高速公路特长隧道大直径通风竖井施工工法

1高速公路特长隧道大直径通风竖井施工工法21工程概况........................32总体技术方案....................6关键施工技术....................84主要技术创新点..................315社会经济效益....................336应用推广前景....................35汇报内容3第一部分工程概况4

中铁xx局集团有限公司于2011年承建了山西省高速公路网“三纵十二横十二环”规划中第七横xx高速公路xx隧道的施工任务，该隧道位于山西省左权县城东北5km处，横穿太行山脉西翼的阳曲山东南延，设计为分离式隧道，隧道全长11408m，最大埋深743米。为解决xx隧道运营通风问题,共设4处地下风机房，三处为斜井通风，一处为竖井通风，其中竖井地下风机房主要用于后期右洞运营的进、排风。1工程概况5

设计通风1#竖井，竖井内径8.2m，最大开挖直径9.78m,井深220.4m。竖井初期支护采用锚、网（钢）、喷联合支护形式；竖井二衬采用模筑混凝土浇筑；同时采用钢筋混凝土中隔板将送、排风道分隔。竖井通过的地层主要为石灰岩、白云岩，部分地段夹泥岩、含有基岩裂隙水。为尽早解决正洞施工通风所需，采取正井法进行施工。全断面正向爆破掘进，施工难度大，对施工质量控制要求较高。1工程概况6第二部分总体技术方案7

xx1#竖井施工中采用隧道大直径通风竖井施工技术，其在机械设备选型上优先采用重复率高的煤矿IVG改进型井架，配合封口盘、安全防护盘作为安全、便捷施工的首要条件，井壁座安全施工技术较常规施工方法于二次衬砌施工时提前一模进行开挖支护施工。避免先开挖后施工过程中发生掉块、坍塌等质量安全隐患，减少临时支撑资金成本投入。井筒掘砌施工过程中渗水段采取半导坑上下导开挖，下导坑作积水区，井壁座2总体技术方案8

设置滤水箱进行环保节能排水，涌水段利用快速封堵器封堵后进行双液浆注浆封堵，注浆过程中充分利用快速封堵器的特点及时通过排、堵水措施调整围岩富水区水压，提高注浆质量。竖井开挖爆破采用正井法多临空面水压爆破技术，通过采取多临空面水压爆破网络爆破，在减小开挖面水平环向应力影响的同时，有效降低爆破安全风险、炸药用量、粉尘浓度，提高循环进尺、爆破效果，避免欠挖、渣粒径过大等现象。出渣设备2总体技术方案9

