張 治 榮

(中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

隨著我國(guó)高速公路、高速鐵路的高速發(fā)展，我國(guó)特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井設(shè)置數(shù)量也隨之增多。目前，國(guó)內(nèi)外絕大部分豎井采取正井法進(jìn)行施工。和榆高速公路云山隧道全長(zhǎng)11.4 km，為確保云山隧道后期運(yùn)營(yíng)洞內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量,共設(shè)置四處地下風(fēng)機(jī)房，其中斜井通風(fēng)三處，豎井通風(fēng)一處。通風(fēng)豎井內(nèi)徑8.2 m，最大開挖直徑9.78 m,井深220.4 m。豎井送、排風(fēng)道通過(guò)采用鋼筋混凝土中隔板進(jìn)行分隔，根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示，該豎井段圍巖主要以石灰?guī)r及白云巖為主，部分井段圍巖為夾泥巖并含有基巖裂隙水。

和榆高速公路云山隧道1號(hào)豎井為盡早解決正洞施工通風(fēng)所需，根據(jù)工期及現(xiàn)場(chǎng)情況，采取正井法施工。通常在豎井施工過(guò)程中，巖石爆破采用正井法全斷面正向爆破掘進(jìn)，其施工難度大、功效低。本文著重根據(jù)公路隧道的特殊要求，借鑒以往豎井開挖施工技術(shù)，在確保施工安全的前提下，以新技術(shù)、新工藝、新理念進(jìn)行施工。

1 關(guān)鍵技術(shù)原理

1.1 井下快速高效排、堵水施工技術(shù)

主要通過(guò)對(duì)井下滲水段采取半導(dǎo)坑上下導(dǎo)開挖，下導(dǎo)坑作積水區(qū)，井壁座設(shè)置過(guò)濾水箱進(jìn)行環(huán)保節(jié)能排水；涌水段采用快速封堵器封堵后進(jìn)行雙液漿注漿封堵，注漿過(guò)程中充分利用快速封堵器的特點(diǎn)及時(shí)通過(guò)排、堵水措施調(diào)整圍巖富水區(qū)水壓，提高注漿質(zhì)量。

1.2 正井法多臨空面水壓爆破技術(shù)

在豎井爆破掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)充分應(yīng)用滿足深孔起爆要求的1段、3段、5段、7段、9段非電毫秒雷管組合2段、3段非電半秒雷管，形成多臨空面起爆網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)作業(yè)面提供多臨空面爆破的技術(shù)措施，在減小開挖面水平環(huán)向應(yīng)力影響的同時(shí)，有效降低爆破安全風(fēng)險(xiǎn)、炸藥用量、粉塵濃度，提高循環(huán)進(jìn)尺、爆破效果，避免欠挖、渣粒徑過(guò)大等現(xiàn)象。

2 關(guān)鍵技術(shù)操作要點(diǎn)

2.1 井下快速高效排、堵水施工

云山隧道1號(hào)豎井井段圍巖主要以石灰?guī)r及白云巖為主，部分圍巖為夾泥巖并含有基巖裂隙水。由于采用正井法施工，且出水段多為圍層裂隙段或破碎段，水治理的效果將直接影響施工質(zhì)量及后期運(yùn)營(yíng)安全。針對(duì)井段地質(zhì)情況及實(shí)際滲水、涌水情況，結(jié)合豎井正井法施工的特點(diǎn)，云山隧道豎井施工過(guò)程中根據(jù)滲、涌水特性，分別采取兩套水處理方案。

2.1.1滲水段排水處理

云山隧道1號(hào)豎井開挖至井下58 m時(shí)，井壁出現(xiàn)滲水，隧道開挖深度增加，滲水面隨之增多，滲水受重力沿井壁匯聚至井底作業(yè)面，如不加處理，會(huì)越聚越多，嚴(yán)重影響施工及圍巖穩(wěn)定性。

為保證排水有效且不影響正常施工，采取半導(dǎo)坑上下導(dǎo)掘砌方式。上下導(dǎo)按垂直間距1 m逐次進(jìn)行掘砌，下導(dǎo)坑為積水區(qū)，在其上方開挖1/4井壁座圍巖，沿井壁座焊寬度為50 cm高為井壁座高度環(huán)形沉渣濾水箱，水箱內(nèi)加設(shè)腹板，下方用木楔使之與井壁座巖面頂緊，焊接Φ32螺紋鋼連接水箱外壁及井壁座相鄰鋼拱架，確保圍巖及支護(hù)穩(wěn)定性。利用水泵將井底積水抽至濾水箱過(guò)濾后作為高壓施工用水，多余過(guò)濾水由高揚(yáng)程水泵排除井外，見(jiàn)圖1。

