高速公路特長隧道大直徑通風豎井施工工法

1高速公路特長隧道大直徑通風豎井施工工法21工程概況........................32總體技術方案....................6關鍵施工技術....................84主要技術創(chuàng)新點..................315社會經(jīng)濟效益....................336應用推廣前景....................35匯報內容3第一部分工程概況4

中鐵xx局集團有限公司于2011年承建了山西省高速公路網(wǎng)“三縱十二橫十二環(huán)”規(guī)劃中第七橫xx高速公路xx隧道的施工任務，該隧道位于山西省左權縣城東北5km處，橫穿太行山脈西翼的陽曲山東南延，設計為分離式隧道，隧道全長11408m，最大埋深743米。為解決xx隧道運營通風問題,共設4處地下風機房，三處為斜井通風，一處為豎井通風，其中豎井地下風機房主要用于后期右洞運營的進、排風。1工程概況5

設計通風1#豎井，豎井內徑8.2m，最大開挖直徑9.78m,井深220.4m。豎井初期支護采用錨、網(wǎng)（鋼）、噴聯(lián)合支護形式；豎井二襯采用模筑混凝土澆筑；同時采用鋼筋混凝土中隔板將送、排風道分隔。豎井通過的地層主要為石灰?guī)r、白云巖，部分地段夾泥巖、含有基巖裂隙水。為盡早解決正洞施工通風所需，采取正井法進行施工。全斷面正向爆破掘進，施工難度大，對施工質量控制要求較高。1工程概況6第二部分總體技術方案7

xx1#豎井施工中采用隧道大直徑通風豎井施工技術，其在機械設備選型上優(yōu)先采用重復率高的煤礦IVG改進型井架，配合封口盤、安全防護盤作為安全、便捷施工的首要條件，井壁座安全施工技術較常規(guī)施工方法于二次襯砌施工時提前一模進行開挖支護施工。避免先開挖后施工過程中發(fā)生掉塊、坍塌等質量安全隱患，減少臨時支撐資金成本投入。井筒掘砌施工過程中滲水段采取半導坑上下導開挖，下導坑作積水區(qū)，井壁座2總體技術方案8

設置濾水箱進行環(huán)保節(jié)能排水，涌水段利用快速封堵器封堵后進行雙液漿注漿封堵，注漿過程中充分利用快速封堵器的特點及時通過排、堵水措施調整圍巖富水區(qū)水壓，提高注漿質量。豎井開挖爆破采用正井法多臨空面水壓爆破技術，通過采取多臨空面水壓爆破網(wǎng)絡爆破，在減小開挖面水平環(huán)向應力影響的同時，有效降低爆破安全風險、炸藥用量、粉塵濃度，提高循環(huán)進尺、爆破效果，避免欠挖、渣粒徑過大等現(xiàn)象。出渣設備2總體技術方案9

出渣設備采用小型挖掘機裝巖，利用小型挖掘機在大直徑豎井中工作的優(yōu)勢，提高工作效率、降低安全風險。豎井復合式襯砌隨挖隨護，采用錨、網(wǎng)（鋼）、噴聯(lián)合支護形式；井壁二次襯砌與中隔板采用爬模工藝由下而上澆筑成井。通風根據(jù)開挖深度所需供風量（壓），及時調整多檔型通風機工作檔位，減小不必要的能源浪費，提高經(jīng)濟效益。2總體技術方案10第三部分關鍵施工技術11

3關鍵施工技術在目前國內特長隧道通風豎井數(shù)量不斷增長形勢下，豎井施工機械和施工技術水平有了很大提高，但依舊存在鑿井設備陳舊、生產(chǎn)能力低、安全生產(chǎn)風險高等諸多問題。

xx隧道1#豎井根據(jù)工期及現(xiàn)場實際條件，借鑒煤礦豎井通過對豎井機械化配套設備選型、安全施工措施保障、豎井掘砌施工工藝等多方面進行分析論證，采用合理、科學的隧道大直徑通風豎井施工技術進行施工，有效提高了施工進度，降低了施工成本，保證了施工質量安全。123關鍵施工技術

