王 鑫

1 工程概況

太原—古交高速公路的西山特長隧道,設(shè)計(jì)全長13.654 km,是國內(nèi)目前在建最長的公路隧道。設(shè)計(jì)為分離式雙洞隧道,其中2號(hào)豎井位于右洞左側(cè)35 m處,井口位于溝谷旁的臺(tái)地上,豎井設(shè)計(jì)為圓形斷面,襯砌后直徑為8.2 m,開挖直徑達(dá)到9.3m～9.9 m,屬于大斷面豎井,設(shè)計(jì)深度為156.8 m。豎井中部設(shè)計(jì)為0.3 m厚的鋼筋混凝土隔板,將豎井分隔為進(jìn)、出風(fēng)道,在井底設(shè)送風(fēng)道和排風(fēng)道分別與正洞聯(lián)通。豎井井身圍巖為奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)、上馬家溝組(O2s)泥灰?guī)r、石灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r,圍巖級(jí)別Ⅲ級(jí)～Ⅴ級(jí),其中泥灰?guī)r地層中的巖溶——溶蝕、溶孔、溶洞較發(fā)育。井口圍巖為第四系中更新統(tǒng)峙峪組(Q3s)礫卵石、砂土層,穩(wěn)定性差。豎井含水層距離地面90 m～127 m,地下水為巖溶裂隙水。豎井設(shè)計(jì)采用柔性支護(hù)體系的復(fù)合式襯砌,Ⅲ級(jí)圍巖初期支護(hù)采用錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土,Ⅳ級(jí)圍巖增設(shè)型鋼拱架,Ⅴ級(jí)圍巖增設(shè)超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)。豎井襯砌設(shè)計(jì)為S8的抗?jié)B混凝土,Ⅴ級(jí)圍巖地段為鋼筋混凝土,襯砌每隔10 m設(shè)一道壁座。豎井設(shè)計(jì)剖面如圖1所示。

2 豎井施工方案

豎井施工采用自上而下全斷面開挖施工,普通機(jī)械化配套方案,人工鉆孔爆破開挖,采用光面爆破技術(shù),初期支護(hù)緊跟開挖面。由于豎井深度156.8 m,且對(duì)襯砌的防水要求較高,襯砌采用豎井開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,自下而上的施工方法,確保襯砌混凝土的密實(shí)性。

3 豎井井身開挖施工

3.1 井口段開挖施工

3.1.1 鎖井盤、井頸施工

豎井井口鎖井盤設(shè)計(jì)為C30鋼筋混凝土,井頸設(shè)計(jì)為C15片石混凝土。鎖井盤及井頸采用人工配合挖掘機(jī)開挖施工,汽車吊提升1 m3吊桶出渣。開挖時(shí)預(yù)留30 cm～50 cm人工配合修整到位,保證成井質(zhì)量及側(cè)壁穩(wěn)定。

鎖井盤鋼筋在加工場加工,現(xiàn)場綁扎成型。內(nèi)模采用組合鋼模板現(xiàn)場拼裝,混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制,混凝土輸送車運(yùn)送至灌注點(diǎn)澆筑,分層澆搗,插入式振搗器振搗密實(shí),鎖井盤混凝土一次灌注,井頸片石混凝土分兩次澆筑完成。

3.1.2 井口段30 m施工

從井口向下30 m范圍的井身采用普通方法施工,全斷面分層下挖,人工風(fēng)鉆打眼,光面爆破開挖,小型挖掘機(jī)裝渣,汽車吊提升3 m3吊桶出渣。初期支護(hù)由人工打設(shè)錨桿、立鋼拱架、掛鋼筋網(wǎng),然后噴射混凝土,每循環(huán)的進(jìn)尺為鋼拱架的設(shè)計(jì)間距。井口段30 m施工時(shí),人員利用爬梯上下,材料利用汽車吊下放到井底作業(yè)面。

3.2 井身段開挖施工

采用普通方法完成30 m井身后,開始進(jìn)行井架、提升設(shè)備及吊盤、封口盤等的安裝和提升系統(tǒng)的調(diào)試。

根據(jù)豎井的斷面尺寸選用Ⅳ型鋼管鑿井井架,井架角柱跨度為14 m×14 m,天輪平臺(tái)尺寸為7 m×7 m,基礎(chǔ)頂面距天輪平臺(tái)的高度為21.97 m。井口設(shè)封口盤,它既是升降人員和材料、設(shè)備的平臺(tái),又可以防止從井口向下掉落石塊、雜物,保護(hù)井下作業(yè)人員的安全。封口盤上吊桶提升口處設(shè)井蓋門,井蓋門在吊桶通過時(shí)開啟,其余時(shí)候都處于閉合狀態(tài),封口盤上其余各管、鋼絲繩通過處的孔口四周均用鋼板圍蔽,防止雜物掉入井內(nèi)。

井口30 m以下至設(shè)計(jì)深度的井身開挖施工,在井口提升設(shè)備全部安裝完成,并經(jīng)鑒定驗(yàn)收后進(jìn)行。

3.2.1 打眼

打眼采用YT28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī),將開挖面分區(qū),每臺(tái)風(fēng)鉆負(fù)責(zé)一塊。鉆眼過程中,用高壓風(fēng)把炮眼中的石渣及顆粒吹出,以防卡鉆,每鉆完一眼及時(shí)堵塞,防止石屑泥土進(jìn)入,影響裝藥。

