竖井“反井法”施工中溜渣孔施工技术

竖井“反井法”施工中溜渣孔施工技术

宋艳卫

深圳市深汕特别合作区建筑工务署  518200

摘要：“反井法”是我国深大竖井施工中常用的施工方法。竖井反井法施工不但安全且施工速度快，但施工中溜渣孔堵孔也时常发生，特别是深度超过150m以上的竖井，溜渣孔堵孔处理难度大、安全风险高，因此预防溜渣孔堵孔成为深大竖井“反井法”施工的重要措施。马峦山隧道通风竖井采用“反井法”施工，项目在实施过程中对以往溜渣孔防堵孔措施进行了优化，得到了理想的效果，本文在此进行了总结。

关键词：反井法；溜渣孔；堵孔

前言：我国在公路隧道竖井施工中，绝大部分采用反井法，先施工溜渣孔，再正向开挖成井的施工方法。综合考虑地质因素、施工难度和成本，目前绝大多数竖井直径在10m以内，通常采用机械反井钻机施工φ1.4m～2.0m溜渣孔，再利用溜渣孔正向开挖成井。采用反井钻机施工溜渣孔，不但安全且施工速度快，但是，溜渣孔在使用过程中经常会发生堵孔，堵孔事故一旦发生，处理难度大，安全风险高，甚至形成废孔，致使工期延长、工程造价增加，造成不必要的经济损失，因此防止溜渣孔堵孔是竖井反井法施工的控制要点。

一、溜渣孔堵孔原因分析

马峦山隧道位于深圳市东部，是连通坪山区与盐田区城市主干道坪盐通道的控制性工程，全长约7.9Km。为满足长大市政隧道在运营期间的通风需求，提高市政隧道的减灾救灾能力，在隧道中部线路右侧设通风竖井一座。竖井深194m、内直径15m，采用反井法施工。

马峦山隧道通风竖井是深圳市第一条市政隧道通风竖井，为保证工程顺利实施，施工前项目对多个公路隧道竖井的施工进行了实地考察，对竖井溜渣孔堵孔原因进行了分析总结，主要有四个方面，一是溜渣孔直径选择不合理，溜渣直径较小不利于排渣，较大则对围岩强度、完整性有一定要求；二是地质及地下水条件差，围岩的地应力，力学性质较差的软层、泥岩、页岩及遇水膨胀或易风化的岩层，随着溜渣孔暴露时间的增加、竖井开挖爆破的影响以及溜渣时产生的冲击，容易发生片帮、塌孔，造成溜渣孔堵塞。三是溜渣孔成孔质量差，垂直度偏差大、孔壁粗糙。四是竖井开挖施工工艺和管理的影响，如爆破产生的石块粒径较大、未对排渣过程监控、未对孔壁围岩的稳定性、完整性进行监测等。针对上述问题，马峦山隧道通风竖井在施工前制定了专项施工方案，同时在施工中不断对方案总结优化，最终保证了竖井的顺利施工。

二、马峦山隧道通风竖井溜渣孔施工

（一）反井钻机选型

马峦山隧道通风竖井开挖深度194米，井身0～25.0米为残积土-强风化花岗岩；25.0～194.0米为中风化～微风化花岗岩，局部岩体破碎，构造裂隙发育。综合项目地质情况与同类型竖井施工经验，项目初步拟定溜渣孔直径采用1.4米或2.0米。经测算，本项目2m直径溜渣孔成孔费用比1.4米直径溜渣孔成孔费用高出50%以上，但使用效率提升有限，故最终选用了国内技术先进、应用较多的LM200型反井钻机(ZFY1.4/40/200)。

（二）溜渣孔的垂直度控制

溜渣孔的垂直度是成孔质量的重要指标。马峦山隧道通风竖井反井钻机在安装时，考虑到地表地层为残积土，其承载力、水稳性较差，采用深大混凝土基础，周边做好截排水，保证了设备基础的稳固，基础混凝土表面平整度不大于1cm，设备安装垂直度不大于0.5%。LM200型反井钻机具备稳定钻杆，钻进过程中稳定钻杆可以利用导孔孔壁对稳定钻杆的束缚作用，将前端一定范围内的钻杆强制摆正，从而保证导孔施工垂直度合格。导孔钻进过程中遭遇软弱围岩或不利地质条件，需要对导孔周边裂隙进行灌浆固结，灌浆强度达到设计强度后方可重新钻进。

