存放于和井壁养生条件相同的地点养生，达到28d龄期后，进行强度检验试验。

若砌壁过程中发现岩帮存在出水点，则应在出水点处以凿岩机打孔集水，埋入导水管，导水管在混凝土内段可用橡胶软管但出露井壁外的部分应采用带法兰盘的钢管，以备后期注浆封水。

处理岩帮出水点时，切忌涌水进入模板，影响混凝土质量。

⑥模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时，尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。

滑升过程中有专人检查千斤顶的情况，观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常，检查滑模中心线及操作盘的水平度。

⑦表面修整及养护
表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序，当混凝土脱模后，须立即进行此项工作。

一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补，如表面平整亦可不做修整。

为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在辅助盘上设洒水管对混凝土进行养护。

⑧停滑措施及施工缝处理
滑模施工要连续进行，意外停滑时采取“停滑措施”，混凝土停止浇筑后，每隔0.5～1小时，滑升1～2个行程，直到混凝土与模板不在粘结（一般4个小时左右）。

由于其它原因至使滑模停滑，按照相关施工规范，在混凝土表面预先作施工缝处理，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。

⑨滑模控制
滑模中线控制：为保证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60kg锤球进行中心辅助控制;同时在井口平台梁下部井壁固定两台激光指向仪进行滑模位置控制。

井口固定观测点,经常进行复核。

滑模水平控制：
a利用千斤顶的同步器进行水平控制;
b利用水准仪测量，进行水平检查。

⑩滑模拆除
滑模滑升接近井口位置时，拆除井口平台，继续进行施工，当混凝土浇筑到设计高程，将模体滑空，利用吊车配合悬吊将模体整体拆除，滑模模体拆除应注意以下事项：
a必须在现场经理的统一指挥下进行，并预先编制安全措施。

b 操作人员必须配带安全帽及安全带。

c拆卸的滑模部件要严格检查，捆绑牢固后下放。

3.5施工监测
根据竖井施工特点和工程地质情况，竖井施工监测首要目的是掌握隧道围岩及周围环境在隧道施工过程中的变形情况，及时将监测情况反馈给设计和施工单位，确保工程顺利进行。

四、结语
广东省龙川至怀集公路金门隧道通风竖井，采用反井扩挖法的施工工艺，在进度、质量、安全、环保、经济等方面具有明显的优势。

主要表现一下方面。

（1）利用导渣井从洞内出渣，不破坏地表植被、不影响周边环境、节约施工用地。

同时提高了出渣速度，加快施工进度。

（2）钻机导向孔施工，给后期施工提供了准确的地址情况，降低施工安全风险，提高施工效益。

（3）施工过程中安全、质量、成本、和环保等管理更科学、合理。