沖擊鉆鉆孔用于長(zhǎng)大山嶺隧道通風(fēng)豎井的施工

1、沖擊鉆鉆孔用于長(zhǎng)大山嶺隧道通風(fēng)豎井的施工第37卷第3O期?170?2011年10月山西建筑SHANXIARCHITECTURE文章編號(hào):10096825(2011)30017003沖擊鉆鉆孔用于長(zhǎng)大山嶺隧道通風(fēng)豎井的施工任登富劉石磊摘要:結(jié)合貴昆鐵路六沾復(fù)線三聯(lián)隧道兩座大直徑深孔通風(fēng)豎井在軟巖地質(zhì)采用沖擊鉆孔,鋼管護(hù)壁等施工過(guò)程,從通風(fēng)豎井的設(shè)置,施工方案選擇,施_T-重難點(diǎn)及解決措施等方面對(duì)豎井施工進(jìn)行了總結(jié),從而為類似工程施工提供指導(dǎo).關(guān)鍵詞:沖擊鉆鉆孔,長(zhǎng)大山嶺隧道,通風(fēng)豎井中圖分類號(hào):U455.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AO引言隨著隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展,長(zhǎng)大隧道成為山嶺隧道的發(fā)展趨勢(shì),通風(fēng)問(wèn)題成

2、為制約長(zhǎng)大隧道安全快速施工的關(guān)鍵技術(shù)之一,采用豎井通風(fēng)為長(zhǎng)大山嶺隧道施工通風(fēng)提供了一條新的思路.針對(duì)通風(fēng)豎井施工工藝的文獻(xiàn)較多,例如蒼山隧道二號(hào)通風(fēng)豎井0,石牙山隧道通風(fēng)豎井,蒼嶺隧道1號(hào)通風(fēng)豎井和烏鞘嶺隧道1號(hào)通風(fēng)豎井等,大多數(shù)通風(fēng)豎井地質(zhì)條件較好,采用爆破開(kāi)挖,容易支護(hù)成型,但對(duì)軟弱地質(zhì)采取上述方式不易成功.本文結(jié)合六沾復(fù)線三聯(lián)隧道已投入使用的兩座通風(fēng)豎井,在施工初期,針對(duì)軟巖地質(zhì),豎井?dāng)嗝娉叽?綜合考慮安全,進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益等因素對(duì)機(jī)械大直徑成孔用于通風(fēng)豎井施工進(jìn)行了總結(jié)與探索,為同類工程提供參考.1工程概況貴昆鐵路六沾復(fù)線三聯(lián)隧道地處云貴高原,隧道全長(zhǎng)12.214km,存在高瓦斯,玄武質(zhì)

3、火山灰角礫巖段大變形,煤系地層軟弱帶等多種少有的不良地質(zhì)地段,經(jīng)過(guò)多次由工程院士,大學(xué)教授等專家會(huì)現(xiàn)場(chǎng)研討自治方案,鐵道部定為極高風(fēng)險(xiǎn)隧道.三聯(lián)隧道分為進(jìn)口工區(qū)及兩個(gè)斜井工區(qū)進(jìn)行施工,其中1號(hào)斜井工區(qū)位于隧道中部,為高瓦斯工區(qū),有軌運(yùn)輸,承擔(dān)2040m高瓦斯段正洞,1341m中部平導(dǎo)施工任務(wù);2號(hào)斜井工區(qū)承擔(dān)出口段5481m正洞,1900m洞內(nèi)迂回平導(dǎo),無(wú)軌運(yùn)輸,獨(dú)頭通風(fēng)4550m(含450m斜井).2通風(fēng)豎井設(shè)置l號(hào)斜井工區(qū)(w4標(biāo)通風(fēng)豎井選擇時(shí)考慮的主要因素:1)隧道施工通風(fēng)的需求(由何處進(jìn)風(fēng)或排風(fēng)),隧道埋深,地表?xiàng)l件等決定豎井位置.2)通風(fēng)量的需求決定井孔直徑大小,1號(hào)斜井工區(qū)采用有軌