3.1豎井機械化配套設備選型

根據(jù)1#豎井凈直徑8.2米，并參考井架設計標準圖，選用煤礦IVG改進型井架。其特點：由鋼管桿件組成，單件質量輕，便于裝、卸和運輸，井架復用率高，天輪平臺允許四面出繩，天輪和地面提升設備布置靈活。井架由天輪平臺、翻碴平臺、扶梯、基礎等部分組成，改進后鋼管井架天輪平臺高20.68m，地腳跨度13.96m×13.96m。

3.1.1井架選型豎井IVG改進型井架133關鍵施工技術

3.1豎井機械化配套設備選型

3.1.2井下安全防護設施井口處設封口盤，是井內施工作業(yè)重要的安全防護設施。封口盤用型鋼作骨架，上鋪防滑鋼板，其型鋼骨架嵌在井口鎖口圈的混凝土中。封口盤上設有封口盤門和其他懸吊設備通過口，與提升安全盤、工作盤一一對應。封口盤門采用卷揚機在吊桶通過前開啟，通過后關閉開合。安全盤用來進一步保護井底作業(yè)人員的安全，拉緊吊桶提升穩(wěn)繩、懸吊設備和安全繩。設置于井內距作業(yè)掌子面20米位置。14豎井提升絞設封口盤是井內施工作業(yè)時的重要安全防護設施，設于井口處安全盤用來保護井底作業(yè)人員的安全，拉緊吊桶提升穩(wěn)繩、懸吊設備3關鍵施工技術

3.1.2井下安全防護設施

3.1豎井機械化配套設備選型153關鍵施工技術

3.2井壁座安全施工技術

xx隧道1#豎井井壁座每10米一道，作為支承上部井筒的基礎。豎井井筒一般構造圖相鄰井壁座間相對突出圍巖163關鍵施工技術

3.2井壁座安全施工技術由于xx隧道1#豎井二次襯砌待豎井井筒開挖支護完畢后，由下至上進行澆筑。期間如若進行井壁座開挖，在沒有支撐體系或者支持體系不牢固的情況下，其相鄰井壁座相對突出部位圍巖受自身圍巖破碎、松散、開挖爆破擾動、施工周期長、風化、滲水等因素影響，極易發(fā)生掉塊甚至局部坍塌，造成嚴重質量安全隱患。為確保豎井施工安全，井壁座采用于二次襯砌混凝土澆筑時提前一模進行井壁座開挖施工。充分利用井內安全防護盤作為井壁座施工操作平臺及臨時放渣場地進行施工。

173關鍵施工技術

3.2井壁座安全施工技術井壁座開挖井壁座圍巖支撐系統(tǒng)井壁座開挖完成后及時噴射混凝土封閉巖面，按間距1m焊接Φ32螺紋鋼連接井壁座相鄰鋼拱架（或錨桿），內側圍巖利用圓木加木楔進行支撐防護，防止掉塊坍塌。二次襯砌緊跟快速完成井壁座混凝土澆筑。183關鍵施工技術

3.3井下快速排、堵水施工技術針對豎井正井法施工特性，結合現(xiàn)場實際滲水、突水情況，在xx隧道1#豎井施工中采取兩套施工水處理技術。

3.3.1滲水段水處理技術采取半導坑上下導開挖的作業(yè)方式。上下導按垂直間距1m逐次進行開挖爆破，在上導坑施工時，相對下導坑為積水區(qū)，并在積水區(qū)上方開挖四分之一井壁座圍巖，沿井壁座焊寬度50cm,高為井壁座高度的環(huán)形水箱作為沉渣濾水池，水箱內加設腹板，下方用木楔使之與巖面頂緊，并焊接Φ32螺紋鋼連接水193關鍵施工技術

