《超越》

关于终南山公路隧道3#竖井反井法施工工艺探讨

[日期:2012-10-10] 浏览量:2878 来源:www.cr20g2.com 作者:张晓云

   摘要:煤矿、矿山竖井传统采用正井法施工,最大直径8.5m。而直径12.3m大断面竖井施工国内无成功经验可以借鉴。本文另辟蹊径,在条件允许的情况下,采用反井法施工,并取得了成功经验。

关键词:大直径   竖井   反井法   施工

一、工程简述

秦岭终南山隧道为亚洲第一、世界第二长公路隧道,为满足隧道通风的需要,沿隧道设置了三个竖井分别对东、西线隧道进行送、排风。其中3#竖井井深398.992m,断面为圆型,净径11.5m,井内设置40cm厚钢筋混凝土横隔板。上部40m为崩积块石土(Q4c),块石岩性为混合片麻岩,松散,潮湿,土质不均,Ⅱ类围岩;下部为混合片麻岩(MiGn),灰白色,大块状砌体结构,Ⅴ类围岩。

二、反井法施工的前提

一是水平隧道具有出碴条件的情况下采用;

二是断面大,上提碴困难,导孔可采用小断面正井法或反井钻机施工。当采用反井钻机施工时,目前深度不能超过400m,否则钻孔精度无法保证。

三、反井法施工原理

采用设备钻导孔或传统办法小断面挖通后,采用人工结合机械的办法尽可能地把竖井碴从导洞中漏到竖井底部,达到探明竖井地质、底通道出碴、自然排水和天然通风的目的。

四、施工工艺

   采用反井法施工的重点在于开挖,本文以3#竖井开挖为例介绍反井法施工工艺。

5.1.工艺流程

φ27cm导孔        φ140cm反扩孔        φ350cm扩孔         全断面扩挖    

衬砌施工。

5.2.φ27cm导孔和φ140cm扩孔施工

5.2.1.钻孔设备性能参数

钻孔设备根据竖井的深度选定钻孔设备,以确保钻孔的精度。根据实际终南山3#竖井采用了BMC-400型钻机进行施工。

5.2.2.工艺流程

基础施工        钻机安装与调试        导孔钻进         扩孔反钻         钻机拆卸。

5.2.3.基础施工

为保证钻孔的精确性,钻机的基础须置于稳定的基岩上。当地表经实测承载力达到设计要求时,通过爆破手段,机械配合平整基础;当地表承载力不足时,可采用桩基、承台方式达到承载力要求。拿3#竖井施工为例,地表段围岩为崩积块石土,围岩极差,距离基岩40m,施工钻孔桩施工至基岩,其中两根为受力桩,桩径Φ1.2m,一根桩径Φ2m(为1.4m钻头的穿透桩),在桩顶施工作业平台,取得了良好的效果。

5.2.4.导孔钻进

调正:钻机立好后,保证钻机本身的垂直度才能保证钻孔的垂直度,钻机的垂直度控制在1‰以内。

开孔:开孔是确保钻孔精度的关键,开孔时须以低转速、小钻压开动钻机。

操作:挑选技术水平高和责任心强操作者施工,随时观察泛渣、返水及岩石状况控制钻进速度,岩石破碎时快速通过,岩石完整坚硬时降低进尺速度,以确保导孔的精度。

φ27cm导孔施工完毕后,组织人员对导孔精度进行测量,若精度符合要求,可安装Φ1.4m反扩钻头。否则,将导孔封堵,重新施钻。采用反井钻机在秦岭终南山围岩相对较好的情况下施工,平均日进尺13m,竖井深392.8m,偏差3.64m,偏斜率0.93%,控制在1%精度要求,完全满足施工需要。

5.2.4.施工注意事项

5.2.4.1.基础要求

5.2.4.2.

5.2.4.3.埋钻预防

供电保证:导孔钻进过程中,导孔钻进达100m以后,孔内岩渣需几分钟时间返到井口,一旦停电,岩渣沉到孔底,就可能造成埋钻。解决办法有:

停电须事先通知,有时间停钻冲渣。若遇不可抗力停钻时,每天须进行钻机马达运转几分钟和动力水龙头上下运动几次的工作,或进行提钻处理,避免造成埋钻事故。

5.3.验孔

φ1.4m导孔施工完后,导孔队伍根据钻孔提供的地质资料,当围岩相对较好情况下,验孔后对地表段进行必要处理后,为防止大断面爆破漏碴时堵孔,可采用φ3.5m从下向上反扩孔工艺施工,终南山1#竖井施工采用上述方案取得了平均日进尺达6m的好成绩。