4、裝運(yùn)方式,豎井直徑受揭煤時(shí)最大瓦斯涌出量所需要的通風(fēng)量控制,根據(jù)施工需求按排放污風(fēng)設(shè)計(jì),經(jīng)計(jì)算后采用直徑160CII1;2號(hào)井采用無(wú)軌裝運(yùn)方式,按進(jìn)風(fēng)通道設(shè)計(jì),綜合考慮各施工作業(yè)面需風(fēng)量計(jì)算后采用直徑180cm.3)根據(jù)豎井位置確定與正洞連接通道方式.1號(hào)斜井工區(qū)為高瓦斯隧道工區(qū),對(duì)三聯(lián)隧道高瓦斯工區(qū)施工通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了詳盡論述,但受玄武質(zhì)火山灰角礫巖段大變形影響,施工進(jìn)度遲緩,前期設(shè)計(jì)通風(fēng)方式已不能滿足通風(fēng)要求,為保證隧道高瓦斯段揭煤施工時(shí)形成巷道式通風(fēng),在DIK306+640(隧道煤層集中段前)線路左偏170m處設(shè)置通風(fēng)豎井,孔徑為160cm,孔深156m采用豎直排風(fēng)的方式向外抽排廢氣,瓦斯

5、等.2號(hào)斜井獨(dú)頭通風(fēng)4550m,洞內(nèi)采取1900nl迂回平導(dǎo)增加4個(gè)工作面,從斜井口長(zhǎng)距離通風(fēng)已不能滿足施工要求,在隧道中部設(shè)置通風(fēng)豎井,孔徑180cm,孔深100m,作為進(jìn)風(fēng)通道.兩座豎井均用沖擊鉆機(jī)正循環(huán)鉆孔一次成井,在鉆孔過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁,成井后為防止豎井井壁風(fēng)化及坍塌,采用鋼套筒防護(hù)豎井壁,鋼板厚10mm.豎井與正洞(平導(dǎo))間設(shè)置連接通道.受隧道地形地貌,隧道埋深及地表村莊等條件限制,1號(hào)斜井工區(qū)的通風(fēng)豎井平面位置在選址上不是最優(yōu),離隧道的橫向距離過(guò)長(zhǎng),豎井設(shè)置平面位置見(jiàn)圖1.2號(hào)斜井I區(qū)(W4標(biāo))闊1通風(fēng)豎井設(shè)置平面示意圖3通風(fēng)豎井施工方案選擇后,決定采取正循環(huán)沖擊鉆機(jī)一次成孔,鋼

6、套筒防護(hù)的方案.或反向爆破開(kāi)挖成孔方式在孔壁支護(hù)上不易解決,因此綜合對(duì)比測(cè)量放線一孔15I段埋設(shè)鋼護(hù)筒一施工平臺(tái)加固處理一鉆機(jī)收稿151期:201108-22作者簡(jiǎn)介:任登富(1976一),男,重慶大學(xué)土木工程在職工程碩士研究生,工程師,中鐵隧道集團(tuán),河南-/a-l'471009劉石磊(1982一),男,工程師,中國(guó)中鐵隧道集團(tuán)技術(shù)中心,河南洛陽(yáng)47100920371孝l3任登富等:中擊鉆鉆孑L用于長(zhǎng)大山嶺隧道通風(fēng)豎井的施工?171?就位一鉆孔一泥漿循環(huán)系統(tǒng)施工一石質(zhì)段圍巖鉆進(jìn)(側(cè)傾)一到位清孔(側(cè)傾)一沉放鋼護(hù)筒一抽出井內(nèi)泥漿,碴一鋼護(hù)筒外層加固一孔口加固處處理一清理場(chǎng)地.主要資源配

7、置見(jiàn)表1.表1豎井成孔資源配置表配置情況數(shù)量資源類型備注1號(hào)井(孔徑16ocm,2號(hào)井(孔徑180cm,深117m)深100m)發(fā)電機(jī)組150kW/臺(tái)1變壓器(200kVh)/臺(tái)1正循環(huán)沖擊鉆機(jī)(8t)/臺(tái)21泥漿泵/臺(tái)12務(wù)去疆售11未簡(jiǎn)易鋼護(hù)筒卷板機(jī)/臺(tái)21考慮備用二氧化碳保護(hù)焊機(jī)/臺(tái)2數(shù)量發(fā)電機(jī)司機(jī)/人2鉆孔操作人員/人44鋼護(hù)筒制作人員/人66電焊工/人44鉆孔設(shè)備采用正循環(huán)沖擊鉆機(jī),根據(jù)孔徑要求配置不同鉆頭,1號(hào)井成孔160cm,選用150cm鉆頭,外側(cè)幫焊4cm鋼筋;孔均采用沖擊鉆機(jī)正循環(huán)鉆孔,一次成井,沖擊鉆孔施工工藝已較為成熟,在此不予贅述.成孔后的主要檢查項(xiàng)目見(jiàn)表2.表2豎井

