王建春

摘? ?要：以蒙華鐵路高瓦斯隧道集義隧道為研究對(duì)象，探究反井鉆機(jī)在隧道4條永久通風(fēng)豎井中的應(yīng)用。導(dǎo)向孔施工采用潛孔錘技術(shù)的SPS1000水文水井鉆機(jī)，輔以KXP-2D型測(cè)斜儀邊鉆邊測(cè)，擴(kuò)孔施工完成后進(jìn)行錨噴支護(hù)。結(jié)果表明：（1）采用反井鉆機(jī)施工，成井質(zhì)量好，不存在超欠挖現(xiàn)象，豎井偏斜率極小，4號(hào)豎井偏斜率僅為0.2%;（2）成井速度快，2號(hào)豎井?dāng)U孔最快日進(jìn)尺27m，成為我國(guó)目前使用反井鉆機(jī)采用反井法施工一次成井最深的豎井工程;（3）占用場(chǎng)地少、設(shè)備布置靈活、環(huán)境友好，安全系數(shù)高，表明反井鉆機(jī)在隧道工程以及其他類似工程施工應(yīng)用具有極高的優(yōu)越性和先進(jìn)性。研究結(jié)果可為類似隧道豎井工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：反井鉆機(jī)? 高瓦斯隧道? 蒙華鐵路? 集義隧道? 豎井施工

中圖分類號(hào)：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0054-03

1? 工程概況

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道MHTJ-10標(biāo)集義隧道為高瓦斯隧道，全長(zhǎng)15417m，為單洞雙線電化鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h。隧道豎井區(qū)地層主要為坡積（Q3dl）砂質(zhì)新黃土、上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）砂質(zhì)新黃土及沖洪積（Q3al+pl）細(xì)圓礫土。隧址區(qū)地下水主要為第四季潛水及基巖裂隙水。布置4條永久通風(fēng)豎井，豎井參數(shù)見表1。通風(fēng)豎井位于隧道右側(cè)，距離線路右線中心線10～16m，井底通過橫通道與正洞連接。豎井成孔直徑2.23m，井壁支護(hù)后內(nèi)凈空直徑2m。4座通風(fēng)豎井井深分別為235m、475m、330m、275m。豎井區(qū)域表層覆蓋10～25m厚砂質(zhì)新黃土，下部圍巖以砂巖為主，局部夾泥巖。井口黃土段采用人工挖孔后，施作混凝土井壁，壁厚350mm，然后回填C20混凝土。基巖段井壁采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，壁厚120mm。

2? 反井鉆機(jī)施工工序

集義隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，豎井施工場(chǎng)地面積小、環(huán)保要求高、施工組織難度大，為安全、快速、高質(zhì)量地完成豎井施工，克服上述施工重難點(diǎn)，保證隧道正常掘進(jìn)，采用反井鉆機(jī)施工。為最大限度縮短工期，同時(shí)克服豎井區(qū)域內(nèi)嚴(yán)重缺水問題，對(duì)表土進(jìn)行處理后，采用潛孔錘技術(shù)的SPS1000水文水井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)向孔施工，基于空氣正循環(huán)原理進(jìn)行排渣，選用KXP-2D型測(cè)斜儀邊鉆邊測(cè)以控制豎井垂直度。選用BMC系列反井鉆機(jī)進(jìn)行擴(kuò)孔施工，掉落的巖渣從隧道內(nèi)由鏟車裝運(yùn);擴(kuò)孔施工完成后，在地面安裝井架進(jìn)行錨網(wǎng)噴初期支護(hù)，達(dá)到最終使用要求。反井鉆機(jī)施工工序如下圖1所示。表土處理過程中人工挖孔護(hù)壁施工示意圖及效果圖見圖2。

3? 反井鉆機(jī)技術(shù)組成

BMC系列反井鉆機(jī)主要針對(duì)煤礦中硬巖層條件，鉆鑿最大直徑5.0m、深度600 m的立井和斜井，經(jīng)改造后可適應(yīng)隧道類巖石條件的施工和鉆鑿。根據(jù)集義隧道4口豎井的具體情況，選擇400型施工1號(hào)、4號(hào)豎井，600型施工2號(hào)、3號(hào)豎井。反井鉆機(jī)的技術(shù)組成見圖3，技術(shù)參數(shù)見表2。