3.3井下快速排、堵水施工技術

3.2.1滲水段水處理技術箱外壁及井壁座相鄰鋼拱架，確保圍巖及支護穩(wěn)定性。利用低揚程水泵將井底會水抽至濾水池過濾后可作為高壓施工用水，多余過濾水由高揚程水泵排除井外。井下滲水處理示意圖203三關三鍵施三工技三術3.三3三井三下快三速排三、堵三水施三工技三術3.三3.三2三涌三水段三水處三理技三術豎井三開挖三至K三0+三11三2處三時，三井壁三出現(xiàn)三出水三，最三大達三10三.2三m3三/h三，為三確保三施工三安全三及工三程質三量，三采用三對豎三井K三0+三11三2以三下地三段采三用壓三力出三水口三快速三封堵三器焊三接Φ三42三導管三注雙三液漿三止水三。壓力三出水三口快三速封三堵引三流裝三置構三造示三意圖圖中三：1.巖壁2.水平三地質三探孔三巖壁3.金屬三變形三膨脹三片4.螺母5.橡膠三止水三片6.鋼管7.喇叭三口8.速凝三封堵三料9.控制三閥門10三.引流三管注：三該技三術已三獲得三國家三知識三產(chǎn)權三局發(fā)三明專三利授三權（三專利三號：ZL三20三10三1三0三59三41三46三.5）213三關三鍵施三工技三術3.三3三井三下快三速排三、堵三水施三工技三術3.三2.三2三涌三水段三水處三理技三術快速三封堵三器安三裝于三巖壁三孔部三位，三與Φ三42三導管三焊接三，導三管長三度2三m、三3m三交錯三布置三，導三管間三距為三10三0c三m（三環(huán)向三）×三10三0c三m（三縱向三）進三行布三孔，三水泥三一水三玻璃三雙液三漿、三單液三水泥三漿配三比如三下表三。水泥三一水三玻璃三雙液三漿、三單液三水泥三漿配三比裂隙類型（涌水量）水灰重量比水泥漿、水玻璃體積比大0.75:1.00～0.60:1.001.0:0.3中1.00:1.00～0.75:1.001.0:0.3小1.50:1.00～1.00:1.001.0:0.5223三關三鍵施三工技三術3.三3三井三下快三速排三、堵三水施三工技三術3.三3.三1三涌三水段三水處三理技三術應用三快速三封堵三器雙三液漿三止水三施工注漿三過程三中充三分利三用快三速封三堵器三的特三點及三時通三過排三、堵三水措三施調三整圍三巖富三水區(qū)三水壓三，提三高注三漿質三量。233三關三鍵施三工技三術3.三4三正三井法三多臨三空面三水壓三爆破三技術3.三4.三1三導三爆管三起爆三針遠三程起三爆技三術豎井三正井三法全三斷面三爆破三開挖三施工三采用三導爆三管起三爆針三遠程三起爆三多臨三空面三水壓三爆破三技術三，其三效果三明顯三，有三效降三低了三爆破三安全三風險三、控三制了三炸藥三用量三、增三加了三循環(huán)三進尺三及爆三破效三果、三降低三了粉三塵濃三度。起爆三針+前置三安全三導爆三管+傳爆三導爆三管雷三管一次三性導三爆管三起爆三針、三高能三脈沖三起爆三器243三關三鍵施三工技三術3.三4三正三井法三多臨三空面三水壓三爆破三技術3.三4.三2三多三臨空三面爆三破網(wǎng)三絡技三術xx隧道三1#三豎井三開挖三施工三中應三用滿三足深三孔起三爆要三求的三非電三毫秒三雷管三組合三非電三半秒三雷管三，形三成多三臨空三面起三爆網(wǎng)三絡。秒延三期導三爆管三雷管三延期三時間三表段別/類型毫秒導爆管雷管（ms）差值（ms）1段非電毫秒雷管050

