宁会隧道1#通风竖井施工技术

宁会隧道1#通风竖井施工技术

蒋云东

四川川交路桥有限责任公司  四川广汉  618300

摘要：高速公路竖井在建设过程中存在着建设难度大、设备投入多、安全风险高等诸多不利因素。宁会隧道1#通风竖井高度深直径大，隧址区地质条件复杂。结合现场实际情况，竖井采用正井法开挖，“SMD”短段掘砌机械化施工工艺。利用伞钻钻孔、抓岩机抓渣，提升系统出渣，使用绞车升降定型模板进行衬砌浇筑，实 现 了 打 眼 、 爆 破 、 出 渣 、 模 板 安 装 、 混 凝 土 浇 筑 等 全 流 程 机 械 化 作 业 。 竖 井 二 衬 和 十 字 隔 墙 通 过 采 用 滑 模 技 术 ， 实 现 了 同 步 浇 筑 。施工工艺兼顾了质量、效率及安全性，为公路行业采用正井法开挖施工的深大隧道通风竖井提供了有力参考。

关键词：宁会隧道通风竖井施工技术正井法短段掘进钻爆法滑模

ConstructionTechnologyofNo.1VentilationShaftofNinghuiTunnel

JiangYundong

（SichuanChuanjiaoRoadandBridgeCo.Ltd.，Guanghan,Sichuan618300，China）

Abstract：Therearemanyadversefactorsintheconstructiondifficulty,highequipmentinvestmentandhighsafetyrisk.Ninghuitunnel1#ventilationshafthasalargedepthdiameter,andthegeologicalconditionsofthetunnelsitearecomplex.Combinedtotheactualsituationofthesite,theshaftisexcavatedbypositiveshaftmethod,andtheconstructiontechnologyof"SMD"shortsectionismechanized.Usingumbrelladrilldrillingandrocktraptocatchslag,liftingtheslagdischargeofthesystem,andusingthewinchliftingandshapingformworkforliningpouring,realizingthemechanizedoperationofthewholeprocess,suchasdrilling,blasting,slagdischarge,formworkinstallationandconcretepouring.Thesecondliningandcrosspartitionwallarepouredsimultaneouslybyadoptingslidingformtechnology.Theconstructiontechnologytakesintoaccountthequality,efficiencyandsafety,andprovidesapowerfulreferenceforthehighwayindustrytoexcavatethedeepandlargetunnelventilationshaftwiththenormalshaftmethod.

Keywords：NinghuiTunnel；Ventilationshaft；Constructiontechnology；Masaimethod；Shorttunneling；Drillandblastmethod；Slipmode

0引言

竖井（又名立井）是一种在 地 层 中 开 凿 的 、 直 通 地 面 的 竖 直 通 道 ，通常被视作矿山、水利水电、城市市政及交通等工程领域中，设施、人员、资源、渣石等提升的通道，或是作为地下空间的通风通道而被广泛地应用于上述领域[1]。

在公路隧道工程领域，竖井的主要功能体现于隧道运营阶段的通风作用上，也可以作为辅助施工通道而存在。在近年来的诸多长大公路隧道的建设过程中，竖/斜井送排式通风的方式由于其在经济性以及运营阶段维护的难易程度两方面的优势，相较于其它传统通风方式更常被采用[2]。

由于竖井在施工中存在难度大、投入多、风险高等不利因素，加之其对特长公路隧道建设周期的制约[3]，因此在实体工程建设的基础上对我国高速公路特 长 隧 道 竖 井 的 施 工 技 术 进 行 总 结 和 研 究 具有重大意义。本文依托G4216线宁南至攀枝花段高速公路项目ZCB1-7/8合同段控制性工程——宁会隧道，选取其1#竖井作为研究对象，对公路隧道深大竖井的施工技术、相关机械设备、管理等方面进行讨论，并总结其在施工进度、成本、安全等方面的效益。