当钻孔资料比较差,无法验孔或者验孔后受断面制约无法采取措施的情况下,为确保施工安全,φ3.5m扩挖采用从上向下扩孔工艺施工。

5.4.φ3.5m扩孔施工

3#竖井根据地表段70m崩积块石土、紧靠河床涌水大及导孔地质资料差的实际情况,无法下井验孔,故采用从上向下施工。

5.4.1.资源配置

5.4.1.1.主要设备

直径1.2m绞车:1台,主要用于人员升降。

15T稳车:4台,其中两台用于工作盘和安全盘悬吊和升降,1台稳车悬吊风、水管路,1台用于悬吊喷浆管路。

自制小井架:1台。

PZ-5型喷浆机:2台(备用1台)

20m3空压机:3台(备用1台)

250KW发电机:1

5.4.1.2.主要施工人员

施钻及爆破人员(2班倒):14人;

扒碴(2班):9人;

初支:7人;

绞车司机:4人;

5.4.2.施工通讯与信号

施工信号是竖井施工安全的头等大事,必须形成系统专机专设专人使用,统一管理与维修,做到信息灵通及时有效,拟将敷设14芯通讯电缆,采用KJTX-SX-I型煤矿井筒通讯与信号装置分布各机房与井下对口联系,并建立联系规则与严格的管理制度,由经过培训的专职信号员操作,确保准确无误。根据施工需要可补充其他通讯及信号设施,如对讲机、电铃等。

5.4.2.1井上下信号:井口和掘进工作面采用声光信号,井口到绞车房采用五灯声光信号,井口到凿井稳车房采用声光灯打点信号。

5.4.2.2.井上下通讯:井下吊盘上设1GB-21隔爆电话机与井口HD262J磁式电话机作为井上下联系。地面上装1台直拨电话保证通讯畅通。

5.4.3.风、水供应

掘进施工用风用水分别由地面压风站与高压水池供给,下井管路由井口稳车悬吊,管路下口配置分风(水)阀供钻机使用,接长管路时靠稳车升降配合人工来完成。随施工不断延伸,供水管水压将不断增加,为防止管道爆裂,将采取如下措施:

5.4.3.1.开口设水阀控制流量。

5.4.3.2.每延井深60设一钢板水箱,上口用钢筋与水管法兰盘连接,底部焊接管口,形成分级供水。

5.4.3.3.井口安一盏信号灯,将零线伸入水箱口20cm处,当水面接触零线指示灯亮,则关掉井口水管阀,防水外溢。

5.4.4.施工工艺

5.4.4.1.地表段施工

地表段采用弱爆破、短进尺、强支护、护壁紧跟方法施工,在确保安全的前提下求进度。每日进尺1m,安全施工完地表段。

5.4.4.2.基岩段施工

基岩段施工有打眼爆破、扒碴、初支三个工序施工。施工重点就是做到眼数密、多装药,严格控制爆破岩石的块度,以防堵孔。根据围岩情况每12个循环对岩壁进行必要支护以确保安全。取得平均日进尺5m,最高日进尺7.5m的好成绩。

5.4.5.φ3.5m正井法施工的优点

5.4.5.1.断面比较大,风管、水管、电缆及通讯都比较好解决。

5.4.5.2.加大施工断面,可以加快施工进度。

5.4.5.3.省去验孔环节,避开地质原因造成的安全事故。

5.4.5.4.φ9.5m扩挖可以进行反井法施工,缩短施工工期。

6、φ9.5m开挖施工

φ9.5m开挖施工仅有打眼、装药爆破两个工序施工。根据工期情况来决定工作盘的层数、人员及机具配置,资源配置可参照φ3.5m扩孔施工。

φ3.5m扩孔完成后,通过试验情况,采用三层吊盘,层高1.8m,每层盘安排三台风枪施钻,钻杆套打的方式,眼深3m,间距42cm,排距0.9m,梅花型布置, 装药、爆破用时3小时,平均日进尺7m,效果良好。钻爆平面图见下图。

7、预留光爆层施工

φ9.5m开挖完成后,从上至下进行光爆层施工,本着眼多、药少的原则,根据终南山竖井围岩的实际,通过试验确定爆破参数如下:

7.1.钻爆参数

眼间距(E)0.5m

眼深:3m

抵抗线(W):0.7m

周边眼采用光爆药卷间隔装药的方法装药,钻药结构见下图。

装药系数(η):40%

装药量:1.10Kg/孔。

7.2.设备配置

在原有3.5m扩挖设备基础上新增设备:

Ⅳ型井架:1台;

15T稳车:2台;

20m3空压机:1台;

PZ-5型喷浆机:2台;

7.3.采用上述钻爆参数施工,取得了日进尺9m,光爆残痕率达到80%以上,轮廓圆顺,严格控制了超欠挖,减少了围岩扰动,确保了施工安全。

8、施工注意事项

 

结语:采用反井法优点就是漏碴,相比正井法吊碴,即节约工期,又减少了设备投入、降低了工人劳动强度,经济效益取得了明显改观。拿3#竖井开挖为例,同比情况下开挖工期可节约4个月,设备投入减少1000万左右,所以具有反井法施工条件时,优先选用反井法。

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