8、成孔質(zhì)量檢查項(xiàng)目允許偏差檢查方法孔徑不小于180cm采用鋼筋焊制的簡(jiǎn)易鋼筋籠q:-3-+檢查傾斜度鉆孔:小于1%鋼筋檢孔器吊入鉆孔內(nèi)檢測(cè)孔深不小于100rn采用繩子吊重物下放檢查沖擊鉆孔時(shí)的重點(diǎn)注意事項(xiàng),主要是垂直度的控制,出現(xiàn)傾斜,立即采取回填片石等方式進(jìn)行糾偏,2號(hào)通風(fēng)豎井在沖擊成孔過(guò)程中共發(fā)生兩次傾斜,但通過(guò)回填片石重新鉆孔糾偏,效果較好.4施工難點(diǎn),要點(diǎn)及解決措施1)鋼護(hù)筒下放過(guò)程中被卡.對(duì)策:采用夯擊.2)鋼護(hù)筒脫落.對(duì)策:一旦脫落,很難再連接,重在預(yù)防.a.對(duì)上部穿孔處進(jìn)行剪切檢算;d.現(xiàn)場(chǎng)要加強(qiáng)卡控.1號(hào)井在井口采用50cm厚的鋼筋混凝土加固;2號(hào)井采用在井口上兩側(cè)各鋪設(shè)一張厚占

9、=16mm,長(zhǎng)4ITI,寬1.5in的鋼板,在鋼板上各墊7根長(zhǎng)3in的枕木,前50m直接將鋼棒放置在枕木上,后50in,用雙I20工字鋼并焊成箱梁長(zhǎng)6m,橫向置于枕木上,鋼棒放置在箱梁上.鋼套管采用壁厚6=10mm的鋼板,在寬闊場(chǎng)地用機(jī)械集中后每3節(jié)焊接成一個(gè)單位,接頭采用對(duì)接,雙面坡口焊并加2塊6塊的10mm鋼板幫焊(根據(jù)檢算結(jié)果,0m20m幫焊2塊,20m40m幫焊3塊,40ITI60ITI幫焊4塊,60m801TI幫焊5塊,80m100m幫焊6塊),考慮通風(fēng)豎井因垂直度偏差,因此制作鋼套管的內(nèi)徑較鉆井成孔徑少2cm(1號(hào)豎井鋼套管內(nèi)徑140cm,2號(hào)井鋼套管內(nèi)徑160cm),制作好后汽車

10、運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng).根據(jù)地形條件選擇鋼套筒的吊裝設(shè)備,1號(hào)井大型起重機(jī)不能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),采取"井"字架,葫蘆吊機(jī)起吊,2號(hào)井采用大型起重機(jī)直接吊裝,現(xiàn)場(chǎng)鋼套筒接長(zhǎng)采用二氧化碳保護(hù)焊.鋼套簡(jiǎn)與井壁間的空隙加固主要解決連接通道貫通時(shí)護(hù)筒與護(hù)壁之間存在漏泥,漏沙,漏水及水壓大等安全風(fēng)險(xiǎn),現(xiàn)場(chǎng)采取的對(duì)策是以土石分界線為界,土石分界線以上部分采取在護(hù)筒孔壁處插管注漿封堵,土石分界線以下部分采取在連接通道與井壁貫通口加固限排方式(加固方式可以在貫通口處架立拱架并進(jìn)行噴混凝土).1號(hào)井由于地質(zhì)破碎,鋼套筒下完后采用袖閥管在鋼套筒與井壁空隙間注漿加固,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加固效果,豎井鋼套筒發(fā)生較大的變形,是否

11、與該加固方法有關(guān),還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證.2號(hào)井地質(zhì)狀況主要是以頁(yè)巖夾砂巖為主,含有少量的泥巖,孔壁相對(duì)較為穩(wěn)定,鋼套筒下完后,在井壁與護(hù)筒間的空隙采用細(xì)石混凝土回填密實(shí).根據(jù)兩個(gè)井與隧道之間的平面關(guān)系,兩個(gè)豎井與隧道的連接通道斷面方式各有不同.1號(hào)豎井距隧道邊線1701TI,豎井與隧道采用小導(dǎo)洞斷面(高×寬1.7m)連接,格柵鋼架,短錨桿網(wǎng)噴支護(hù),人工鉆爆開(kāi)挖,人工出碴;2號(hào)豎井距平導(dǎo)水平距離18ITI,豎井與平導(dǎo)連通段采用凈空尺寸4.5m(寬)×5.0m(高),格柵鋼架,錨網(wǎng)噴支護(hù),利用臺(tái)架鉆爆開(kāi)挖,裝載機(jī)裝碴,汽車運(yùn)輸.連接通道底部比豎井底部高出2m一3111,主要考慮洞

