公路隧道竖井施工关键技术探究

公路隧道竖井施工关键技术探究

董长平

中铁隧道股份有限公司  河南郑州   450001

摘要：本文就隧道竖井的施工要点进行了探讨和探讨。分析认为，在竖井工程中，井筒是关键，应注意掌握有关技术关键。在实际工程中，应注意对井眼进行接头及墙后灌浆，确保整个井眼的质量，为下一次竖井的成功完成打下良好的基础。

关键词：公路隧道；竖井；施工技术

引言

在过去的20多年中，由于高速公路发展迅速，高速公路的级别和里程数逐年上升，公路已逐渐发展为支撑经济发展的重要支撑。在山岭、山地等山区道路施工中，由于采用了缩短行车里程、保障行车安全、提高线型、维护生态等优势，已被广泛采用，而且工程规模不断扩大。许多特长隧道、双层隧道、大跨度扁平隧道、盾构隧道、沉管隧道、高海拔隧道、寒区隧道等工程陆续竣工。在坚持可持续发展、有效地保存有限的土地、以及生态环保等方面的理念的指引下，我国的长距离隧道工程的施工工作将会更加繁杂、技术含量更高。本文着重研究了高速公路隧道施工的施工方法，总结出一套完整的施工工艺，包括施工方法、设备配置、工序安排等，同时对施工过程中的一些注意事项进行了讨论。

一、公路隧道竖井施工技术——人工导洞先行正洞扩大法

1.技术特点

1)本工艺流程简便易行，多数渣流到主要巷道内，无需大规模抬高碴，经济、安全；

2)该装置要求简单易行，无需大规模的钻孔工具，不会导致设备资源的闲置和浪费；

3)在钻孔后进行早期的早期支护，等到所有的钻孔都已完成后才进行永久性的支撑，从而使施工过程变得简单、快捷、节约了投资；

4)充分发挥大截面工作空间的优点，采取小导洞作为先导，有利于中深钻孔的开挖，提高施工进度；

5)利用微差-毫秒光爆技术进行小导孔爆破，可有效地控制碎石颗粒尺寸和光爆炸的品质；

6)进入通道的标准不高，占用空间小，有利于环保。

2.适用范围

鉴于我国大多数公司现有的工程建设水平，综合考虑经济因素，采用该种方法的竖井情况如下：

1)适用于公路、铁路隧道等地质条件复杂的竖井；

2)适合在垂竖井眼内钻孔的直径不低于6米，最大15米；

3)最好是垂竖井眼的深度不超过800米（通常在高速公路上的垂竖井眼不超过800米）。

3.工艺流程

由上向下的人工小型导向隧洞，由上向下扩展，由小导孔将扩孔渣体从垂直钻孔中排出。从提高出碴能力、施工进度、作业空间和扩大施工过程中出现的堵塞危险等方面来看，小导向井（小导向）的管径为3 m。在小导井孔打穿后，采用钢筋砼的封口环，完成后，再进行扩孔，由上至下一步成形，然后由手工将碴块推到导向孔中，再由下至下通过通风室，由机器搬运出碴。早期支护紧靠工作台，一炮一次（一循环）。二衬砌由下部起吊，由下往上浇筑，30米以内的砼由竖向输送，30米以下的砼由输送管搬运。立式掘进工程的具体实施程序是：

1)扩挖施工准备

在引碴井完成后，由地表井架将稳定绳接到井下，稳定绳系于井底梁，将吊笼锁紧于稳定绳上，采用吊笼式起重井筒进行掘进作业所需的物料和装备，并准备好材料和器材后进行竖井扩掘。

2)井口施工及地面布置

竖井井口的工程步骤：拆掉导碴井的施工井架、井口段扩孔、井口段初支、井口段浇筑、井架、安装吊板、井口锁紧板、地面辅助设备垂竖井口段的稳定性关系到整个竖井的施工安全，一般根据地质情况开挖初支深度按5~8 m规划，然后进行井口段二次衬砌及竖井相关设备的安装，二衬工程时要留出中间隔板。该井架为 井架采用VG型井架，地面布置4台稳车，2台双滚筒提吊盘，2台单滚筒提稳绳，1台提升绞车（原用导井绞车）。

