长大隧道超深竖井反井法施工技术

谢　晓（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉430000）

长大隧道超深竖井反井法施工技术

谢晓（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉430000）

介绍了福州京台高速公路牛岩山隧道通风竖井在施工过程中采用反井法施工工艺及双层安全防护盘，对井下作业人员进行多重防护的方法，降低施工难度，减少施工安全风险，加快施工进度，节约成本，保护环境，取得了一定的社会、经济和环保效益，对类似工程施工具有借鉴作用。

长大隧道；超深竖井；反井法

前言

竖井通风在公路、铁路长大隧道中，具有通风效果好，营运成本低的优点，在公路、铁路长大隧道中应用越来越广泛，深度300m以上的超深竖井也随之越来越多，随着深度的增加，传统的正井开挖施工方法已逐渐无法满足施工的安全、进度等要求。福州京台高速公路牛岩山隧道是目前福建省内最长公路隧道，牛岩山隧道送排风竖井为福建省内最深的公路通风竖井之一，为确保安全、高效的完成竖井工程施工，中铁十一局集团第四工程有限公司进行课题研究和公关，在368.49m超深竖井开挖过程中，改变传统正井开挖法，而采用反井法开挖，同时结合反井施工的特点，改良井口安全盘及井下安全作业平台，安全、高效的完成超深竖井的开挖工作，取得了良好的效果。

1　工程概况

福州京台高速公路牛岩山隧道全长为9252m，为目前福建省最长的高速公路隧道。牛岩山隧道送排风竖井位于牛岩山隧道左洞ZK122+030左侧35m位置，竖井直径7.2m，井口设计标高为740.9m，竖井深度为368.49m，竖井围岩主要为凝灰岩，开挖方量为19500m3。

整个竖井施工过程中，竖井开挖施工难度大，通风、排水困难，安全风险极高。该隧道竖井为京台高速公路全线极高风险点、重难点控制性工程之一。

为了减小施工难度，降低施工安全风险，解决竖井开挖过程中的通风、排水困难等问题，结合隧道整体施工进程，对竖井的施工工艺进行优化，在隧道左洞掌子面开挖通过竖井位置后，通过竖井导孔，利用竖井底部与隧道主洞的连接通道，实现在竖井底部出碴，从而彻底解决开挖过程中的洞渣吊运安全风险大及井内通风、排水困难等问题。

2　技术原理

反井法施工改变传统的自上而下的全断面开挖，孔口出渣的施工方式，而采用先在在竖井中心由上而下钻取直达井底的φ260mm导孔，与下部已完成开挖的主洞送排风联络道相通；在井下联络道内连接扩孔钻头，由下向上扩孔反钻施工φ1400mm先导井（扩孔），作为竖井全断面爆破施工时的爆破自由面和通风溜碴通道；最后自上而下爆破开挖至形成设计的竖井断面，从而解决人工开挖施工过程中的出渣、通风、排水等难题。同时在通过设置改良井口安全盘，井下安全平台，导孔口加盖透气型防翻转井盖等措施，为竖井掌子面作业人员提供多重保护，降低施工安全风险。

3　主要施工工艺

（1）超深竖井反井法施工工艺流程图见图1。

图1　工艺流程图

（2）关键技术及控制要点

①260mm导孔施工技术：竖井深达368.49m，竖井直径为7.2m，导孔钻孔的垂直精度必须控制在1%以内，一旦导孔偏离竖井范围，必须在竖井底部进行扩挖找寻导孔，严重的需废除重钻，将严重影响施工工期。施工中通过挖除孔口软如土层，在竖井中心浇筑直径2.0m的C20混凝土灌注桩，桩基底部与中风化基岩衔接，保证在钻孔时孔口机械的平整及地层的稳定，减少导孔偏移。选择适合的钻机设备，经验丰富的操作人员进行操控，通过测量纠偏等手段，保证导孔的成孔精度，是反井法施工能否成功实施的第一步，也是关键一步。

②φ1400mm反钻扩孔技术：导孔贯通后，安装反挖扩孔钻机，通过导孔自上而下安装钻杆至竖井底部，在底部换装反挖扩孔钻头，通提升拆除钻杆，实现扩孔钻进。反井扩挖工作原理见图2。

