公路隧道工程中竖井施工技术的应用
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【摘要】: 本文结合实际工作经验详细介绍了竖井施工技术的适用条件和施工程序。然后对竖井通风技术和竖井施工提升技术进行了进一步的分析和探讨，并且在此基础上提出了一些施工的安全措施。
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：
随着综合机械化工程施工的迅速发展，近年来，国外一些国家的竖井开凿工程量逐年增多。为了提高建井速度和质量，各国都把竖井掘进技术作为一项重要的研究工作。竖井施工法有两种：自上而下全断面法和反井法（爬罐法、小导洞法、反井钻机法）。国外公路隧道竖井施工成功采用了矿山竖井施工的成熟技术。
我国公路隧道竖井施工一般采用自上而下的全断面法施工，开挖、初支、二衬单行作业。钻井施工仍以手持凿岩机钻眼爆破法为主，采用毫秒雷管、火雷管、导爆索、导爆管相结合的浅孔光面爆破技术，装碴采用人工、抓岩机或小型挖机装碴，吊桶提升；手持喷射混凝土（干喷）进行锚喷初期支护；竖井开挖及初支完成后进行竖井衬砌，衬砌采用液压滑模从井底向上浇筑，人工振捣密实。
公路隧道竖井施工技术——人工导洞先行正洞扩大法概述
1、适用条件:
根据国内大部分企业目前的施工能力并考虑到经济因素,本法适用的竖井条件为:
1）广泛用于地质条件为岩质的公路、铁路隧道竖井施工;
2）适用于竖井井筒直径不小于 6m,最大可达 15m 以上;
3）竖井深度不大于 800m 为宜（公路隧道竖井深度一般不超过 800m）。
2、施工程序
竖井施工分为五个阶段进行：
第一阶段：为地表至其下 20m 的井口段（含井颈段 8m）。该阶段为加快施工速度在井上地面设备安装的同时，采用简易提升设备进行施工。
井口段采用钻爆法开挖，自然通风，人工装碴，在地面用斗车推运碴土填筑井口场地。初期支护一爆一喷。地表段围岩差，挖至 8m 后，立即铺挂防水板，立模，自下而上采用整体式钢模进行井颈段二衬砼施工，以保证洞口的牢固稳定，为地面安装设备、架立井架创造良好条件。
第二阶段：为井口段完成后，进行井口设备安装、机械化配套阶段。在井口及地面主要设备有：井盖、井架、天轮、卸碴台、绞车、运碴设施等；井筒内的主要设备有：通风管、吊桶、吊泵、吊盘、信号电缆、砼输送管、压风管、供水管、排水管、安全梯、动力电缆等悬吊设备，以及全自动抓岩机、环形钻架等。
第三阶段：20m 以下的井身机械开挖施工
竖井井口 20m 以下实施机械化配套作业，钻爆法开挖，光面爆破。原则上按照边开挖边初支的方式进行，对于好的硬岩可酌情延长；通风采用压入式供风，直接吹入井底，风管由稳车悬吊；开挖深度小于 100m 时，采用自井底水窝由吊泵直接排出井外。开挖超过 100m 时，在井壁每隔 50m 增设一处向内倾斜的临时集水仓，接力向井外排水。
第四阶段：由下而上用整体滑动钢模实施井身砼二次衬砌。防水板在二次衬砌前按要求铺设。为加快灌注速度，减轻劳动强度，保证安全，提高质量采用滑模实施井身二衬。滑模在井底组装，组装完成后即可灌注砼。砼在地面拌和楼集中拌合，砼输送车运至井口倒入砼吊斗，通过井架提升机将砼吊斗运至滑模的卸料平台，经串筒注入。其施工程序为：滑模组装灌注砼滑模滑升（边滑边灌）滑模拆除。
第五阶段：按设计完成竖井与正洞连通。左右洞挖至竖井里程后，适时由正洞进行竖井井底洞室施工，以减少投入。井底洞室施工与汽通、人通施工类似，宜采取弱爆破、短开挖、快支护的施工方式。
二、竖井通风技术
1、 通风的目的
（1）排除工作面的炮烟、喷锚粉尘等各种有害气体和烟尘；
（2）对工作面提供足够的新鲜空气，确保人员安全和身体健康；
（3）创造良好的工作环境，确保工程质量；
2、 通风方式的选择