12、口不能抽完的余碴存放,保證連接通道與豎井貫通安全.1號(hào)豎井連接通道距離較長(zhǎng),斷面小,連接通道開(kāi)挖剩余5111時(shí)反方向開(kāi)挖逆坡擴(kuò)挖5in洞室,作為排水,排泥時(shí)的應(yīng)急場(chǎng)所,洞內(nèi)采用兩根硬管通向洞外作為避難時(shí)進(jìn),出氣孔.2號(hào)豎井連接通道距離短,斷面大,不單獨(dú)設(shè)置避難洞室.4.2.3鋼套筒與井壁問(wèn)排水,排漿連接通道開(kāi)挖距豎井鋼套筒5m時(shí),利用6rtl鉆桿施作排漿孔(鉆孔后及時(shí)插入小鋼管)將鋼套筒與孔壁間的泥漿與水排除,如果漿液流量過(guò)小或者未流出,則繼續(xù)施工其余排漿孔,直至漿液排出沒(méi)有壓力為止.鋼套筒與井壁問(wèn)排水,排漿完成后,采取弱爆破開(kāi)挖施工剩余5m連接通道,盡量減少對(duì)鋼套筒的影響.4.3豎井內(nèi)抽水,

13、排碴井壁孔隙加固后,對(duì)井內(nèi)的泥碴用水置換,然后采用高揚(yáng)程的污水泵從井口抽水,但由于井孔較深,現(xiàn)場(chǎng)抽水后井底的剩余水量與泥漿過(guò)多,不能完全達(dá)到目的.采取的措施:連接通道開(kāi)挖支護(hù)完成后,現(xiàn)場(chǎng)采取井底打孔排水,排泥,具體方法為在貫通口處架立拱架并噴混凝土加固(如有滲水采用PVC管引出),加固后采用電焊機(jī)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行局部割孔,割孔后人員,設(shè)備迅速退至避難洞內(nèi),待孔不再滲流漿液后,逐漸擴(kuò)大孔徑,直至泥漿與水徹底排出.5施工中存在的問(wèn)題分析及解決建議第37卷第30期?172?2011年10月山西建筑根據(jù)施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì),在泥質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化地層進(jìn)度4m/d一6m/d,在軟質(zhì)巖層內(nèi)孔深在0m100m平均1.5m/d2m

14、/d,100m1號(hào)井采用連接通道70.80.豎向接應(yīng)45m,因此大直徑機(jī)械成孔豎井深160m內(nèi)是可行的.豎井位置的選擇十分重要,選擇時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮豎井與隧道的平面關(guān)系,地質(zhì)狀況,地下水文條件,豎井深度等,位置選擇直接擇時(shí)受地形條件的限制,平面位置在現(xiàn)場(chǎng)均沒(méi)有其他比選余地.2號(hào)豎井的地質(zhì)狀況,豎井與隧道的平面關(guān)系相對(duì)較好,整個(gè)施工過(guò)程中比較順利,僅在鉆:fLm出現(xiàn)兩次偏位,但通過(guò)回填片石補(bǔ)鉆糾偏即可解決.1號(hào)豎井位置位于兩條溝槽匯聚的地方,地下水豐富,存在地下泉眼,豎井與隧道的平面關(guān)系距離較遠(yuǎn),整體條件較為不利,施工中出現(xiàn)很多典型問(wèn)題,如孔壁坍塌,鋼套筒下放安裝后井內(nèi)變形等.貫通方式分連接通道貫通

15、與豎井貫通兩種方式,本案例采用豎井先行施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高,連接通道貫通方式,貫通前在連接通道內(nèi)設(shè)置了臨時(shí)避難洞,采用此方式貫通,避難洞設(shè)置尤其重要,1號(hào)豎井在連接通道內(nèi)排放水,排泥漿時(shí),曾發(fā)生大量的泥漿涌入通道并堵塞通道事件,但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及時(shí)按預(yù)案撤至避難洞內(nèi),避免了一次較大的安全事故發(fā)生,充分體現(xiàn)了避難洞的作用.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,井內(nèi)的泥漿在貫通前完全抽f不現(xiàn)實(shí),作者推薦采用連接通道先行施工至井底設(shè)計(jì)標(biāo)高,豎井貫通方式,在連接通道與隧道口處設(shè)置封閉閥門(mén)對(duì)貫通時(shí)井內(nèi)泥漿限量排放,更有利施工安全.豎井沖擊成孔在鋼套筒安裝后,兩座豎井在井深度約1/3處均不同程度的出現(xiàn)孔內(nèi)鋼套筒鼓包變形的情況,2號(hào)豎井變