出渣设备采用小型挖掘机装岩，利用小型挖掘机在大直径竖井中工作的优势，提高工作效率、降低安全风险。竖井复合式衬砌随挖随护，采用锚、网（钢）、喷联合支护形式；井壁二次衬砌与中隔板采用爬模工艺由下而上浇筑成井。通风根据开挖深度所需供风量（压），及时调整多档型通风机工作档位，减小不必要的能源浪费，提高经济效益。2总体技术方案10第三部分关键施工技术113关键键施施工工技技术术在目目前前国国内内特特长长隧隧道道通通风风竖竖井井数数量量不不断断增增长长形形势势下下，，竖竖井井施施工工机机械械和和施施工工技技术术水水平平有有了了很很大大提提高高，，但但依依旧旧存存在在凿凿井井设设备备陈陈旧旧、、生生产产能能力力低低、、安安全全生生产产风风险险高高等等诸诸多多问问题题。。xx隧道道1#竖竖井井根根据据工工期期及及现现场场实实际际条条件件，，借借鉴鉴煤煤矿矿竖竖井井通通过过对对竖竖井井机机械械化化配配套套设设备备选选型型、、安安全全施施工工措措施施保保障障、、竖竖井井掘掘砌砌施施工工工工艺艺等等多多方方面面进进行行分分析析论论证证，，采采用用合合理理、、科科学学的的隧隧道道大大直直径径通通风风竖竖井井施施工工技技术术进进行行施施工工，，有有效效提提高高了了施施工工进进度度，，降降低低了了施施工工成成本本，，保保证证了了施施工工质质量量安安全全。。123关键键施施工工技技术术3.1竖竖井井机机械械化化配配套套设设备备选选型型根据据1#竖竖井井净净直直径径8.2米米，，并并参参考考井井架架设设计计标标准准图图，，选选用用煤煤矿矿IVG改改进进型型井井架架。。其其特特点点：：由由钢钢管管杆杆件件组组成成，，单单件件质质量量轻轻，，便便于于装装、、卸卸和和运运输输，，井井架架复复用用率率高高，，天天轮轮平平台台允允许许四四面面出出绳绳，，天天轮轮和和地地面面提提升升设设备备布布置置灵灵活活。。井井架架由由天天轮轮平平台台、、翻翻碴碴平平台台、、扶扶梯梯、、基基础础等等部部分分组组成成，，改改进进后后钢钢管管井井架架天天轮轮平平台台高高20.68m，，地地脚脚跨跨度度13.96m××13.96m。。3.1.1井井架架选选型型竖井井IVG改进进型型井井架架133关关键键施施工工技技术术3.1竖竖井井机机械械化化配配套套设设备备选选型型3.1.2井井下下安安全全防防护护设设施施井口口处处设设封封口口盘盘，，是是井井内内施施工工作作业业重重要要的的安安全全防防护护设设施施。。封封口口盘盘用用型型钢钢作作骨骨架架，，上上铺铺防防滑滑钢钢板板，，其其型型钢钢骨骨架架嵌嵌在在井井口口锁锁口口圈圈的的混混凝凝土土中中。。封封口口盘盘上上设设有有封封口口盘盘门门和和其其他他悬悬吊吊设设备备通通过过口口，，与与提提升升安安全全盘盘、、工工作作盘盘一一一一对对应应。。封封口口盘盘门门采采用用卷卷扬扬机机在在吊吊桶桶通通过过前前开开启启，，通通过过后后关关闭闭开开合合。。安全全盘盘用用来来进进一一步步保保护护井井底底作作业业人人员员的的安安全全，，拉拉紧紧吊吊桶桶提提升升稳稳绳绳、、悬悬吊吊设设备备和和安安全全绳绳。。设设置置于于井井内内距距作作业业掌掌子子面面20米米位位置置。。14竖井提升升绞设封封口盘是是井内施施工作业业时的重重要安全全防护设设施，设设于井口口处安全盘用用来保护护井底作作业人员员的安全全，拉紧紧吊桶提提升稳绳绳、悬吊吊设备3关关键施工工技术3.1.2井井下安安全防护护设施3.1竖竖井井机械化化配套设设备选型型153关关键施工工技术3.2井井壁壁座安全全施工技技术xx隧道1#竖井井井壁座每每10米米一道，，作为支支承上部部井筒的的基础。。竖井井筒筒一般构构造图相邻井壁壁座间相相对突出出围岩163关关键施工工技术3.2井井壁壁座安全全施工技技术由于xx隧道1#竖井二二次衬砌砌待竖井井井筒开开挖支护护完毕后后，由下下至上进进行浇筑筑。期间间如若进进行井壁壁座开挖挖，在没没有支撑撑体系或或者支持持体系不不牢固的的情况下下，其相相邻井壁壁座相对对突出部部位围岩岩受自身身围岩破破碎、松松散、开开挖爆破破扰动、、施工周周期长、、风化、、渗水等等因素影影响，极极易发生生掉块甚甚至局部部坍塌，，造成严严重质量量安全隐隐患。