地铁隧道大断面风井开挖施工技术

张勇 谷志民 陆奕廷 王海亮 吕方平

1.青岛第一市政工程有限公司 山东 青岛 266000 2.山东科技大学 山东 青岛 266590

0 引言

在地铁隧道工程中，风井作为送气通道口，在暗挖主体隧道尚未开通前还可作为施工通道，其高效开挖是工程建设中的一项关键技术。其中，大断面条件下的风井开挖具有分区开挖效率低，爆破钻孔时间长，单循环出渣量大等特点。如何克服大断面风井施工难点，充分发挥大断面作业空间的优势，是当前大断面风井开挖施工中值得探讨的一类问题。

1 工程概况

青岛地铁8号线观科区间1号风井设置于观涛站与科技馆站中间位置，中心里程桩号为右CK35+055.813，位于右线北侧，矩形断面。风井净空尺寸为20.8×9m，深为43.3m。风井北侧距离耕海璐100m，西南侧30处有一高架电力线路杆，东侧距离一农家乐房屋仅有50m。

风井所处地形平坦，厂区内基岩至地表，钻孔揭露风井范围内岩层单一，为微风化流纹岩：斑状结构，流纹构造，节理、裂隙局部发育。根据岩石试验结果，单轴抗压强度为30.3～140.9Mpa，统计标准值为64.4Mpa，属于较坚硬～坚硬岩，岩石完整程度为较完整～完整。

2 施工方法及流程

风井采用倒挂井壁施工方法，锚喷支护，全井单行爆破开挖，分段支护出渣。

风井施工工艺流程：

①平整场地，锁口圈梁石方开挖，圈梁钢筋绑扎，混凝土浇筑。②龙门架安装。③打眼、装药、爆破碎石。④出渣。⑤打设锚杆，挂网喷混。⑥反复施工至设计标高，地基承载力试验合格，完成风井开挖。

3 施工要点及优化措施

3.1 施工要点

1）本工程开挖断面积187.2m2，单循环出渣量大，出渣时间长，严重制约开挖施工效率。

2）施工区附近存在道路，工、商业及一般民用建筑物，钻爆施工应着重控制爆破有害效应（爆破振动及飞散物）对周边环境的影响。

3.2 施工优化措施

1）为提高出渣效率同时控制爆破飞散物的抛掷方向，于风井西侧布置掏槽区，采用单向斜眼掏槽，最大程度将掏槽区的碎石抛掷而出，减少机械扒渣时间。同时随着掘进深度的提高，同侧井壁对侧崩而来的碎石有抵挡作用，达到控制碎石抛掷方向、集中碎石、快速装渣的目的。

2）锁口圈梁段开挖深度较浅，掏槽侧井壁对爆破飞散物的控制有限，锁口圈梁段开挖循环进尺取1m，待开挖深度达到5m时，将开挖循环进尺提高到1.5m。

3）充分利用大断面作业空间的优势，提高施工机械化程度，完善和优化出渣和辅助施工设备，充分发挥机械化的综合效能。

4 钻爆施工

4.1 施工关键

掏槽区石方的抛掷而出及同侧井壁的抵挡。本工程在控制爆破振动的同时，起爆后将掏槽区碎石一次抛掷而出，利用同侧井壁的抵挡反弹作用，使抛掷而出的碎石最大程度堆积到掏槽区之外，避免机械二次扒渣，减少出渣时间。

4.2 施工方案

该工程利用2台潜孔钻机同时打孔，炮孔直径42mm。布置顺序：首先于风井西侧布置6排单向斜眼掏槽孔，掏槽孔与开挖工作面之间的夹角控制在75°～80°之间；其次布置周边孔，外展角3°～5°，光爆层厚度为0.6m；最后按设计均匀布置辅助孔。1m和1.5m循环进尺的炮孔布置参数见下表1。

炸药选用防水效果好的Φ32mm乳化炸药。采用孔内外相结合的非电毫秒延时爆破网络，孔内使用最大段别为MS13，施工控制振速为1cm/s

表1 炮孔布置参数

5 出渣

风井开挖施工中，出渣占整个循环作业的50%左右，合理配置出渣机械，能充分发挥机械化优势，提高出渣效率。本工程以满足提升要求为基准，于风井口正上方配置一台16t龙门吊作为垂直提升系统，悬挂6m3料斗，同时布置一台柳工908D型挖掘机作为扒、装渣机械。龙门吊轨道覆盖井口，临时存渣区及风井西侧4m区域，渣石由挖掘机装入料斗，由龙门吊提至与临时存渣区，其后利用运渣车运至集中安置点。

6 辅助配套设备

风井开挖过程中，各工序交叉进行，辅助配套设施能紧密衔接各工序，保证施工如序进行。为最大程度减少各工序衔接时间，同时充分发挥大断面作业空间的优势，于井口按下图2配置施工辅助设施。

图1 井口辅助设施布置简图

7 总结

本工程通过于掏槽区布置单向斜眼掏槽，及时优化循环进尺等方式达到了定向侧崩、快速集中处理渣石，提高出渣效率的目的，克服了单循环出渣量大，爆破飞石不易控制的缺点；同时通过合理配置钻孔，出渣等大型机械，完善运料、通风、通电、行人施工辅助设施，充分发挥了大断面作业空间的优势。通过上述优化方案，既保证了工程质量又达到了缩短工期的效果。