16、形較小基本不影響通風(fēng)面積,1號(hào)豎井變形較大直接影響通風(fēng)效果,以1號(hào)豎井變形情況為例對(duì)變形原因作初步分析及提出應(yīng)對(duì)措施.1號(hào)豎井沖擊成孔后共發(fā)生兩次變形.第一次坍塌,主要原因是對(duì)地質(zhì)環(huán)境判斷失誤,井口向下安裝l8m鋼套筒后,即對(duì)孔內(nèi)泥漿進(jìn)行置換與抽排,受地下泉水影H向,在抽水過(guò)程中在井口下18m處未安裝鋼套筒部分發(fā)生了井壁坍塌,直接堵塞井孑L,后采取袖閥管注漿加固井孔四周,二次鉆孑L(直徑130em).二次鉆孔安裝鋼套筒護(hù)壁后,采用袖閥管對(duì)孔壁與鋼套筒間的孔隙進(jìn)行注漿加固,置換泥漿與抽排后,在井口下47m處鋼套筒發(fā)生較大的變形,最大處已侵占鋼護(hù)筒凈空1.0m.初步變形原因:1)地質(zhì)破碎,地下水影

17、響;2)鋼套筒自重大,長(zhǎng)細(xì)比大,在細(xì)長(zhǎng)桿原理下部分發(fā)生破壞性變形;3)鋼套筒與護(hù)壁問(wèn)孔隙注漿加固時(shí),壓力過(guò)大.應(yīng)對(duì)措施:1)對(duì)于十分軟弱地層,在鉆孔前采用袖閥管等手段進(jìn)行加固;2)鋼套筒在下放安裝時(shí)不能讓其脫落自由下墜;3)嚴(yán)格控制鋼套筒與護(hù)壁間孔隙注漿加固壓力,達(dá)到填充密實(shí)即可.孔內(nèi)鋼套筒變形后,上部抽漿排水,不能完全抽排的改為連接通道內(nèi)進(jìn)行排放,變形處理方案,從鼓包位置,自上至下,每次割除高度為50am已鼓包鋼護(hù)筒,每次割除后立即采用鋼護(hù)筒焊接,直至鋼護(hù)筒鼓包部位處理完畢.6結(jié)論與建議長(zhǎng)大隧道增加大直徑豎井除改善隧道內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境外,可在特定環(huán)境下兼作隧道的應(yīng)急救援通道,有條件時(shí)還可通過(guò)豎井

18、引入高壓電纜,減少洞內(nèi)高壓線路.通過(guò)三聯(lián)隧道兩座通風(fēng)豎井的施工案例,對(duì)于山嶺隧道深孔大直徑通風(fēng)豎井采用沖擊鉆機(jī)正循環(huán)鉆孔一次成井,泥漿護(hù)壁,成井后鋼套筒防護(hù)豎井壁的方案是可行的,從施工周期,經(jīng)濟(jì)效原因分析較為粗略,其變形原因還有待于進(jìn)一步探索.堅(jiān)井施工過(guò)程中,測(cè)量定位須準(zhǔn)確,軟巖地質(zhì)鋼套筒全孔護(hù)罐,安全措施提前檢算,工藝卡控到位,每一個(gè)細(xì)節(jié)都可能影響豎井施工成敗.參考文獻(xiàn):11吳樂(lè).括蒼山隧道二號(hào)通風(fēng)豎井正向施工導(dǎo)碴井,二次擴(kuò)挖施工技術(shù)J.隧道建設(shè),2010,30(4):465468.2石泰山,喬林泉.豎井開(kāi)挖施工技術(shù)J.山西科技,2007(4):156?157.3楊雷.特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)豎井施工方法分析J.廣東公路交通,2009(3):6568.4董文奇,翁嶺.蒼嶺隧道1號(hào)通風(fēng)豎井施工技術(shù)J.科學(xué)之友,2008(5):3637.5胡斌.鳥(niǎo)鞘嶺隧道1號(hào)通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)與施工J.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(10):92.94.6劉石磊.三聯(lián)隧道高瓦斯工區(qū)施工通風(fēng)技術(shù)J.隧道建設(shè),2010,30(1):7177.7鄧長(zhǎng)平.長(zhǎng)大高速公路隧道通風(fēng)與運(yùn)行安全分析J.山西建筑,2010,36(2):313