五老山长大隧道通风竖井施工技术研究

丁国斌

（云南玉临高速公路建设有限责任公司，昆明 650100）

1 引言

随着我国高速公路修建事业的蓬勃发展，对长大隧道的设计与施工方法的研究已日趋完善。其中，对于长大隧道，寻常的隧道通风系统往往无法满足通风排污的需求，对隧道行车的安全性、舒适性、运营管理质量以及隧道的运营成本有直接影响[1]。竖井目前已成为隧道结构的重要组成部分[2]。本文结合玉临高速公路五老山隧道通风竖井设计与反井钻机施工实例，对通风竖井中反井钻机法施工中遇见的问题进行研究，对取得的施工效益进行分析，为类似工程提供参考。

2 工程概况

五老山隧道全长6640 m。左右幅中间2.4 km处设置1座竖井，设计内轮廓直径5.8 m，设计深度292.5 m。左、右幅隧道消防排烟均使用竖井排烟。隧道通风布置如图1所示。

图1 隧道通风布置图

3 五老山隧道通风竖井施工方案

3.1 方案确定

竖井的垂直运输问题利用井架式提升机解决，施工方式采取“反井钻机正向扩挖法”进行施工，初期钻孔紧跟挖掘面进行导孔施工，待挖掘及钻孔工作完毕后，再在井底自下而上进行反向扩挖施工。施工完毕后便进行滑模衬施工，衬砌钢筋施工借助滑模衬砌台车平台在衬砌混凝土上方施工。

针对具体问题，考虑五老山隧道通风竖井的特殊地质及工期要求，开挖采用反井施工方案，导井直径定为1.6 m，采用LM-400反井钻机施工，再二次扩挖支护至井底，初期支护紧跟开挖面，完成后自下而上采用滑模进行钢筋混凝土衬砌施工。具体施工工序如图2所示。

图2 竖井施工工序

3.2 竖井锁口施工

竖井锁口段是防止竖井在施工过程中防止井口坍塌、落石，保证施工安全的重要结构[3]。

根据竖井的地质条件、竖井深度和环境等多种因素综合考量后，本竖井锁口段将采取明挖法施工，从上到下进行全断面开挖，边挖边临时保护；土质岩层应用机械施工，石质岩层应用钻爆法施工，锁口段回填时，应两侧对称分层进行。首先放坡采用明挖方式完成井口锁口段0～6 m深开挖，采用定型模板完成锁口段C30钢筋衬砌混凝土及外圈C15片石混凝土回填施工后，安装井架式提升机。

开挖施工时在井口处设有封口盘（见图3），用作井口安全保护和井架稳固的基础来防坠物。

图3 竖井井口封口盘

井底作业表面则设有安全吊盘（见图4），作为另一种安全防范，以保障下方的工作人员生命安全。

图4 竖井井底安全吊盘

3.3 反井钻机导孔施工

反井钻机的引导孔钻进作业从上往下钻进孔径为240 mm的引导孔，而引导孔钻进过程，也就是对地层的探索过程。反井钻机虽然不是取芯钻进，但通过对钻孔流程和排出岩屑进行观察分析，并结合以往经验，可对地质状况有一个初步认识，还可为高加工精度钻进、孔室维护管理和模筑衬砌等方法的制定提供重要参考依据[4]。竖井反井钻机主要组成如图5所示。

图5 竖井反井钻机主要组成

需要注意的是，鉴于排风排烟竖井设计直径大、深度大，其导孔偏斜率的控制成为反井钻施工工艺的核心问题，若实际施工的偏差值过大，将直接影响后续导井的反拉施工[5]。在进行导孔施工过程中，施工技术控制非常关键，除了技术掌握情况及人为因素外，主要从以下4个方面进行控制。

1）钻机定位控制：在进行钻机安装过程中，钻机定位采用全站仪坐标放样，同时使用框式水准仪、吊锤相互校核的办法，确保钻机定位准确。

2）钻杆质量控制：钻杆强度满足要求，保证钻进中无钻杆变形和断裂情况。

3）钻进速度管理：在实施钻孔时，实时调节钻头各项参数设置，并选择合适的推进压力和回转压力，以保证整个钻进过程钻杆平稳完成。

若在施工过程中出现超过1.5%（即1.5 m）的偏差，需进行回填，回填深度至少高出出现偏斜位置1.0 m以上。

3.4 竖井导井施工

导孔钻通后，在反井底部用卸杆扳手卸去牙轮钻头和短接杆。将扩孔刀盘运至竖直安放段下端，将刀盘和钻杆用吊具连接起来。竖直安放段下端工作面要平整，确保刀盘滚刀受力状况良好，以减少扩孔刀盘的冲击。

扩孔开始时，由于机械结合接触面不平，应缓慢持续地前进，合理调节牵引力与转速，待刀盘的全部的滚刀碰到岩层后，方可按常规加压扩孔。扩孔过程中，要注意观察落下的岩屑，了解岩层变化情况。

