高速公路隧道超大直径四分隔竖井快速施工技术

高速公路隧道超大直径四分隔竖井快速施工技术中铁十七局集团有限公司中铁十七局集团第四工程有限公司2011年8月20日1、任务来源及依据山西省太(原)佳(县)高速公路西凌井特长隧道中部设一座249m深的通风竖井，最大开挖直径12.4m。交叉的钢筋混凝土中隔板把井筒分为四个不等面积送风道和排风道。该竖井开挖直径超大，结构新颖，特别是设计要求四分隔井壁二衬混凝土与中隔板同步施工在国内尚无前例可参照，施工工序复杂，技术含量高，必须进行科技攻关，本课题被列为中国铁道建筑总公司2010年度科研项目（合同编号：10-26C）。公司成立科研课题组，聘请专家教授进行咨询指导，加大科技投入，加强科研管理。研究工作从2010年1月至2010年10月，圆满完成了课题明确的各项任务。2、工程概况及特点2.1工程概况西凌井特长隧道位于山西省阳曲县内，隧道左线全长6545m，右线全长6565m。在隧道中部设置一通风竖井以满足隧道通风排烟的需要。竖井井深249m，井筒净空直径10.7m，最大开挖直径12.4m。交叉的30cm厚C25钢筋混凝土中隔板把井筒分为四个不等面积的送风道和排风道。2.2工程特点⑴井筒直径为12.4m是目前国内开挖最大直径。⑵结构新颖、技术含量高：井筒内部设交叉两道中隔板的四分隔结构在国内是首次应用，新工艺多。⑶有效施工时间短：西凌井特长隧道是太佳高速全线头号控制性工程，而竖井施工技术难度最大，受前期位置变更及进入林区施工等原因拖延，实际可用施工时间短。四分隔中隔板竖井联络风道联络风道行车方向行车方向竖井及联络风道平面图

3、总体施工方案的确定经多次专家技术论证，总体施工方案：竖井采用全断面正向光爆法开挖，伞钻结合人工钻凿岩，井底挖掘机装碴，双绞车提升吊桶自动倒碴，“一掘一喷”

初支作业直至井底后，再在井底分块组装井壁二衬与竖井中隔板模板成一体，从井口通过管道泵送混凝土，由下至上同步浇注井壁二衬和中隔板混凝土，然后通过中部吊盘分块提升模板至上一层，开始下一循环直到完工。专家技术论证评审会4、需要研究解决的关键技术4.1、超大直径竖井全断面快速掘进技术4.2、四分隔竖井井壁二衬与中隔板混凝土同步施工技术5、关键技术方案实施5.1超大直径竖井全断面快速掘进技术1、测量定位开挖采用安设于锁口盘下的激光指向仪定位井筒中心。同时，选用钢丝绳配重锤作为校正。放线小绞车和托轮