1工程概况

宁 会 隧 道 位 于 四 川 省 凉 山 彝 族 自 治 州 宁 南 县 与 会 东 县 交 接 处 ， 为 沿 江 高 速 （G4216线）控 制 性 工 程 之 一 ， 右线全长10258m，左线全长10299m。隧址区海拔高度1853～1982m，洞身穿越围岩类型以砂岩、灰岩、白云岩、页岩、泥质粉砂岩为主。宁会隧道1#竖井（宁南端），深506.5m，设计标高2403m，竖井直径9m，中间设中隔板将其分为2个送风道和2个排风道。主要结构包含：井口锁口、井身衬砌、井壁壁座、中隔臂、井底联络风道以及风塔等。

竖井和地下联络风道采用复合式衬砌结构,衬砌支护参数根据围岩级别、竖井深度、地层岩性等因素,主要依照工 程 类 比 , 并 结 合 有 限 元 数 值 的 方 法 分 析 确 定 。各级围岩所对应的竖井衬砌类型的总数量统计见表1。

表1宁会隧道1#竖井衬砌类型统计表

2竖井开挖方案与主要机械设备

2.1总体方案

由于宁会隧道1#竖井设计深度超过500m，最大开挖直径10.94m，隧址区围岩以Ⅳ、Ⅴ级为主，岩溶等不良地质发育，综合考量井身净 径 、 深 度 、 支 护 结 构 、 地 质 水 文 条 件 及 本 公 司 竖 井 综 合 机 械 化 配 备 情 况 后，对宁会隧道1#竖 井 施 工 井 筒 采 取 模 筑 单 层 （ 钢 筋 ） 砼 衬 砌 配 合 短 端 掘 砌 混 合 作 业 ， 采 用 自 上 而 下 钻 爆 法 正 井 法 开 挖 ， 重 型 机 械 化 设 备 配 套 ， 洞 口 架 设 提 升 井 架 ， 使 用 提 升 机 垂 直 提 升 运 输 洞 渣 及 其 他 材 料 。

图1竖井正井法施工工艺流程

2.2主要设备选型

（1）凿井井架

采 用 Ⅵ 型 临 时 井 架 凿 井 。 为 满 足 伞 钻 悬 吊 高 度 ， 井 架 基 础 加 高 1.5m，天 轮 平 台 布 置 在 井 架 的 +27.964m平台，在+11.600m翻 渣 平 台 上 布 置 两 个 渣 石 溜 槽 ， 配 备 座 钩 式 自 动 翻 渣 装 置 ， 渣 石 落 地 后 铲 车 装 运 配 合 翻 渣 汽 车 排 渣，渣石运抵建设单位指定位置堆砌。

（2）提升设备

井身采 用 两 套 独 立 单 钩 吊 桶 提 升 。 主 提 选 用 JKZ-3.2×2.6/1250KW矿井提升机，副提选用JK-3.0×2.2/20E/1000KW提升机；主提选用5m3吊桶，副提选用4m3吊 桶 。 根 据 安 全 规 程 规 定 ， 提 升 天 轮 直 径 与 钢 丝 绳 最 粗 钢 丝 之 比 不 得 小 于 900，与钢丝绳直径之比不得小于60，故经计算，主、副提均选用Φ3m提升天轮。主、副提升钩头均选用13t级别。提升设备详细技术特征见表2。

表2提升机主要技术特征表

（3）封口盘与吊盘

封 口 盘 采 用 钢 结 构 ， 盘 面 用 δ=8mm防 滑 网 纹 钢 板 铺 设 ， 各 悬 吊 管 线 通 过 口 ， 设 专 用 铁 盖 门 ， 并 用 胶 皮 封 堵 严 密 ， 预 留 风 筒 通 道 和 回 风 口 ， 并采取防止雨水倒灌井身措施。