4? 導(dǎo)孔鉆進(jìn)

鉆具采用“鉆頭～沖正器～178鉆鋌～扶正器～159鉆鋌～120鉆鋌～89鉆桿”的組合，鉆速控制在20～40r/min。為了保證排渣順暢及孔底清沽，施工中應(yīng)保持風(fēng)量為30m3/min。根據(jù)鉆進(jìn)速度及返渣顆粒大小及時(shí)調(diào)整鉆速和風(fēng)量，隨著深度的增加和地質(zhì)條件的變化，鉆壓和鉆速可適當(dāng)調(diào)整。導(dǎo)孔在鉆進(jìn)過程中，使用測(cè)斜儀進(jìn)行偏斜測(cè)量，根據(jù)返渣巖石的具體情況布置測(cè)點(diǎn)，一般為20～40m范圍內(nèi)布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。最終測(cè)定先施工的1號(hào)豎井偏斜率1%，根據(jù)對(duì)巖層情況的掌握調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，隨后施工的4號(hào)豎井偏斜率僅為0.2%，最深的2號(hào)豎井偏斜率為0.6%，完全滿足豎井的使用要求。導(dǎo)孔偏斜率受到地質(zhì)條件、鉆機(jī)機(jī)具及施工操作水平的影響。鉆機(jī)安裝不穩(wěn)固、鉆機(jī)軸線不垂直、使用彎曲的鉆桿，鉆進(jìn)速度過快、鉆壓過大，鉆進(jìn)遇到強(qiáng)風(fēng)化巖、松散堆積層和破碎帶等情況時(shí)極易發(fā)生偏斜。要控制導(dǎo)孔不發(fā)生較大偏斜，鉆機(jī)安裝必須穩(wěn)固、水平，采用垂直的鉆桿、增加粗徑鉆桿的長(zhǎng)度，采用鉆桿扶正器。每鉆進(jìn)完一根鉆桿，應(yīng)上提鉆具0.3～0.5m進(jìn)行吹風(fēng)保持孔底清潔。遇到破碎帶、較大裂隙或孔內(nèi)有塌孔掉塊等情況時(shí)，應(yīng)立即提動(dòng)鉆具，上下反復(fù)串洞，強(qiáng)行吹風(fēng)沖擊，必須將掉塊擠碎沖出孔外，并減小鉆壓。

根據(jù)對(duì)集義隧道通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)參數(shù)、地質(zhì)條件、施工條件的分析，選用SPC600型水文地質(zhì)鉆機(jī)及潛孔錘沖擊器利用壓風(fēng)循環(huán)進(jìn)行Φ270mm導(dǎo)孔施工，使用空氣壓縮機(jī)提供的高壓風(fēng)將孔內(nèi)巖屑吹出孔外。導(dǎo)孔鉆具轉(zhuǎn)速控制在25～40r/min，鉆壓控制在12～16kN之間。鉆進(jìn)過程中，每40m測(cè)一次偏斜率、孔位，如果出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象，采取措施糾正，如重新支墊鉆機(jī)、擴(kuò)孔、改變鉆進(jìn)壓力等方法加以糾正，導(dǎo)孔偏斜率僅能保證10‰以內(nèi)。

