劉龍衛(wèi)

(中國中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 400000)

1 工程概況

某500 萬m3地下水封洞庫，由10 條平行主洞庫組成，每條主洞均設(shè)一條工藝豎井與地面設(shè)施連接，洞庫施工期間豎井可兼做通風(fēng)排煙通道，因此為改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量，應(yīng)盡早完成豎井施工。

2 反井+擴(kuò)挖法與正井法施工方法及適用范圍

2.1 反井+擴(kuò)挖施工法

1)反井+擴(kuò)挖施工法施工前期準(zhǔn)備工作。

a.地下滲漏水的控制。在豎井地質(zhì)勘察時(shí)期，需對豎井鉆探孔進(jìn)行分段壓水試驗(yàn)，確定巖石滲透系數(shù)，并大致推算各段出水情況。反井鉆司鉆導(dǎo)孔期間分段(一般為5 m～8 m 為宜)進(jìn)行滲漏水測量，確定導(dǎo)井施工期間滲水分布情況。通過以上兩個步驟進(jìn)行地表超前預(yù)注漿以及井下豎直向上預(yù)注漿的深度，對出水量較大的位置進(jìn)行注漿封堵，減小導(dǎo)井施工期間的地下水流失。

b.反井鉆反提預(yù)留深度的確定。地下水封洞庫選址均位于含水量豐富、地質(zhì)圍巖情況較好的圍巖中，但地表覆蓋層一般含水量較大且風(fēng)化較為嚴(yán)重，本項(xiàng)目地表覆蓋層為強(qiáng)(全)風(fēng)化花崗巖，為防止反井鉆反提導(dǎo)井時(shí)地表出現(xiàn)坍塌溜井現(xiàn)象，反井鉆反提高度確定在地表覆蓋層以下1.5 m～2 m 左右，預(yù)留部分應(yīng)采用正井法進(jìn)行施工。

c.反井鉆導(dǎo)井直徑的確定。本項(xiàng)目豎井直徑為6 m，井內(nèi)需開挖楔形封塞、預(yù)埋管道支架等其他輔助設(shè)施，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對比發(fā)現(xiàn)直接采用反井鉆施工6 m 直徑豎井造價(jià)較高，且由于輔助設(shè)施的施工仍需借助于井架及托盤，因此采用反井+擴(kuò)挖的方式更為合理，為保證導(dǎo)井溜渣暢通確定采用1.4 m 直徑反井鉆進(jìn)行反提施工。

2)超前預(yù)注漿。

首先對地表覆蓋層進(jìn)行固結(jié)，防止施工期間地表濕陷，注漿壓力應(yīng)控制在0.5 MPa 以內(nèi)，若出現(xiàn)漏漿或壓力持續(xù)不上升時(shí)可采用水泥漿+水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿固結(jié)。

地表固結(jié)注漿完成后，進(jìn)行超前堵水注漿，鉆孔深度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告確定，注漿壓力應(yīng)控制在0.5 MPa～1.0 MPa。

由于豎井長度一般在50 m 以上，可利用鑿巖臺車由井下向上垂直鉆孔，對井底與井下巷道交叉口進(jìn)行固結(jié)以及堵水注漿。

3)反井鉆施工準(zhǔn)備。

當(dāng)?shù)乇砀采w預(yù)注漿完成后，進(jìn)行反井鉆基礎(chǔ)的施作，為防止鉆機(jī)施工時(shí)發(fā)生傾覆現(xiàn)象，基礎(chǔ)承載力需要足夠強(qiáng)，反井鉆機(jī)基礎(chǔ)尺寸為400 cm×220 cm×70 cm，采用C25 混凝土澆筑，澆筑時(shí)需預(yù)埋爆破孔，以方便基礎(chǔ)拆除。

在鉆機(jī)基礎(chǔ)附近，挖一循環(huán)水池，使鉆機(jī)的冷卻水和孔口反出水能自然流進(jìn)池內(nèi)。循環(huán)水池的容量不宜小于10 m3，并能滿足人工或挖掘機(jī)等清理沉淀泥漿的作業(yè)。循環(huán)水池一般是臨時(shí)的，當(dāng)距離豎井口較近時(shí)在反井鉆機(jī)施工完成后應(yīng)回填。