3段非電毫秒雷管5060

5段非電毫秒雷管110

90

7段非電毫秒雷管200

110

9段非電毫秒雷管310

190

2段非電半秒雷管500

5003段非電半秒雷管1000

253三關三鍵施三工技三術3.三4三正三井法三多臨三空面三水壓三爆破三技術3.三4.三2三多三臨空三面爆三破網(wǎng)三絡技三術起爆三順序三：掏槽三眼到三周邊三眼依三次起三爆，三雷管三逐次三為1、3、5、7、9段非三電毫三秒雷三管、2、3段非三電半三秒雷三管起三爆。三在爆三破過三程中3、4、5排炮三眼形三成形三成4組，三每組三含有三內向三、兩三側3個臨三空面三共計12個臨三空面三，在三爆破三過程三中對三向組三爆破三出的三巖石三可對三向碰三撞、三擠壓三。爆破三網(wǎng)路三布置三及臨三空面三示意三圖263三關三鍵施三工技三術3.三4三正三井法三多臨三空面三水壓三爆破三技術3.三4.三3三水三壓爆三破借鑒三目前三國內三成熟三的水三壓爆三破技三術進三行裝三藥。水壓三爆破三裝藥三結構三圖豎井三井下三開挖三爆破三作業(yè)27比選項目裝巖設備HZ-6型中心回轉式抓巖機CT45-7A型小型挖掘機裝巖效率低為抓巖機的2倍設備故障率高低駕駛成本配備4名司機配備2名司機設備懸吊保護盤荷載增大，使用穩(wěn)車3臺地面增加穩(wěn)車2臺清底人工清底，抓巖機配合挖機清底目前三豎井三施工三中大三多采三用H三J-三6型三中心三回轉三式抓三巖機三裝巖三。本三豎井三前3三0m三的施三工過三程中三，采三用中三心回三轉式三抓巖三機裝三巖，三發(fā)現(xiàn)三此種三方式三無法三實現(xiàn)三快速三、安三全施三工。三后采三用C三T4三5-三7A三型小三型挖三掘機三進行三裝巖三。3三關三鍵施三工技三術3.三5三出三渣設三備設三備選三型28中心三回轉三抓巖三機許三人工三配合三作業(yè)3三關三鍵施三工技三術3.三5三出三渣設三備設三備選三型小型三挖掘三機吊三裝簡三便29第四三部分主要三技術三創(chuàng)新三點305三主三要技三術創(chuàng)三新點5.三1井壁三座安三全施三工技三術：三井壁三座于三二次三襯砌三混凝三土施三工時三提前三一模三進行三開挖三支護三施工三。避三免其三在先三開挖三后施三工過三程中三發(fā)生三掉塊三、坍三塌等三質量三安全三隱患三，減三少臨三時支三撐資三金成三本投三入；5.三2井下三快速三高效三排、三堵水三施工三技術三：滲三水段三采取三半導三坑上三下導三開挖三，下三導坑三作積三水區(qū)三，井三壁座三設置三濾水三箱進三行環(huán)三保節(jié)三能排三水；三涌水三段在三注漿三過程三中利315三主三要技三術創(chuàng)三新點用快三速封三堵器三及時三排、三堵水三調整三圍巖三富水三區(qū)水三壓，三提高三雙液三漿注三漿質三量。5.三3正井三法多三臨空三面水三壓爆三破技三術：三通過三采取三導爆三管起三爆針三遠程三起爆三多臨三空面三水壓三爆破三網(wǎng)絡三爆破三，在三減小三開挖三面水三平環(huán)三向應三力影三響的三同時三，有三效降三低爆三破安三全風三險、三炸藥三用量三、粉三塵濃三度，三提高三循環(huán)三進尺三、爆三破效三果，三避免三欠挖三、渣三粒徑三過大三等現(xiàn)三象。32第六三部分社會三經(jīng)濟三效益336三社三會經(jīng)三濟效三益在xx隧道三1#三豎井三施工三中采三用隧三道大三直徑三通風三豎井三施工三技術三該技三術提三高了三施工三進度三，降三低了三施工三成本三。通三過與三常規(guī)三煤礦三豎井三施工三相比三，其三設備三選型三經(jīng)濟三適用三性、三多臨三空面三水壓三爆破三開挖三循環(huán)三進尺三度、三井下三排、三堵水三效果三、初三期支三護與三二次三襯砌三質量三、安三全、三環(huán)保三措施三等方三面都三有明三顯的三提高三