5? 應(yīng)用效果

最先施工的集義隧道1號(hào)通風(fēng)豎井井深235m，導(dǎo)孔下鉆與橫通道貫通后，實(shí)測(cè)導(dǎo)孔偏向線路內(nèi)側(cè)0.5m，偏離豎井橫通道中軸線（線路大里程方向）3.05m，實(shí)際偏斜率為1.3%，與偏斜率控制目標(biāo)相比，偏斜率過大，致使豎井下端已完成開挖的橫通道位置重新進(jìn)行調(diào)整，造成二次開挖，增加人工、材料等成本投入，并且為后期通風(fēng)帶來不便。針對(duì)偏斜率控制過大問題，項(xiàng)目部QC小組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析影響控制偏斜率的因素，設(shè)定偏斜率控制目標(biāo)值0.5%，根據(jù)不同的巖層情況控制鉆機(jī)的鉆速、鉆壓。開鉆前檢查鉆機(jī)回轉(zhuǎn)給進(jìn)系統(tǒng)工作正常、變角機(jī)構(gòu)牢靠、鉆機(jī)滑軌和機(jī)器之間不松曠，確保天車、轉(zhuǎn)盤、井口必須“三點(diǎn)一線”;長(zhǎng)度隨孔深逐漸加長(zhǎng)，每40m測(cè)一次孔斜、孔位，如果出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象，由值班技術(shù)員根據(jù)孔斜計(jì)算成果，采取措施糾正，重新支墊鉆機(jī)、使用扶正器、擴(kuò)孔、改變鉆進(jìn)壓力等方法加以糾正。鉆進(jìn)過程中，遇到軟硬水平層、破碎帶時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低鉆壓，確保鉆孔垂直度。鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)保持環(huán)狀間隙暢通無阻，如遇坍塌掉塊現(xiàn)象，應(yīng)反復(fù)提動(dòng)鉆具強(qiáng)行吹風(fēng)沖擊，把掉塊擠碎吹出孔外，然后采用輕壓慢轉(zhuǎn)的方法施工。下鉆時(shí)，潛孔錘接觸地面時(shí)，應(yīng)送風(fēng)，輕加壓，待鉆頭在地面沖擊出小孔，再采用輕壓回轉(zhuǎn)鉆進(jìn);鉆進(jìn)過程中，選擇鉆機(jī)低速鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速為48r/min;鉆鋌孔內(nèi)加壓，孔底壓力不超過鉆鋌重量的1/3，防止鉆桿彎曲而造成孔斜。采用測(cè)斜儀測(cè)量孔斜，通過調(diào)整鉆機(jī)設(shè)備支墊、扶正器糾斜、擴(kuò)孔糾斜等預(yù)防措施，偏斜率控制超越設(shè)定目標(biāo)值0.5%，提高至0.22%，為鐵路隧道超深小斷面豎井施工方面積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，反井鉆法一次成孔技術(shù)應(yīng)用提供參考借鑒依據(jù)。

6? 結(jié)語(yǔ)

（1）使用BMC系列反井鉆機(jī)配合采用潛孔錘技術(shù)的壓風(fēng)循壞地質(zhì)鉆機(jī)施工集義隧道通風(fēng)豎井不僅克服了環(huán)境惡劣、水資源極度匱乏的具體施工條件，同時(shí)占用場(chǎng)地少、設(shè)備布置靈活、對(duì)環(huán)境基本沒有負(fù)面影響，安全系數(shù)高，充分顯示了反井鉆機(jī)施工隧道工程以及其他類似工程的優(yōu)越性和先進(jìn)性。

（2）豎井偏斜率小，成井質(zhì)量好，無超挖欠挖，4號(hào)豎井偏斜率僅為0.2%，2號(hào)豎井偏斜率僅為0.6%。

（3）2號(hào)豎井是國(guó)內(nèi)目前使用反井鉆機(jī)采用反井法施工一次成井最深的豎井工程，成井速度快，導(dǎo)孔直徑273mm，掃孔直徑350mm，擴(kuò)孔直徑2.25m，深度475m，擴(kuò)孔最快日進(jìn)尺27m。

（4）集義隧道通風(fēng)豎井采用反井鉆一次成井技術(shù)施工，保證了小斷面超深豎井的施工安全，提高了豎井施工質(zhì)量，特別是深達(dá)475m的2號(hào)通風(fēng)豎井的順利完成，偏斜率控制精度為0.22%，取得了突破性的效果，刷新了國(guó)內(nèi)鐵路隧道工程超深豎井小斷面反井鉆施工一次成孔的記錄，為鐵路隧道其他類似豎井工程的施工提供重大借鑒。

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