4)反井鉆施工。

a.導(dǎo)孔施工。導(dǎo)孔鉆進(jìn)是反井鉆機(jī)施工的關(guān)鍵，鉆桿傾斜、孔位偏差均會導(dǎo)致豎井偏離原設(shè)計(jì)位置，因此選擇匹配的導(dǎo)孔鉆頭與鉆桿非常關(guān)鍵，本項(xiàng)目采用反井鉆導(dǎo)孔鉆頭直徑為216 mm，鉆桿直徑選用186 mm 單根鉆桿長1 m，鉆機(jī)就位后進(jìn)行導(dǎo)孔施工，由豎井井口自上而下與巷道或主洞頂相貫通，由于導(dǎo)孔施工時(shí)將穿過全、強(qiáng)風(fēng)化層，可能出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為防止塌孔后的石屑將鉆桿抱死，塌孔后不得繼續(xù)鉆孔，應(yīng)將鉆桿全部提出，進(jìn)行灌漿施工固結(jié)孔壁，然后繼續(xù)進(jìn)行鉆孔，導(dǎo)孔施工時(shí)應(yīng)預(yù)備備用電源，防止突然停電導(dǎo)致鉆桿抱死造成較大損失。

b.導(dǎo)井施工。在導(dǎo)孔鉆至井底巷道內(nèi)時(shí)，在巷道內(nèi)拆下導(dǎo)孔鉆頭，更換反向刀盤，然后慢速提鉆桿，當(dāng)?shù)侗P上的滾刀接觸到巖面時(shí)，用5 r/min～9 r/min 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動鉆桿，并慢速上提加力。待刀盤全部接觸巖面時(shí)，才能正常上提擴(kuò)孔，但一般的系統(tǒng)壓力限制不宜超過18 MPa，導(dǎo)井反提時(shí)必須嚴(yán)格遵循已確定的反提高度，嚴(yán)禁超提導(dǎo)致導(dǎo)井周邊地表覆蓋層發(fā)生坍塌。

5)豎井?dāng)U挖施工。

反井鉆導(dǎo)井施工完成后，拆除反井鉆基礎(chǔ)，架設(shè)擴(kuò)挖井架，對導(dǎo)井進(jìn)行擴(kuò)挖，石渣由導(dǎo)井溜至井下巷道，由傳統(tǒng)出渣設(shè)備裝載機(jī)或挖掘機(jī)配合出渣大車將石渣倒運(yùn)至洞外指定堆渣場。擴(kuò)挖時(shí)應(yīng)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，防止由于爆破孔間距過大導(dǎo)致石渣塊頭過大，堵塞導(dǎo)井。擴(kuò)挖施工期間井內(nèi)遇較大滲水量或滲水量超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用徑向后注漿堵水的方法進(jìn)行封堵。

6)反井+擴(kuò)挖法施工豎井的使用范圍。

地下水封洞庫反井+擴(kuò)挖法施工豎井的方法適用于地表覆蓋層較薄，基巖含水量較小，且穩(wěn)定性較好的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層。

2.2 正井法施工方法

1)地表加固。若地表覆蓋層為砂質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖、流砂、砂巖、泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、礫巖、煤層、巖漿巖、灰?guī)r等均可能發(fā)生井壁不穩(wěn)定的情況，因此豎井正挖施工前要對應(yīng)覆蓋層厚度進(jìn)行加固注漿。

2)正挖施工。架設(shè)正挖井架(要求井架基礎(chǔ)牢固)，對豎井進(jìn)行鉆爆法正挖，由于正挖法施工豎井時(shí)井內(nèi)滲水、施工用水等均需通過井口排出，施工期間應(yīng)準(zhǔn)備高揚(yáng)程水泵兩臺，一用一備。爆破后石渣由人工裝至吊桶，并利用提升系統(tǒng)提至井口，由軌道運(yùn)輸小車運(yùn)輸至臨時(shí)棄渣廠，再由裝載機(jī)配合渣車轉(zhuǎn)運(yùn)至指定棄渣場，施工時(shí)必須進(jìn)行爆破試驗(yàn)，防止爆破后石渣塊度過大，導(dǎo)致人工裝渣困難。

3)正井法施工豎井的使用范圍。以正井開挖爆破的施工方法進(jìn)行豎井的施工，是傳統(tǒng)施工工藝，該方法適用于所有豎井工程。

3 反井鉆+擴(kuò)挖與正挖施工豎井各項(xiàng)指標(biāo)對比

1)安全環(huán)保方面。

優(yōu)點(diǎn):

a.豎井施工當(dāng)中機(jī)械化程度得以提高;b.豎井?dāng)U挖時(shí)爆破后的石渣直接由導(dǎo)井溜至井底巷道減少了豎井提升系統(tǒng)的運(yùn)行次數(shù)，大大降低了安全事故的發(fā)生率;c.導(dǎo)井與洞內(nèi)巷道相通保證了井下的通風(fēng)，改善了作業(yè)環(huán)境;d.由于導(dǎo)井凌空面的存在使得擴(kuò)挖時(shí)單段火工品用量降低，降低了爆破震動，降低了對圍巖的擾動。