3)竖井扩挖

开挖过程：搭设导碴井封盖、钻孔、填料、拆卸导碴井封闭盖、连线引爆、溜碴、搭建导碴井封闭盖→初支→清底→井下出碴→下一循环。井上安全区由手工打孔、手工装药联线、无电毫米秒级雷管、在孔外侧由电雷管与引信引燃。高压风水管路安装在井内，随着开挖的深入而下，管道为Φ80。工作人员通过起重机将工作人员送入工作台，第一批物料从井口底部运送到工作台。在井下、吊盘和井口设置专业的信号员，保证井下、作业面和绞车之间的联系。吊车与挖掘表面之间的间距应不低于20米，在10-15米处设置一个吊架。

二、人工小导洞先行正洞扩大法施工主要技术

1.导洞直径的确定及防治堵塞技术

1）导洞直径的确定

合理选用小导向孔的方法是：尽量减少导向孔的口径，同时确保工作的空间和滑渣的不容易阻塞，从而达到快速经济的目的。通常来说，小导孔型阻塞是由井筒中的碎石堵漏形成的，大体可划分为蓬拱现象、卡塞现象、粘附现象。

由于导孔的阻塞方式多种多样，但也具有一定的规律，根据施工场地的实际情况，采用开挖机械从地表直接采土，不需通过导孔向下滑落，所以由于粘附、蓬拱等原因导致的阻塞很少，并且可以手工清扫，以避免卡塞阻塞。如果导孔的口径是3.0 m，则应尽量将导坑孔的直径限制在1/60 cm以内，并进行光面爆炸，以保证其垂直。

2)处理导洞溜碴堵塞的方法

导孔堵水处理通常是通过爆破处理，采用上部悬挂炸药，施工简便快捷。当上部爆炸无法处理时，可以使用土炸药来处理：使用双重安全起爆器，也就是一种叫做“导爆器”的撞击器。该起爆设备可以增大爆炸区域，增大爆炸的冲击力。在撞击器失效后，通过一根爆裂的管子在很小的时候爆炸。

2.导洞及竖井扩挖钻孔爆破技术

钻井技术主要有钻爆法、冻结法、钻井法等，其应用领域也不尽相同。高速公路隧洞多为岩石，采用钻孔爆破施工。根据导孔后扩掘法立巷掘进工艺的特性，在钻爆质量指标上，必须从以下两个方面进行：

1)控制导洞爆破粒径、导洞垂直度和光面爆破是爆破的重点，导洞爆破碴的粒径控制在小导洞的五分之一（60厘米）以内，并进行光面爆破，保证导洞垂直度。为今后的主孔拓宽和防止阻塞提供了有利的环境。

2)小导孔的开挖截面较短，挖沟困难，斜眼挖沟进尺短，效率低，使用大口径空心直眼挖沟。

3.竖井施工提升技术

1）施工方法简介

大体上，小导井的建设可分成三个步骤：①开挖开挖，在井口段8米处，由于地质情况不佳，应适时进行加固锚固环；②提升系统、通风设备和保安设备的设置；③常规施工：爆破爆破，使用0.7立方米的吊桶，单钩式起重，手工填渣。

2）小导洞井颈段施工要点

①在工程开始之前，对场地进行平整，并做好道路和排水系统，硬化场地，做好文明建设；

②为了确保地面软弱层的稳定性，采用机械法施工，并在施工过程中尽量避免采用大直径的爆破；

③根据周围岩石状况决定暂时性的闭合，锁的下端必须埋入坚硬岩石60 cm。

结束语

大口径垂竖井筒的工程将会越来越多，但是在我国的高速公路上，垂直钻孔的应用还不够充分。采用简易、经济、安全、环保的工法是当前国内最经济、最环保的工程。通过对专业公路隧道采用的不同的竖井施工工艺进行了分析归纳，归纳出了采用先导井和后扩挖的专业公路隧道的施工工艺，并对其关键技术和安全技术进行了探讨，以期对此类工程的建设起到一定的借鉴作用。

参考文献

[1]王林俊. 超大断面超深公路隧道通风竖井施工技术[J]. 铁道建筑技术, 2021.

[2]金国明, 郭佳奇, 张耀阳,等. 一种公路隧道大断面深竖井钻爆施工快速通风除尘装置:, CN216240745U[P]. 2022.