開挖采用光面爆破,根據(jù)圍巖性質(zhì)及設(shè)計(jì)開挖斷面尺寸作鉆爆設(shè)計(jì)。炮眼按同心圓排列布置,采用斜眼錐形掏槽方式,掏槽眼兩圈18個(gè),輔助眼三圈86個(gè),周邊眼59個(gè)。周邊眼、輔助眼深度2.0 m,掏槽眼比周邊眼深0.2 m。每開挖循環(huán)進(jìn)尺為 1.8 m,炮眼利用率達(dá)到90%以上。

3.2.2 裝藥爆破

根據(jù)豎井掘進(jìn)炮孔向下的特點(diǎn),采用防水乳化炸藥,藥卷規(guī)格φ 32×200 mm,周邊眼采取不耦合間隔裝藥,其他眼采用連續(xù)裝藥。掏槽眼裝藥系數(shù)0.65～0.85,輔助眼裝藥系數(shù)0.40～0.60,周邊眼裝藥系數(shù)0.15～0.25。采用非電毫秒雷管,段數(shù)由內(nèi)向外分別為1,3,5,7,9,11,電力起爆。

3.2.3 出渣

井底采用小型挖掘機(jī)裝渣,礦用提升機(jī)提升3 m3吊桶至井口,翻渣至15 t自卸汽車運(yùn)至棄渣場。

3.2.4 初期支護(hù)

砂漿錨桿采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)成孔,高壓風(fēng)清孔,人工安裝。

鋼架按設(shè)計(jì)圖紙預(yù)先在井口加工場加工成型,并通過試拼,現(xiàn)場安裝。鋼筋網(wǎng)片在加工廠采用點(diǎn)焊加工成型,人工鋪設(shè)后與鋼架或錨桿焊接牢固。

噴射混凝土混合料在井口拌合站拌和,通過吊桶運(yùn)送到作業(yè)面。豎井開挖成型、表面清理后,立即進(jìn)行初噴混凝土施工,封閉圍巖,錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)安設(shè)完成后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4 配套施工方案

1)供風(fēng)方案。根據(jù)施工作業(yè)面需風(fēng)能力的要求,井口采用 3臺(tái)20 m3/min的電動(dòng)空壓機(jī),井筒內(nèi)高壓風(fēng)管路選用φ 150鋼管。

2)通風(fēng)方案。豎井開挖施工期間,采用 1臺(tái)SDFc-No10軸流通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng),風(fēng)機(jī)安裝在井架10 m平臺(tái)上。井內(nèi)懸掛一趟φ 1.0 m PVC軟風(fēng)筒,風(fēng)筒距工作面不超過10 m,將地表新鮮風(fēng)直接送至開挖工作面。

3)通訊照明方案。豎井開挖施工期間,在井身內(nèi)吊盤、井口信號(hào)房、井架翻矸臺(tái)、提升機(jī)房等均設(shè)置聲光信號(hào)系統(tǒng),以井口為中心建立可靠的信號(hào)聯(lián)系網(wǎng),使開挖工作面、吊盤均能向井口獨(dú)立發(fā)送信號(hào),井口信號(hào)房除了能與井內(nèi)發(fā)出信號(hào)聯(lián)系外,還可向提升機(jī)房、翻矸臺(tái)及各懸吊絞車發(fā)送信號(hào),確保井上、下的通訊聯(lián)絡(luò)及時(shí)、準(zhǔn)確。井口照明在井架上安裝4盞自鎮(zhèn)汞燈來實(shí)現(xiàn),井身內(nèi)吊盤上層安裝6盞100 W白熾燈;吊盤下層安設(shè)3盞防爆投光燈,用于井底工作面施工照明。

4)排水方案。井身涌水量較小時(shí),采用在裝巖的同時(shí),用潛水泵將開挖工作面積水排入吊桶內(nèi),由吊桶提出井外排出。井身涌水量較大時(shí),采用高揚(yáng)程吊泵進(jìn)行排水,在開挖面設(shè)集水坑,井壁設(shè)“L”形截水環(huán),使水通過收集后排入指定位置,由專人負(fù)責(zé)直接通過管道抽排至井口外。

5 豎井開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

1)施工前先作好井口工程,穩(wěn)定好井口的邊坡,作好邊溝等排水設(shè)施,確保地表水不致危及豎井施工安全。2)開挖采用光面爆破技術(shù),嚴(yán)格控制超欠挖,保證開挖輪廓圓順。初期支護(hù)噴射混凝土厚度、鋼架的間距、錨桿方向、長度、抗拔力符合設(shè)計(jì)要求。3)施工中應(yīng)隨挖隨支護(hù),如遇圍巖軟弱、石質(zhì)破碎、風(fēng)化嚴(yán)重時(shí),盡量縮短開挖進(jìn)尺。4)爆破作業(yè)嚴(yán)格遵守國家相關(guān)安全操作規(guī)定,爆破后必須經(jīng)過至少15 min通風(fēng)排煙后,檢查人員方可進(jìn)入工作面,檢查有無瞎炮及可疑現(xiàn)象;有無殘余炸藥或雷管;井壁有無松動(dòng)石塊;支護(hù)有無損壞與變形。在妥善處理并確認(rèn)無誤后,其他工作人員才可進(jìn)入工作面。5)施工中要加強(qiáng)通風(fēng),保持井下空氣新鮮。6)加強(qiáng)監(jiān)控量測,及時(shí)反饋信息,通過量測指導(dǎo)施工,確保安全。

[1] JTJ 042-94,公路隧道施工規(guī)范[S].

[2] GBJ 213-90,礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] 柴穎鵬.隧道施工中的關(guān)鍵要素[J].山西建筑,2008,34(12):321-322.