为为确保竖竖井施工工安全，，井壁座座采用于于二次衬衬砌混凝凝土浇筑筑时提前前一模进进行井壁壁座开挖挖施工。。充分利利用井内内安全防防护盘作作为井壁壁座施工工操作平平台及临临时放渣渣场地进进行施工工。173关关键施工工技术3.2井井壁壁座安全全施工技技术井壁座开开挖井壁座围围岩支撑撑系统井壁座开开挖完成成后及时时喷射混混凝土封封闭岩面面，按间间距1m焊接ΦΦ32螺螺纹钢连连接井壁壁座相邻邻钢拱架架（或锚锚杆），，内侧围围岩利用用圆木加加木楔进进行支撑撑防护，，防止掉掉块坍塌塌。二次次衬砌紧紧跟快速速完成井井壁座混混凝土浇浇筑。183关关键施工工技术3.3井井下下快速排排、堵水水施工技技术针对竖井井正井法法施工特特性，结结合现场场实际渗渗水、突突水情况况，在xx隧道1#竖井施施工中采采取两套套施工水水处理技技术。3.3.1渗渗水段段水处理理技术采取半导导坑上下下导开挖挖的作业业方式。。上下导导按垂直直间距1m逐次次进行开开挖爆破破，在上上导坑施施工时，，相对下下导坑为为积水区区，并在在积水区区上方开开挖四分分之一井井壁座围围岩，沿沿井壁座座焊宽度度50cm,高高为井壁壁座高度度的环形形水箱作作为沉渣渣滤水池池，水箱箱内加设设腹板，，下方用用木楔使使之与岩岩面顶紧紧，并焊焊接Φ32螺纹纹钢连接接水193关关键施工工技术3.3井井下下快速排排、堵水水施工技技术3.2.1渗渗水段段水处理理技术箱外壁及及井壁座座相邻钢钢拱架，，确保围围岩及支支护稳定定性。利利用低扬扬程水泵泵将井底底会水抽抽至滤水水池过滤滤后可作作为高压压施工用用水，多多余过滤滤水由高高扬程水水泵排除除井外。。井下渗水水处理示示意图203关关键施工工技术3.3井井下下快速排排、堵水水施工技技术3.3.2涌涌水段段水处理理技术竖井开挖挖至K0+112处时时，井壁壁出现出出水，最最大达10.2m3/h，为为确保施施工安全全及工程程质量，，采用对对竖井K0+112以以下地段段采用压压力出水水口快速速封堵器器焊接ΦΦ42导导管注双双液浆止止水。压力出水水口快速速封堵引引流装置置构造示示意图图中：1.岩壁2.水平地质质探孔岩岩壁3.金属变形形膨胀片片4.螺母5.橡胶止水水片6.钢管7.喇叭口8.速凝封堵堵料9.控制阀门门10.引流管注：该技技术已获获得国家家知识产产权局发发明专利利授权（（专利号号：ZL201010594146.5）213关关键施工工技术3.3井井下下快速排排、堵水水施工技技术3.2.2涌涌水段段水处理理技术快速封堵堵器安装装于岩壁壁孔部位位，与ΦΦ42导导管焊接接，导管管长度2m、3m交错错布置，，导管间间距为100cm（环环向）××100cm（（纵向））进行布布孔，水水泥一水水玻璃双双液浆、、单液水水泥浆配配比如下下表。水泥一水水玻璃双双液浆、、单液水水泥浆配配比裂隙类型（涌水量）水灰重量比水泥浆、水玻璃体积比大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关关键施工工技术3.3井井下下快速排排、堵水水施工技技术3.3.1涌涌水段段水处理理技术应用快速速封堵器器双液浆浆止水施施工注浆过程程中充分分利用快快速封堵堵器的特特点及时时通过排排、堵水水措施调调整围岩岩富水区区水压，，提高注注浆质量量。233关关键施工工技术3.4正正井井法多临临空面水水压爆破破技术3.4.1导导爆管管起爆针针远程起起爆技术术竖井正井井法全断断面爆破破开挖施施工采用用导爆管管起爆针针远程起起爆多临临空面水水压爆破破技术，，其效果果明显，，有效降降低了爆爆破安全全风险、、控制了了炸药用用量、增增加了循循环进尺尺及爆破破效果、、降低了了粉尘浓浓度。起爆针+前置安全全导爆管管+传爆导爆爆管雷管管一次性导导爆管起起爆针、、高能脉脉冲起爆爆器243关关键键施施工工技技术术3.4正正井井法法多多临临空空面面水水压压爆爆破破技技术术3.4.2多多临临空空面面爆爆破破网网络络技技术术xx隧道道1#竖竖井井开开挖挖施施工工中中应应用用满满足足深深孔孔起起爆爆要要求求的的非非电电毫毫秒秒雷雷管管组组合合非非电电半半秒秒雷雷管管，，形形成成多多临临空空面面起起爆爆网网络络。。秒延延期期导导爆爆管管雷雷管管延延期期时时间间表表段别/类型毫秒导爆管雷管（ms）差值（ms）1段非电毫秒雷管050