井身施工时净直径为9.6m，采用钢结构两层吊盘，吊盘直径 Φ9.3m，盘间距为 4m，采用四根立柱连接。井身外壁施工时，根据外壁净直径周边增设 20号槽钢做圈梁与原设计吊盘相连，上铺网纹钢板，上、下层盘均设置稳盘装置。井身吊盘各采用 4台JZ-25/1320型凿井稳车悬吊。钢丝绳滑套采用尼龙结构，减轻滑套对钢丝绳的磨损。

（4）凿岩与出渣设备

凿岩设备采用国产STZ8-12新型伞钻，配备TGZ-70型导轨式独立回转凿岩机。由于井身直径较大，一次爆破渣石量较多，为加快出渣速度，竖井内布置两台HZ-6B型中心回转抓岩机，配备 0.6m3抓斗，单台抓岩机生产能力为 50-60m3/h，抓 岩 机 分 别 采 用 一 台  JZ－10/800型凿井绞车保护悬吊。

（5）排水、供风系统

设计采 用 二 级 排 水 ， 即 井 底 工 作 面 → 吊 盘 → 地 面 。 在 吊 盘 上 层 盘 上 安 装 4-5m

3水箱，下层盘安装二台DM46-80×8型 高 扬 程 卧 泵 作 为 排 水 设 备 ， 单台排水能力为46m3/h，扬程640m。

施 工 期 间 ， 场 地 就 近 建 临 时 压 风 机 房 ， 布 置 采 用 6空 压 机 ， 供 风 能 力 200m3/min。伞 钻 打 眼 时 最 大 需 用 压 风 量 约 80m3/min，能 够 保 证 井 身 正 常 施 工 。

（6）安全梯

为保证提 升 中 断 时 能 及 时 撤 出 井 下 工 作 人 员 ， 井 身 内 悬 吊 一 个 竖 井 掘 进 安 全 梯 ， 同 时 可 乘 二 十 五 人 ， 并 靠 近 衬 砌 悬 吊 ， 选 用 一 台 JZA2-5/1000型 稳 车 悬 吊 。 在 吊 盘 至 工 作 面 设 置 安 全 软 梯 供 紧 急 时 上 下 人 员 。 

（7）动力、照明及通讯

井身内各布置一趟MY3×35+1×16动 力 电 缆 ， 作 为 施 工 动 力 、 照 明 电 源 ， 电 缆 附 于 压 风 管 路 上 。 为 保 证 工 作 面 有 足 够 的 照 明 度 ， 采 用 DS-ZJD250新型立井专用照明灯，井口采用白炽灯照明。

凿井期间，井身内悬吊二趟MY3×10+1×6橡 套 电 缆 作 为 井 上 下 信 号 联 系 。 井 上 下 联 系 方 式 为 ： 井 口 信 号 房 、 井 底 和 吊 盘 ， 在 每 趟 信 号 电 缆 上 都 单 独 设 打 点 器 将 信 号 互 相 传 送 ， 同 时 以 声 光 显 示 。 

3主要施工工艺

3.1锁口施工

首先根据设计坐标放出的井身十 字 桩 ， 标 定 井 中 位 置 ， 根 据 中 心 确 定 径 位 置 ， 然 后 十 字 基 桩 基 点 作 为 水 准 基 点 使 用 ， 控 制 井 口 高 程 。 掘 进 采 用 挖 掘 机 直 接 挖 掘 ， 自 卸 汽 车 运 至 弃 渣 场 。 掘 进 时 采 取 临 时 支 护 ， 以 保 证 施 工 安 全 ，并安 设 排 水 泵 ， 及 时 将 工 作 面 的 水 排 出 。 井身锁口设计净径为Φ9000mm，两次施工6m，支护厚度1300mm，砼强度为C35。

掘 进 采 取 台 阶 式 环 挖 ，  锁 口 掘 够 深 度 后 ， 停 止 掘 进 ， 工 作 面 绑 扎 钢 筋 ， 组 装 整 体 模 板 ， 进 行 浇 筑 混 凝 土 作 业 ， 然 后 搭 设 工 作 台 进 行 上 部 断 面 的 浇 筑 混 凝 土 施 工 ， 直 到 井 口 标 高 ， 到 井 口 位 置 时 按 设 计 要 求 预 留 出 封 口 盘 梁 窝 位 置 。 