2.1.2涌水段雙液漿封堵水處理

豎井開挖掘進(jìn)至井下112 m時(shí)，井壁圍巖出現(xiàn)涌水，經(jīng)測(cè)定其最大涌水量達(dá)10.2 m3/h。設(shè)計(jì)初期支護(hù)參數(shù)已無(wú)法對(duì)涌水進(jìn)行有效封閉及隔離。為確保施工質(zhì)量安全，對(duì)該地段采用壓力出水口快速封堵器焊接φ42導(dǎo)管注雙液漿進(jìn)行止水，見(jiàn)圖2。

快速封堵器安裝于巖壁孔部位，與φ42導(dǎo)管焊接，導(dǎo)管長(zhǎng)度2 m,3 m交錯(cuò)布置，導(dǎo)管間距為100 cm(環(huán)向)×100 cm(豎向)進(jìn)行布孔，注漿配比如表1所示。

表1 單液水泥漿、水泥一水玻璃雙液漿配比

雙液漿注漿施工時(shí)，涌水量過(guò)大段落時(shí)，為有效防止富水區(qū)域水壓對(duì)雙液漿配比稀釋的影響，先利用7號(hào)、8號(hào)注漿管快速封堵器閥門排水降壓后再進(jìn)行注漿，當(dāng)出水口水壓持續(xù)不降或者起伏不定，則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排水降壓情況，采取持續(xù)開啟快速封堵器閥門7號(hào)、8號(hào)排水并進(jìn)行上部間孔注漿，直至1號(hào)～6號(hào)孔全部注漿且封堵完畢后，再依次進(jìn)行7號(hào)、8號(hào)孔的注漿與封堵，見(jiàn)圖3。

為保證注漿的質(zhì)量和堵水效果，在注漿施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制漿液配比及進(jìn)行充分配制，且需根據(jù)涌水段落壁后圍巖的進(jìn)漿量、漏漿情況、排水孔水壓等因素及時(shí)調(diào)整漿液的各項(xiàng)配比參數(shù)，確保漿液凝膠時(shí)間及質(zhì)量符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果體現(xiàn)，采用該技術(shù)較常規(guī)雙液漿注漿工藝，在注漿孔的有效封堵、涌水水壓的控制、注漿質(zhì)量的保障等方面均效果明顯。

2.2 正井法多臨空面水壓爆破施工

傳統(tǒng)豎井正井法全斷面爆破開挖施工受水平環(huán)向應(yīng)力等因素影響，往往循環(huán)進(jìn)尺量、爆破的效果不佳。云山隧道1號(hào)豎井通過(guò)采取多臨空面水壓爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開挖掘進(jìn)爆破，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用開挖爆破質(zhì)量、爆破炸藥用量、粉塵濃度控制效果極其明顯。

2.2.1鑿眼設(shè)備

人工鉆眼，采用YT28型風(fēng)鉆打眼。

2.2.2爆破器材

根據(jù)水壓爆破在豎井施工中應(yīng)用的特殊性及安全要求，結(jié)合施工中常用爆破器材的種類情況，選用導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆爆破器材，見(jiàn)圖4。

2.2.3多臨空面水壓爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

由于正井法全斷面開挖過(guò)程中，受水平環(huán)向應(yīng)力影響，在以往豎井爆破開挖施工中經(jīng)常出現(xiàn)欠挖、爆后出現(xiàn)渣粒徑過(guò)大等現(xiàn)象。

云山隧道1號(hào)豎井爆破開挖施工中充分應(yīng)用腳線長(zhǎng)6 m，滿足深孔起爆要求的1段、3段、5段、7段、9段非電毫秒雷管組合2段、3段非電半秒雷管，形成多臨空面起爆網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)表2。

表2 毫秒延期導(dǎo)爆管雷管延期時(shí)間表 ms

多臨空面水壓爆破網(wǎng)絡(luò)起爆順序?yàn)閺奶筒垩鄣捷o助眼依次進(jìn)行起爆，周邊眼最后起爆。

雷管段位設(shè)置如圖5所示，雷管按炮眼從中心向外側(cè)逐次設(shè)置，依次為1段、3段、5段、7段、9段非電毫秒雷管及2段非電半秒雷管、周邊眼3段非電半秒雷管起爆。在爆破過(guò)程中3排、4排、5排炮眼優(yōu)先爆破，形成4組含有內(nèi)向、兩側(cè)3個(gè)臨空面共計(jì)12個(gè)臨空面，形成臨空面后爆破中對(duì)向組爆破出的巖石對(duì)向碰撞、擠壓，有效降低了石渣粒徑及提高了爆破開挖面質(zhì)量。