先导井后扩挖法施工通风分两个阶段：①导洞开挖的施工；②正洞扩大法的施工。正洞扩大法因小导洞已打通，并与正洞连通，上下大气压力在洞内形成的风量和流速满足施工需要，可不考虑，主要考虑小导洞掘进的通风。综合考虑场地、施工方法、工期等各项条件反复论证后，决定施工通风采用压入式通风方法，这是因为：
（1）竖井底部的污蚀空气沿竖井向上流出，并带出竖井内的有害有毒气体和粉尘，通风能力强、效果好；
（2）抽出式通风和混合式通风方式将通风机布置在竖井内，对施工地形干扰大，抽出式通风方式有效吸尘很短，效果不理想。
三、 竖井施工提升技术及锁口圈施工安全技术措施
1、施工提升技术
1）施工方法简介
小导井施工总体上分三阶段：①明挖法施工阶段：井口段 8m，因地质条件差，及时浇筑钢筋混凝土锁口圈；②提升系统、通风设施及安全设施安装阶段；③正常施工阶段：钻爆开挖，采用 0.7 方吊桶单钩提升，人工装渣。
2）小导洞井颈段施工要点
①施工前进行场地平整，并做好便道和排水系统、硬化场地，做好文明施工；
②为保证地表软弱层的稳定，井颈段应尽量以机械开挖为主，尽可能不采取爆破开挖；
③视围岩情况确定临时锁口深度，锁口底部应插入硬岩 60cm 以上。
3）提升井架
竖井小导洞井架提升能力按 50kN 设计，正、侧面结构尺寸见图，井架采用钢管、型钢、钢板等自行加工。井架基础共 4 个，采用混凝土结构，长、宽、深均为 150cm。井架基础上预埋地脚螺丝及钢板，上部结构通过钢板及螺栓与基础相连。
4）提升能力验算
①提升方式的确定
根据开挖方法、出碴设备，井筒深度等条件确定采用单钩吊桶提升。
②提升绞车性能参数
③钢丝绳直径的验算
2、 锁口圈施工安全技术
1）开挖
按施工方案和设计要求开挖竖井锁口，明挖法开挖。井口覆盖层主要岩性为强度较低的含碎石亚粘土，机械开挖为主，人工开挖为辅，局部坚硬部分辅以小炮。
2）锁口圈钢筋混凝土施工
扩挖完成后，先进行锁口圈钢筋混凝土施作，设计竖井锁口圈总高 3.5m，锁口圈采取分层浇筑的施工方法。最后按设计要求用 C15 片石混凝土回填进行井口处理。
3）小导洞锁口
为保证小导井施工时井口的稳定，需在井口设置临时锁口，锁口的深度视围岩好坏情况确定。竖井临时锁口内径 300cm，外径 400cmm，壁厚0.5m，采用 C20 钢筋混凝土结构，为防止落石进入井内，锁口整体高出原地面 100cm。为防止地面雨水进入井口施工场地，在临时锁口四周设置浆砌片石防洪墙。
4）安全防护设施
竖井施工，安全第一，为确保安全，自行加工安全防护笼及防护盘。安全防护盘采用 4mm厚钢板加工而成，内径设计采用直径 φ200cm，要考虑吊桶（φ100cm、高 97cm）升降时的安全距离，采用 φ120cm；防护盘外径与井壁保持50cm 的安全距离；防护笼内净高采用 250cm，以确保施工人员在护笼内有一定的操作空间。
3、 竖井扩挖与二衬施工安全措施
为确保竖井扩挖与二衬施工的安全，须采取以下防护措施：
1）为防止人工在竖井扩挖时滑入井底，造成安全事故，当小导洞开挖完成后，将原来既有的安全防护盘改装成安全盖盘，用来覆盖 φ3.0m小导洞的洞口。
2）由于二衬施工自下而上进行，故安全盘采用与竖井扩挖时相同的规格，使用时须确保安全盘下方净高不少于 2.5m。
3）竖井施工时，必须采取措施以防止物体坠落。在密封盘上设置井盖门，井口必须设置临时工作密封盘，井盖门两端必须安装栅栏。密封盘和井盖的结构必须坚固。竖井作业人员携带的工具、材料，必须牢固地栓牢或放置在工具袋中。
四、结 语
随着交通业的发展，大直径竖井的建设将会日益增多在公路隧道竖井施工领域目前还没有广泛采用。简单、经济、安全、环保的工法是目前公路隧道竖井施工最合理的方法。本文对公路隧道竖井施工的各种方法进行了分析和总结，总结出了特长公路隧道通风竖井先导井、后扩挖施工工法，并且讨论了施工中的主要技术以及安全措施，希望在该类隧道施工领域有所帮助。
参考文献：
朱俊峰，公路隧道竖井施工技术研究。中国建材科技，2012（02）
房明海，公路隧道竖井施工技术研究。中国地质大学学报，2009（02）