反钻时确保有冷却水由导孔口供给，供水不足时马上停止钻进。

当扩孔剩余5 m时，停止反钻，剩余的5 m改为正向钻爆开挖。

3.5 竖井爆破扩挖施工

竖井工程采取先导井，然后扩挖的方式进行施工，扩挖时采取手风钻全断面光面爆破施工，随着扩挖的进尺，竖井支护随开挖进尺及时跟进，待支护完成后方可进行下一个开挖循环[6]。井身开挖施工程序如图6所示。

图6 井身开挖施工程序

1）钻进作业：通过测定放样的位置，使用手风钻完成湿法钻孔的作业。钻井孔位应依据勘测时定出的中线、导井和开挖轮廓线决定。

2）爆破作业：因导孔并不是在竖井中心，而是在竖井内位置不断变化，每开挖循环的爆破设计都有所不同，需要在开挖中随时调整爆破设计，爆破设计在开挖施工中再进行完善。使用微差毫秒导爆雷管进行光面爆破，在周边孔用竹竿绑扎以协助进行间隔装载炸药，使用导爆索进行引爆，力求达到理想的光面效果。

竖井导井如果爆炸后岩碴量大，就会发生堵井的现象。若井口被封闭得比较严密或是被大颗粒的岩碴堵塞时，可采取爆破的方法加以解决，在清除导井口小块岩碴后，将炸药包放置于导井口岩碴表层，在炸药包上覆盖黄土层，以保持密闭而不泄漏，将导火索延伸于井口地面上，在地面引燃导火索，爆破后疏通堵井。在必要时钻孔将封堵岩碴解小处理。但爆破的药量不能过大，保证能起到松动的效果而又不会形成飞石。

3.6 竖井滑模衬砌施工

竖井混凝土浇筑施工使用的液压调平内爬式滑升模块浇筑，滑模使用的是整个钢结构设计。

使用井架式提升机的提升设备，可以完成材料和组装部件的上、下运输，服务滑模施工。竖井采用内爬式液压调平滑升模块进行施工，滑模则使用整体钢结构设计。滑模一般分为模块、围圈、提升架、操纵盘、辅助盘5部分。

竖井滑模靠液压千斤顶从爬杆上的单向爬升来完成移动，在实际工作时爬杆保持稳定。当滑模装置组装检验合格，其他装置工作完成后，即能够完成滑升作业。

1）初次滑升

滑模的初次滑升要缓慢地进行，需要在对滑模设备和混凝土状况进行检测后再施工，并在此过程中对液压装置、模具构件及相关设备在负载情况下做全面检测。

2）正常滑升

滑模在经过初始滑升的检查与调整后，即可正常滑升，而正常滑升应遵守“勤滑少滑、勤滑勤校”的准则。正常滑升的基本流程：绑扎钢筋—埋件安装—浇筑混凝土—提升模板。正常提升时应控制速率为15～20 cm/h，每2次提升的时间间隔不应超过1.5 h。但当温度较高时宜增加为1～2次中间提升，中间提升的高度为30～60 mm，以降低模板与混凝土之间的摩阻力。

在滑升过程中，若脱模混凝土表面有流淌、塌陷或表面呈波纹状的现象，说明混凝土脱模强度降低，应减缓滑升速度；若脱模混凝土表面不湿润，手按有硬感并伴随着混凝土表层被拉裂的迹象，则说明脱模强度高，应提高滑升速度。滑模施工中，常常遇到的几个重大问题主要有：滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形等。其主要问题形成的根本原因在于螺旋千斤顶工作不同步，负荷不平衡，施工方向不对称，矫偏过急等。若发生纠偏现象，则根据各种不同状况，使用相应的外力作用措施予以矫正。但所有纠偏工作不能操之过急，以防发生混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故；当爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑等加以处理，如果扭曲加重则断开，连接爬杆并重新与下部爬杆焊接，加焊“人”字形斜支撑。对于模板变形的处理，对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原，当变形严重时，将模具拆卸并加以修复。

4 结语

本文结合玉临高速公路五老山隧道通风竖井设计与反井钻机施工实例，对通风竖井中反井钻机法施工中反井钻机偏斜问题、爆破岩碴堵井问题、滑模衬砌模提变形偏移问题进行研究，具体结论如下：

1）导向孔钻进是反井钻井施工中的最为关键的一个环节，其偏斜率直接关系到钻孔质量，甚至反井施工的成败。

2）导向孔钻进成功通常意味着反井钻进成功了80%，五老山隧道通风竖井导孔钻进用时26 d，导孔偏斜度通过钻机定位控制、钻杆质量控制、钻进速度控制始终处于可控制范围内。

此案例的成功说明反井钻机可运用于长大隧道的通风竖井施工中，并极大地提高了效率，节约了成本。