③竖井全断面开挖技术：扩孔完成后，拆除LM400型反井钻机，清理现场。浇筑竖井锁口圈，利用安全爬梯完成自井筒地面以下20m范围的掘进、支护工作，竖井洞渣通过中心先导井直接排放到竖井底部，由隧道主洞的机械设备进行出碴。完成20m井身施工后，通过建立提升悬吊系统及作业平台，加强安全防护及提高工作效率。

图2　反井钻机工作原理示意图

④多重安全防护：在竖井全断面开挖后，设置改良型井口安全盘、井下安全平台，导孔井盖等。改良型井口安全盘更有效的防止孔口杂物坠入孔内；下安全平台除了作为中转平台外，更为井下作业人员提供安全绳固定点；竖井导孔口加盖透气型防翻转井盖，既保证井内通风又可有效防止井内人员、杂物掉入导孔内。开挖过程中，通过上述措施为井下作业人员提供多重的安全保护。

4　工法特点

（1）本施工工艺通过改变常规的从竖井口出渣的施工方法，采用反井法，通过竖井导孔，向竖井底部排渣，从隧道主洞出渣，解决了竖井开挖施工中“越深越难，越深越慢”的难题，通过降低了出渣工作强度，提高了出渣的工效，打破了竖井深度对施工的制约。

（2）本施工工艺通过取消孔口出渣工序，从而避免大量的垂直运输工作，很大程度上降低了竖井施工的安全风险。同时在竖井口设置固定式的安全盘，及在井下设可移动式安全作业平台，为井下作业提供多重安全防护，使施工作业更加安全。

（3）本施工工艺通过竖井中心导孔，利用竖井底部与井口的气压差产生的烟囱效应，实现自然通风，解决了竖井内的通风问题，同时还解决竖井内排水问题，无需采用通风、排水设备，节能环保。

（4）本施工工艺总体施工成本低，施工进度快，施工耗能量小，可操作性更强，节约建设工期。

5　效益分析

5.1提高破岩效率

采用钻爆法精心布置炮眼，可将破岩效率提高5～10%，并且有利于实现深孔光面爆破。

5.2提高装岩及运输效率

装岩及运输是普通法施工竖井循环中最繁重的工序，消耗工时多、效率低，通常占整个开挖循环用时的50%以上。采用反井法施工，爆破下来的岩石直接落到下部隧道内，用装载机装车、汽车运输。正是利用导井，很好地解决了岩石的装运问题，大大提高了凿井速度。

5.3节省施工期间通风和排水设备

普通法施工井筒，需安设临时通风排水设备和提吊系统，深度越深，通风和排水难度越大，而反井法施工采用的导孔，利用井底及井口产生的气压差，形成空气流通，有效解决掘进过程中的通风问题。同时井筒的渗水及施工用水可从导井流到井下隧道排查，降低成本，提高掘进速度。

5.4安全风险低

超深竖井反井法施工通过井口及井下两处安全盘（平台）的设置，最大限度的减少了竖井施工过程中物体打击、高处坠落等安全防护及处理，使得竖井施工安全控制在可控范围内。5.5根据测算，采用反井法施工比采用常规正井法开挖施工，仅竖井开挖一项，可节约成本约150万元。

6　结语

牛岩山隧道368.49m送排风竖井开挖于2015年11月完成，施工中未出现安全质量事故，尤其是在反井法施工中使用固定式井口盘结合井下安全盘的双重保护方法，获得业主、监理及同行的一致好评，福建省高指多次组织其他单位到现场学习观摩，并被京台业主推广到福建省同类工程施工中应用，获得了良好的社会效益。

[1]李丰果.节能降耗技术在深大通风竖井施工中的应用.隧道建设，2012（6）.

[2]魏更生.公路特长隧道超深竖井反井法导孔偏斜率控制技术探讨.福建交通技术，2013（5）.

[3]肖礼忠.反井钻机在终南山公路隧道竖井中的应用.筑路机械与施工机械化，2008（5）.

U435

A

2095-2066（2016）31-0181-02

2016-10-5

谢 晓（1981-），男，工程师，本科，主要从事交通土建类的施工工作。