1)爆破參數(shù)。

掏槽眼：掏槽眼采用8個(gè)間距54 cm炮孔。

周邊眼間距E：周邊眼布置在豎井開挖斷面輪廓線上，當(dāng)爆孔直徑D為42 mm時(shí)，周邊孔間距E選取(10～14)D，Ⅲ級(jí)圍巖周邊眼間距宜取500 mm。周邊眼個(gè)數(shù)及間距在實(shí)際施工過(guò)程中需根據(jù)圍巖的軟硬程度結(jié)合爆破效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

光爆層厚度W：由于豎井開挖斷面小，光爆層厚度相對(duì)要小，且其受巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際圍巖情況經(jīng)驗(yàn)確定。

孔深L：Ⅲ級(jí)圍巖結(jié)合鉆孔技術(shù)難易及安全施工的要求，每循環(huán)進(jìn)尺宜為2 m。周邊眼、輔助眼炮孔深度控制在2.5 m，掏槽眼采用垂直掏槽，炮孔深度宜為2.8 m。

炮眼數(shù)量：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的條件，在保證爆破出的碎渣無(wú)大塊、挖掘機(jī)好裝渣的情況下，滿足下個(gè)工作斷面的平整性，為下個(gè)循環(huán)的鉆眼施工創(chuàng)造條件。本豎井炮眼根據(jù)圍巖情況數(shù)量在Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)達(dá)到180個(gè)～210個(gè)。

裝藥量Q：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)及理論周邊眼光面爆破裝藥量的計(jì)算公式Q=qEW，確定周邊眼裝藥量取0.24 kg/m。

裝藥結(jié)構(gòu)：為確保爆破質(zhì)量和控制炸藥用量，豎井周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)需采用徑向不偶合間隔裝藥，間隔藥卷用導(dǎo)爆索連接后接導(dǎo)爆管連接至起爆網(wǎng)路。

2)水壓爆破設(shè)計(jì)。

借鑒目前國(guó)內(nèi)成熟的水壓爆破技術(shù)進(jìn)行裝藥，先在炮孔內(nèi)放入1節(jié)水袋墊底(約20 cm)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的單孔裝藥量裝填炸藥，炸藥裝好后，再裝填4節(jié)～3節(jié)水袋(60 cm～80 cm)，最后裝填炮泥堵塞封口，見(jiàn)圖6。

2.2.4鉆眼爆破作業(yè)

在鉆眼爆破作業(yè)中，嚴(yán)格按豎井正井法多臨空面水壓爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行組織施工，確保鉆眼、裝藥、聯(lián)線、起爆各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際圍巖情況及爆破整體效果，及時(shí)調(diào)整爆破相關(guān)參數(shù)。

下井穩(wěn)鉆打眼：鉆工下井，按事先已劃好的區(qū)域打眼。

收鉆升井：全部炮眼打完后，把鉆孔設(shè)備全部裝入吊桶中提到地面。

水壓爆破裝藥連線：爆破用高壓風(fēng)將炮孔中的巖粉及水吹出，防止水袋容易被孔內(nèi)殘?jiān)茡p。清孔完成后，根據(jù)已設(shè)定的水壓爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行裝藥。

全面炮眼裝藥封孔后，聯(lián)線方式采用閉合對(duì)稱全并聯(lián)爆破網(wǎng)絡(luò)，在工作面要安設(shè)木樁，連接起爆導(dǎo)爆管固定在木樁上，將起爆針兩個(gè)腳線扭在一起連接起爆管后連接高能脈沖起爆器爆破母線，撤出工作面的全部工具，材料、設(shè)備撤到規(guī)定的安全高度后起爆。

2.2.5出渣、排渣作業(yè)

井下采用小型挖掘機(jī)將渣石裝入出渣吊桶內(nèi)，經(jīng)豎井作業(yè)提升絞車吊運(yùn)至井外，井內(nèi)井壁部位虛渣的排險(xiǎn)采用機(jī)械人工配合形式，確保施工安全。

3 結(jié)語(yǔ)

該技術(shù)在云山隧道1號(hào)豎井施工中實(shí)踐及運(yùn)用中效果良好。通過(guò)與常規(guī)豎井施工相比，其富水段排堵水效果、開挖循環(huán)進(jìn)尺度、爆破效果、安全措施等方面都有明顯的提高，達(dá)到了良好的效果，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著。本技術(shù)的研究開發(fā)為大直徑富水通風(fēng)豎井施工提供了可靠的依據(jù)和有力的借鑒，在目前國(guó)內(nèi)特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井?dāng)?shù)量不斷增長(zhǎng)形勢(shì)下，其在今后類似施工有很好的借鑒作用，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。