3.2凿岩爆破作业

采 用 伞 钻 打 眼 ， 光 面 爆 破 ， 配 合 B25mm中 空 六 角 钢 成 品 钎 杆 ， Φ52mm十 字 形 钻 头 ， 选 用 水 胶 炸 药 ， 药 卷 规 格 为 Φ45×500mm，周边眼选用Φ35×500mm，雷管采用数码电子雷管，起爆器起爆。 

（1）凿岩

伞钻下井前，检查完毕后，将 伞 钻 移 位 到 井 口 上 ， 用 提 升 钩 头 将 挂 在 井 架 伞 钻 梁 上 的 伞 钻 吊 起 ， 然 后 下 至 井 底 。 伞 钻 下 井 后 ， 接 好 风 水 管 路 ， 调 整 伞 钻 立 柱 ， 支 起 支 撑 臂 ， 然 后 将 提 升 钢 丝 绳 放 松 。 打 眼 前 按 设 计 要 求 划 出 井 身 轮 廓 线 ， 点 出 炮 眼 位 置 ， 采 取 定 人 、 定 位 、 定 眼 、 定 机 分 区 作 业 。

图2伞钻

（2）装药联线、起爆

 装 药  采 用 反 向 连 续 装 药 结 构 ， 起 爆 顺 序 自 内 向 外 逐 圈 起 爆 。 放 炮 电 缆 四 芯 并 两 芯 用 ， 电 缆 上 头 悬 吊 在 吊 盘 位 置 ， 再 由 两 根 铜 芯 电 缆 下 至 井 底 ， 导 线 穿 入 电 磁 环 内 ， 形 成 回 路 ， 将 吊 盘 及 其 它 设 备 提 至 安 全 高 度 ， 人 员 安 全 撤 离 后 ， 开 启 井 盖 门 进 行 放 炮 。 

3.3出碴作业

按 照 预 想 爆 破 效 果 ， 每 炮 爆 破 后 井 身 松 散 渣 石 量 在 376m3左右，每台中心回转装岩机装岩能力为50-60m3/h，可 满 足 快 速 施 工 要 求 。 为 保 证 抓 岩 机 装 岩 的 连 续 性 ， 充 分 发 挥 其 装 岩 能 力 ， 井 底 设 座 底 罐 ， 以 减 少 提 升 休 止 时 间 、 充 分 发 挥 提 升 能 力 。 抓 岩 机 抓 取 岩石可大致分为集中抓取和清底两个阶段。

3.4初支施工

宁会隧道1#竖井初支支护形式包含钢筋网、注浆锚管、药卷锚杆、模筑C30钢筋混凝土等。钢筋网及锚杆在加工房内分段制作成型，由吊桶下放至工作面安装。锚杆采用YT28打孔，人工安装。井身锁口段6.5m为厚度1300mm现浇C35钢筋混凝土，底座加宽为2000mm。

初支作业方式采取一 掘 一 砌 ， 整 体 移 动 式 液 压 伸 缩 金 属 模 板 砌 壁 ， 模板高度为4m。砼采用分层对称浇筑采 用 强 制 式 砼 搅 拌 机 、 分 次 投 料 工 艺 拌 合 砼 。 井 身 绑 扎 钢 筋 段 时 ， 环 筋 采 用 绑 扎 方 式 ， 绑 扎 长 度 严 格 按 设 计 要 求 ， 竖 筋 采用直螺纹连接。

3.5二衬及中隔墙施工

宁会隧道1#竖井二衬及中隔墙在整个竖井贯通后采用滑模同步施工。本竖井断面内径为9m，并带有十字形中隔板。经 结 构 受 力 验 算 ， 选 择 了 桁 架 梁 、 辐 射 形 布 置 的 操 作 盘[4]（如图3）。