①爆破设计：根据围岩级别，采用爆眼深度2-3.5m的光面爆破，地面放炮室全断面一次起爆。

②凿岩作业：液压伞钻与人工钻相结合，井筒中心4m半径内选用一台伞形钻架配六台凿岩机打眼，外侧部分采用人工钻，实现二者最佳结合，凿岩效率高，钻孔质量好。2、钻爆作业伞钻作业3、出碴提升作业⑴出碴提升系统设计①井架：根据施工中井架承受最不利荷载，通过建模受力计算，井架由钢管和工字钢组成，通过法兰盘用高强螺栓连接，井架设计高度22m，设有四个承重桩，井架承重力大于40t。竖井井架地锚采用埋深不小于3m的钢筋混凝土。自制的井架②提升方案：井内垂直提升采用4组卷扬机实施，主提升机采用2台2m双液筒卷扬机，布置在井架两侧来进行提升。根据受力计算选配钢丝绳和起吊滑轮规格型号。天轮平台尺寸为8m×8m。天轮平台③锁口安全盘：井口设锁口安全盘，上面设有滑动板，开挖时左侧为自动翻盖装置升降孔，主要是人员上下吊桶使用，吊桶在井上或在井下处于停止状态时翻盖自动通过滑轮闭合，保证人员安全。右侧方孔为上下物料、机具升降孔，当升降物料时孔口盖自动滑开，停止时孔口盖自动闭合。井口设的锁口安全盘④中部稳定盘：井下设有中部稳定盘，盘面与锁口盘相同，其底部在开挖时采用角钢三维连接，盘面上留的升降孔与锁口盘竖向成一条直线。开挖爆破、出碴作业时，将有关机具、材料、人员等及时提升放于中部稳定盘面上。井下施工作业设有“施工通风管孔、照明电缆管孔、动力电电缆管孔、通信电缆和可视闭路线电缆管孔、机械信号管孔、载人罐和提碴罐罐孔、高压风管孔、高压水管孔、排水管管孔、人行道爬梯及人系安全绳孔、竖井中心激光指向仪孔共11种专项管孔。

挖机装碴作业⑤装碴：下放小型挖掘机到井底装碴，采用吊桶装碴。⑥倒碴：利用两台绞车使装碴与提升交替进行，以加速出碴速度。采用吊桶自动倒碴，溜槽出碴至井口外，再采用自卸汽车运至弃碴场。倒碴作业4、初期支护作业