缺點(diǎn)與對策:

a.反井鉆施工井下必須提供凌空面;b.擴(kuò)挖時(shí)導(dǎo)井存在人員墜落的風(fēng)險(xiǎn)，井下施工必須佩帶安全帶;c.導(dǎo)井施工時(shí)地表軟弱層存在失陷的可能，因此反井鉆反提高度必須根據(jù)地質(zhì)勘察資料提前確定，并在地表進(jìn)行固結(jié)注漿;d.井下存在發(fā)生物體打擊事件的可能，因此反井鉆反提施工以及豎井?dāng)U挖時(shí)必須在井下進(jìn)行可靠的安全防護(hù)。

2)質(zhì)量方面。

a.反井鉆機(jī)采用滾刀機(jī)械破巖，對圍巖破壞小，井壁光滑，有利于擴(kuò)挖溜渣、通風(fēng)、排水;b.擴(kuò)挖時(shí)用藥量小，爆破震動小，圍巖穩(wěn)定性好;c.導(dǎo)孔司鉆完成后井下凌空面已基本確定豎井中心，不存在測量放樣錯誤導(dǎo)致豎井開挖位置錯位。

3)進(jìn)度方面。

傳統(tǒng)正挖法與反井+擴(kuò)挖法施工豎井進(jìn)度對比表見表1。

表1 傳統(tǒng)正挖法與反井+擴(kuò)挖法施工豎井進(jìn)度對比表

a.反井鉆反提后擴(kuò)挖施工時(shí)由于導(dǎo)井的存在爆破鉆孔數(shù)量減少，使得鉆孔時(shí)間縮短;b.鉆孔期間由于鉆孔施工用水由導(dǎo)井直接排除，減少了傳統(tǒng)正挖時(shí)的抽排水時(shí)間;c.反井鉆反提后擴(kuò)挖施工時(shí)由于(導(dǎo)井)凌空面的存在，可加深爆破孔深度，單炮進(jìn)尺一般在2.3 m 以上，傳統(tǒng)正挖基本在1.5 m 以內(nèi);d.擴(kuò)挖施工較正挖施工施工工序減少、爆破施工循環(huán)數(shù)減少，各工序轉(zhuǎn)換期間的通風(fēng)排煙時(shí)間減少、出渣期間的抽排水時(shí)間忽略，使得施工進(jìn)度得以較大提高。

4)成本費(fèi)用方面。

傳統(tǒng)正挖與反井+擴(kuò)挖法施工豎井經(jīng)濟(jì)對比表見表2。

表2 傳統(tǒng)正挖與反井+擴(kuò)挖法施工豎井經(jīng)濟(jì)對比表 元/m

4 結(jié)語

1)通過技術(shù)對比可知，在地下水封洞庫豎井施工當(dāng)中，若地表覆蓋層較薄、豎井區(qū)域地下圍巖完整性較好、反井鉆施工導(dǎo)井時(shí)不會出現(xiàn)較大滲水量導(dǎo)致地下水形成滲水漏斗，從而威脅到洞庫的水封，可以采用反井+擴(kuò)挖法進(jìn)行施工。與正井法相比較，反井+擴(kuò)挖法施工流程較多，施工組織相對復(fù)雜一些，但施工時(shí)機(jī)械化程度較高、安全性較好、施工進(jìn)度較快。

2)通過經(jīng)濟(jì)預(yù)算對比可知，在地下水封洞庫豎井施工當(dāng)中，反井+擴(kuò)挖法較傳統(tǒng)正井法更為經(jīng)濟(jì)，但地表覆蓋層與強(qiáng)(全)風(fēng)化層厚度占豎井井深的比例超過2/3 時(shí)，由于設(shè)備進(jìn)退場費(fèi)用、設(shè)備安裝及拆卸等原因宜采用正井法施工。

［1］郭得福，張 慧.豎井反井鉆井法在地下水封洞庫工程中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2012(5) :709-712.

［2］史天生.深立井井筒施工技術(shù)與裝備［J］.建井技術(shù)，1995(6) :23-27.