导孔施工完成后，将钻头拆卸，更换为Ф1.4m的扩孔钻头，由下向上反向扩孔直到地面形成溜渣孔。扩孔开孔应待刀盘滚刀接触岩石后开始，以最低转速起钻，并慢慢提升、钻进，保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续钻进。反井钻机扩孔时，钻杆与刀盘受摩擦产生高温，顶部应有充足的水流湿润孔壁，达到润滑，降温的作用。导孔施工及反向扩孔施工时应注意钻机钻进速度、压力等参数变化，根据地质情况及时调整钻机的转速、钻压，防止设备发生故障。

马峦山隧道通风竖井的最大竖向偏差仅为1m，为后续竖井开挖排渣作业提供了良好的条件。

（三）竖井爆破控制

马峦山隧道通风竖井采用全断面钻爆法开挖。考虑到溜渣孔直径仅为1.4m，为防止爆破后石块粒径过大，经爆破专业人员研讨，决定以控制爆破后块石最大粒径不大于70cm为爆破目标，制定了爆破方案。开挖炮孔以溜渣孔为中心呈环向布设，环向间距45~60cm，层距70~80cm，内圈眼与孔壁保持30~50cm距离，炮孔垂直打设。炮孔施工，初始采用人工手持YT28凿岩机打孔，深度1.5~1.8米，经实践发现，人工垂直打孔，操作难度大，效率低下，施工的炮孔垂直度差，且炮孔施工人员、设备数量较多，相互交叉，安全风险高。为提升施工效率，降低安全风险，改用人工配合液压钻机的方式施工炮孔，即周边眼由人工手持凿岩机施作，内圈眼及辅助眼均由液压钻机施工，炮孔深度1.5米，改进后的施工方法极大的提升了施工效率，降低了安全风险。

（四）溜渣孔堵孔措施

竖井开挖采用微差爆破，爆破瞬间，内圈眼爆破产生的石块受爆破冲击同时涌向溜渣孔，极易堵塞溜渣孔。为防止这一情况的发生，施工现场加工了孔塞。孔塞采用1.2m直径钢护筒加工，长度3.5m，桶内填充钢筋混凝土，桶口预埋设“十字”型工字钢小横梁。起爆前通过空口龙门吊将孔塞堵住溜渣孔，经使用检验发现，由于该孔塞为刚性，自重大，使用时有一定的操作难度，且受爆破冲击时无消能作用，使用中多次发生小横梁扭曲变形，使用寿命不够长。经多次探索后，对孔塞进行了改进。改进后的孔塞采用工字钢焊接内骨架，外套废旧汽车轮胎，顶部焊接1.6m直径刚盖板，长度4.5米，爆破时通过钢索将孔塞悬吊于孔内，悬吊高度2.5m左右。经现场实际使用检验，改进后的孔塞，轻便易操作，且外部为柔性材料，能够有效抵抗爆破产生的冲击能量，使用寿命显著延长。

（五）排渣控制措施

竖井爆破后采用挖机排渣作业，为防止大直径石块进入溜渣孔造成堵塞，排渣作业时应有人员指挥，大粒径石块与碎石分离，经二次分解后再排入溜渣孔。排渣时控制排渣速度，挖机放料时，应有一定的间隔，不要连续倒入。应对整个排渣过程进行监控，排渣期间，井口、孔底保持信息通畅。一是防止孔底渣石填满底部仓室，形成积淤堵塞溜渣孔，二是对排渣过程中实时监控，如发现溜渣孔堵塞，应在第一时间停止溜渣，避免堵孔长度过大增加堵孔处理难度。马峦山隧道通风竖井在施工期间，在竖井底部的出渣通道内安装了视频监控系统，通过手机物联，实现井口管理人员对孔底排渣情况的实时监控，确保了竖井排渣的顺利实施。

（六）溜渣孔完整性监测

溜渣孔使用期间应对孔壁的完整性进行检查。每循环爆破排渣完成，可将摄像机、手机等摄像设备吊入溜渣孔内对孔壁完整性进行检查，对孔壁片帮、塌孔等情况及时采取有效措施进行处理。

三、总结

马峦山隧道通风竖井在施工中，通过控制溜渣孔成孔质量、优化竖井开挖爆破方案、改进排渣措施及对孔壁实施监测防护成功的解决了溜渣孔堵孔问题；同时，项目根据自身特点，提高了机械化率、积极利用手机物联等新技术，降低了施工安全风险，提升施工效率，了保证了竖井的顺利竣工。

参考文献：

[1]罗忠·马峦山特长隧道及深大竖井工程设计与施工关键技术·人民交通出版社股份有限公司，2021

[2]宋志荣.二郎山特长深埋隧道通风斜井反井法施工技术[J]. 《现代隧道技术》2017年02期

[3]刘永奎,齐保卫.长斜井反井钻机导孔施工精度控制措施[J].《建筑机械》 2021年S1期