图3滑模操作盘构造图

滑模施工按：下 料 → 平 仓 振 捣 → 滑 升 → 钢 筋 绑 扎 → 下 料 顺 序 进 行 。 混 凝 土 对 称 均 匀 下 料 ， 滑 模 混 凝 土 塌 落 度 控 制 在 8～12cm，铺筑按30cm分 层 ， 采 用 插 入 式 振 捣 器 振 捣 ， 振 捣 器 不 得 直 接 振 动 爬 杆 及 模 板 ， 插 入 深 度 不 超 过 下 层 混 凝 土 内 五50 m m ， 模 板 滑 升 时 停 止 振 捣 。  

滑模施工要求连续进行， 混 凝 土 停 止 浇 筑 后 ， 每 隔 半 个 小 时 到 一 个 小 时 ， 滑 升 一 到 两 个 行 程 ， 每 行 程 30 c m ， 保 证 混 凝 土 与 模 板 不 发 生 粘 结 。    为 保 证 结 构 中 心 不 发 生 偏 移 ， 利 用 地 面 全 站 仪 定 出 中 心 点 ， 钢 丝 绳 悬 挂 六60  k g 锤 球 进 行 中 心 辅 助 控 制 ； 同 时 在 井 口 平 台 梁 下 部 井 壁 固 定 两 台 激 光 指 向 仪 进 行 滑 模 位 置 控 制 。当 滑 模 滑 升 至 接 近 井 口 位 置 时 ， 拆 除 井 口 平 台 ， 继 续 进 行 施 工 ， 当 混 凝 土 浇 筑 至 设 计 高 程 ， 将 模 体 滑 空 ， 则 利 用 吊 车 配 合 悬 吊 将 模 体 整 体 拆 除 。

5结束语

宁会隧道1#竖井穿越地层的地质结构复杂，岩溶发育，先后多次遇到溶腔。为安全地保障节点工期目标顺利实现，多次组织召开安全生产专题会议，结合施工现场实际情况，采用“SMD”短段掘砌机械化施工，通过伞钻进行钻孔，抓岩机抓渣，利用提升设备、采用吊桶进行出渣作业，采用绞车升降定型模板进行衬砌浇筑作业。该工艺机械化程度高，施工质量和效率得到极大提升。通过不断优化施工组织，合理调整工序，科学推算 工 期 ， 强 化 现 场 质 量 安 全 管 控 ， 扎 实 推 进 工 程 建 设 ， 在项目广大参建人员的不懈努力下，竖井施工技术不断提高，日均进尺可达3米。整套系统包含多重安全保护装置，施工安全性较高，为后续安全施工奠定了坚实的基础，为公路行业采用正井法开挖施工的深大隧道通风竖井提供了有力参考。

参考文献

[1]中交一公局集团有限公司.公路隧道施工技术规范：JTG/T3660—2020[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2020:133.

[2]赵伟平，方斌，张志坚.米仓山特长隧道通风竖井反井法施工技术探讨[J].公路,2014(9):182-187.ZHAOWeiping,FANGBin,ZHANGZhijian.DiscussionsonConstructionSkillsthroughRaise-boringMethodfortheVerticalShaftofMicangshanTunnel[J].Highway,2014(9):182-187.

[3]徐爱民，祝建周,蒋鹏飞，等.雪峰山隧道3#竖井施工安全保障措施[J].现代隧道术,2009,46(1)：81-85.XUAimin,ZHUJianzhou,JIANGPengfei,etal.SecurityMeasuresforBoringShaftNo.3ofXuefengMountainTunnel[J].ModemTunnellingTechnology,2009,46(1):81-85.

[4]许雪刚，蒋网丁，李建等.双联伞钻在大断面立井冻结基岩段施工中应用[J].能源技术与管理,2014,39(3):134.