3段非电毫秒雷管5060

5段非电毫秒雷管110

90

7段非电毫秒雷管200

110

9段非电毫秒雷管310

190

2段非电半秒雷管500

5003段非电半秒雷管1000

253关关键键施施工工技技术术3.4正正井井法法多多临临空空面面水水压压爆爆破破技技术术3.4.2多多临临空空面面爆爆破破网网络络技技术术起爆爆顺顺序序：：掏槽槽眼眼到到周周边边眼眼依依次次起起爆爆，，雷雷管管逐逐次次为为1、3、5、7、9段非非电电毫毫秒秒雷雷管管、、2、3段非非电电半半秒秒雷雷管管起起爆爆。。在在爆爆破破过过程程中中3、4、5排炮炮眼眼形形成成形形成成4组，，每每组组含含有有内内向向、、两两侧侧3个临临空空面面共共计计12个临临空空面面，，在在爆爆破破过过程程中中对对向向组组爆爆破破出出的的岩岩石石可可对对向向碰碰撞撞、、挤挤压压。。爆破破网网路路布布置置及及临临空空面面示示意意图图263关关键键施施工工技技术术3.4正正井法多临空空面水压爆破破技术3.4.3水水压爆破破借鉴目前国内内成熟的水压压爆破技术进进行装药。水压爆破装药药结构图竖井井下开挖挖爆破作业27比选项目装岩设备HZ-6型中心回转式抓岩机CT45-7A型小型挖掘机装岩效率低为抓岩机的2倍设备故障率高低驾驶成本配备4名司机配备2名司机设备悬吊保护盘荷载增大，使用稳车3台地面增加稳车2台清底人工清底，抓岩机配合挖机清底目前竖井施工工中大多采用用HJ-6型型中心回转式式抓岩机装岩岩。本竖井前前30m的施施工过程中，，采用中心回回转式抓岩机机装岩，发现现此种方式无无法实现快速速、安全施工工。后采用CT45-7A型小型挖挖掘机进行装装岩。3关键施施工技术3.5出出渣设备设备备选型28中心回转抓岩岩机许人工配配合作业3关键施施工技术3.5出出渣设备设备备选型小型挖掘机吊吊装简便29第四部分主要技术创新新点305主要技技术创新点5.1井壁座安全施施工技术：井井壁座于二次次衬砌混凝土土施工时提前前一模进行开开挖支护施工工。避免其在在先开挖后施施工过程中发发生掉块、坍坍塌等质量安安全隐患，减减少临时支撑撑资金成本投投入；5.2井下快速高效效排、堵水施施工技术：渗渗水段采取半半导坑上下导导开挖，下导导坑作积水区区，井壁座设设置滤水箱进进行环保节能能排水；涌水水段在注浆过过程中利315主要技技术创新点用快速封堵器器及时排、堵堵水调整围岩岩富水区水压压，提高双液液浆注