采用“一掘一喷”作业方式，初期支护均IV、V级围岩采用钢格栅锚喷支护，III级围岩采用挂网喷锚，增强围岩稳定性初期支护喷射混凝土作业5.2、四分隔竖井井壁二衬与中隔板混凝土同步施工技术1、各操作系统设计及安装⑴吊盘装置加固、加工加固后中部稳定盘①中部稳定盘加固：衬砌作业时，井口仍旧采用开挖时的锁口安全盘，将中部稳定盘作为主要的提升装置。根据提升的重量和吊点的位置对中部稳定盘上下两个面均进行加固处理，底部结构加固加强肋与倒链连接，顶部结构加固作为提升底部、中部吊盘自身的提升吊点使用。加固改装后的中部稳定盘底部，主要考虑了盘自身提升的吊点加固、悬挂电动葫芦轨道及底部操作所需重量的分解以及盘自身的稳定性等。加固后中部稳定盘底面②加工底部操作盘：根据四个风道尺寸加工底部操作盘，与中部稳定盘采用Φ25mm精轧螺纹钢半刚性连接，各底部操作盘距离中部稳定盘6m，与中部稳定盘同步提升。四个底部操作盘⑵模板系统模板采用高为1.5m、长为2m左右钢模板,模板支撑采用形成闭合体的18工字钢,每浇注段模板设2层支撑。本竖井投入2套模板，通过翻倒使用模板加快进度。模板上下侧采用角钢底座，使用螺栓连接，并在井筒初期支护上打入膨胀螺丝拉住模板，稳定模板空间位置。模板及工字钢支撑中部稳定盘、模板系统、活动工作架、操作平台、安全绳吊点等空间关系示意图⑶混三凝土三输送三系统混凝三土垂三直下三落最三深达24三9m，对三溜灰三管的三冲出三震动三、磨三损非三常巨三大。三混凝三土输三送系三统从三上至三下构三成：①伸三缩管三：在三混凝三土浇三筑过三程中,为避三免漏三斗与三泵管三拆卸三频繁,中间三采用三伸缩三管。②泵三管：三在井三壁设三两道三泵管三，一三是为三了方三便对三称浇三注，三二是三防止三有一三道泵三管堵三塞能三做到三不间三歇浇三注。③缓三冲器三：缓三冲器三联结三在溜三灰管三下部,借以三减缓三混凝三土的三流速,其下三端和三活节三管相三联,采用三双叉三式缓三冲器三。④活三节管三：为三了将三混凝三土送三到模三板内三的任三何地三点而三采用三的一三种可三以自三由摆三动的三柔性三管。三总长三度为8～20三m。双叉三式缓三冲器2、混三凝土三同步三施工三操作⑴测三量定三位测量三定位三仍用三原掘三进时三安设三的激三光指三向仪三来定三位井三筒中心,在工三作平三台上三用钢三卷尺三测量三井筒三内径三、外三径等三，并三做出标三记拉三线固三定。⑵钢三筋下三放、三安装将钢三筋通三过上三下物三料升三降孔三下放三到底三部操三作盘三，然三后通三过焊接三连接三竖直三钢筋三，其三它钢三筋采三用绑三扎连三接。钢筋三下放三作业钢筋三焊接三作业⑶模三板提三升、三安装中部三稳定三盘底三部加三强肋三与倒三链连三接，三根据三模板三长度三设定三吊点位置三，吊三点间三距1.三8m。每三块模三板均三与一三个倒三链相三连，三实现分块三独立三提升三。提三升后三模板三底边三与下三层模三板顶三边用三螺栓三连接，模三板顶三部与三井壁三膨胀三螺栓三相连三固定三，把三井壁三二衬三模板三与中隔板三模板三连通三为一三体结三构。模板三外采三用18工字三钢形三成闭三合体三对模三板支三撑，18工字三钢支三撑共三设4层。三中隔三板模三板除三工字三钢支三撑外三，两三层模三板之三间用三对拉三丝杆三连接三固定三。每块三模板三对应三一个三倒链三分块三提升拼装三完成三后的三模板⑷中三、底三部吊三盘同三步提三升模板三安好三后同三时提三升中三部稳三定盘三和四三个底三部操三作盘三，每三次提三升高三度1.三5m，使三底部三盘至三下层三模板三底部三，再三在活三动台三架和三模板三间搭三设木三板操三作平三台，三便于三人员三操作三。中、三底部三吊盘三提升三中⑸混三凝土三整体三浇注竖井三混凝三土输三送路三线：三搅拌三站—车载三泵—输送三泵管—缓冲三器—活节三管—模板三。砼三坍落三度采三用12三-1三6c三m，在三往井三壁二三衬与三中隔三板模三板内三对称三分层三浇筑三混凝三土时三，采三用振三捣棒三将其三捣实三，洒三水养三生。井口三汽车三泵输三送作三业井内三二衬三与中三隔板三混凝三土整三体浇三筑作三业活节三管⑹拆三模，三进入三下一三循环三作业待浇三注的N节段三混凝三土强三度达三到2.三5M三pa后，三将N-三1节段三井壁三二衬三模板三与中三隔板三模板三拆除三，分三块提三升将三模板三翻到N+三1节段三位置三固定三，松三开倒三链，同步三提升三、底三部吊三盘，三重新三组装三模板三，转三入下三一循三环浇三注作三业。最后三一节三砼施三工时三中部三稳定三盘提三升到三井口6、技三术创三新点6.三1、发三明了三“竖三井井三壁二三衬与三中隔三板混三凝土三同步三施工三方法三”。三发明三专利三受理三号：20三10三10三23三43三63三.3，20三10年12月15日进三入实三质审三查阶三段三。6.三2、根三据竖三井开三挖与三二衬三不同三作业三工况三设置三了不三同的三稳定三提升三系统三，开三发了三从井三口提三升中三部稳三定吊三盘一三次就三完成三一节三浇注三段所三有模三板的三提升三方式三，减三小提三升压三力。7.三1、西三凌井三隧道三竖井三于20三10年1月开三挖，20三10年9月全三部竣三工，三比计三划工三期提三前2个月三，取三得了三掘进三月均三进尺83三m、衬三砌月三均90三m的高三工效三。节三省各三种费三用10三8万元三，有三效改三善隧三道内三空气三质量三，未三发生三安全三质量三事故三，为20三10年12月