隧道及地下工程竖井技术研究

隧道及地下工程竖井技术研究

王涛

重庆高速公路集团有限公司南方营运分公司 重庆 401346

摘要：相较于现有竖井混凝土内支撑现浇工艺，构件采用预制厂集中生产的形式，后通过运输设备运输至现场直接吊装，施工效率提升显著；同时采用预制生产安装工艺，直接减少了大量的混凝土湿作业，直接带来的好处就是减少对环境的污染以及施工成本的减少。总体而言此技术很好地解决了目前竖井开挖施工工期长的问题，达到了节约工期、绿色施工的目标，在国内外同类研究成果中处于领先地位。

关键词：隧道及地下工程；竖井技术

1竖井装配式内支撑施工技术

内支撑材料多采用钢管和混凝土，钢管支撑具有安装拆除便捷、施工效率高和重复多次利用等优势，但是也具有刚度较小、支撑间距小、对架设时间要求严格和施工空间不足等缺陷。混凝土支撑能有效地弥补钢管支撑的不足，因此常用于施工条件较差或者对基坑变形要求较为严格的工程中，相关部门甚至规定，深基坑开挖的第一道支撑必须是混凝土支撑。但混凝土支撑也存在一定的施工难点，那就是必须现场浇筑。现场浇筑延缓了施工进度，且拆除困难，易造成材料的浪费，而现有的拆除技术研究难以从根本上解决上述难题。为了弥补混凝土支撑存在的缺陷，有学者开始研究一些新型的支撑结构，如拼装式混凝土内支撑和格构式型钢内支撑等。装配式支护体系施工不需要进行锚喷、焊接、浇筑混凝土，只需进行冷作业，采取拼装的形式，所有部件都由工厂直接生产，具有全装配化建造、施工速度快、工艺工序简捷、现场人员少、绿色环保等技术特点。为确保装配式隧道、竖井施工运营安全，基于实时监测预警技术，建立实时、智能、全程、高效的精细化监控系统平台，有效地保证竖井的施工质量。所以这种新技术缩短了支护时间，更利于质量控制，保证了开挖面良好的施工环境，提尚了围岩的支护效率。国地下工程建设方兴未艾，钢结构和装配式结构均得到国家大力提倡，且装配式波纹钢结构具有质量稳定、施工方便、适应性强等优点，对于推广新技术、新结构、新产品的应用，促进新时期地下工程建设的健康可持续发展具有重大现实意义，符合“绿色、循环、低碳”的工程建设要求，具有广阔的应用前景。由于施工场地有限，考虑到施工利用面积和施工的便捷性及支护结构的安全性，装配式竖井支护结构的应用形式主要为圆形及腰圆形：1）装配式竖井支护结构圆形支护形式可运用于应急抢险工作井、水利、热力及电力管道等修复工作。圆形支护结构可设计为同尺寸的构件，在施工中更容易拼装施工，对于需要迅速开挖支护修建的检修井有更好的时效性，更利于应急抢险工作的进行，保证人们生产生活的正常进行。2）装配式竖井支护结构腰圆形支护形式可适用于盾构刀盘检修井的施工，该类型竖井支护结构可以在更小的施工范围内达到更好的应用效果，满足刀盘检修井支护安全及盾构刀盘顺利检修等工作。随着城市化进程的加快，地下工程的建设也越来越多，而修建地下工程就需要修建竖井来满足地下开挖、管道修复、地铁刀盘检修等工程活动。随着社会的进步，施工的时效性要求越来越高，传统的施工方式已不能满足大部分施工要求，现场浇筑施工己慢慢向工厂批量预制构件生产转变，预制构件工厂便应运而生，促进了一个行业的形成，增加了就业机会。在自动化技术发达的今天，预制构件的尺寸能得到很好的控制，且其合格程度也越来越高，因此保证了现场施工的安全性要求。

2竖井反井式非爆破开挖施工技术

2.1主要研究内容

（1）主要是改变了传统自上而下全断面开挖、孔口出渣的施工方式，采用旋挖钻机钻孔形成的贯通式漏渣孔进行开挖渣土的运输以及洞内通风。贯通式漏渣孔自竖井开挖面垂直与已完成开挖的横通道连通，开挖渣土经竖井开挖面洞口直接输送至横通道底部，后采用挖掘机配合渣土车出渣。非出渣阶段基于竖井底部与井口的气压差产生的烟囱效应，可实现自然通风。（2）竖井开挖采用非爆破式开挖工艺，遇硬质岩层结构时，采用网格式分块切割破碎法，施工前将竖井开挖表面整平，后采用岩石切割机将开挖面按要求进行分块切割，切割深度为0.3m，分块完成后再采用炮锤式挖机逐块破碎，破碎块最大直径不得大于漏渣孔的1/3直径，破碎块直接通过漏渣孔运输清理。分块大小根据切割效率与机械破碎效率经计算优化得出最佳分块尺寸，竖井开挖所需时间最短。

2.2技术创新性分析

（1）该技术适用于断面面积大于30m2、深度不低于20m、地层结构为较硬岩且下部有出渣通道的城市竖井开挖。针对硬质岩层采用网格式分块切割破碎法，通过实际切割效率与机械破碎效率比对不同分块大小的总耗时，得出最佳分块尺寸，有效地缩短了竖井破碎开挖的时间。（2）主要漏渣孔施工期间收集漏渣孔渣料和钻进时的钻压、钻速及斜率等数据判断相应位置的地质情况，综合分析围岩状况和漏渣孔钻进的各项参数，为下一步的竖井开挖设备选择和开挖作业提出指导意见和措施。

3隧道及地下工程竖井技术控制措施

3.1编制完善的专项施工方案

竖井施工，除明确施工方法之外，还要编制科学合理的专项施工方案，保证施工过程的安全性和质量。根据开挖、护筒安装、衬砌等具体内容，研究相关的标准和规范，编制切实可行的方案。编制专项施工方案时，必须明确技术操作流程和要点以及质量管理办法。结合竖井施工的主要模块进行分析，讨论可能发生的技术、安全重难点问题。提前提出应对措施。方案编制完成，除应进行正常的审批流程外，还应及时组织专家论证，按照论证意见，再次修改完善专项方案，履行报批程序。实施前，还需要认真落实“三级技术交底”制度，将专项施工方案的主要内容传递给各级管理人员和现场直接作业人员，便于规范化开展作业。

3.2强化施工过程控制

第一，做好主要要素的控制。对竖井使用的原材料、扣件进行严格的质量检验、检测、分析，将不合格材料阻拦在场外。除此之外，还要做好材料、成品、半成品的保护和管理工作。根据材料的特点，采取防潮防雨措施，全面防范各类因素的不良影响，保证材料的质量。当材料进场时，根据材料的指标，采用相应的检测方法，进行质量检测分析，把关材料的质量。在机械设备方面，也要做好相应的管控，建立进出场登记、报验制度，实现对设备运行全过程的控制，全面提高管理水平，防范安全事故的发生。第二，确定注浆顺序。1）对竖井井口到井深16.5m位置处的井壁打眼注浆，以此来达到封堵井壁淋水及地表水的目的。注浆材料为双浆液，即水泥加水玻璃，前者为32.5#普硅水泥，后者的浓度为30。按照上行式，先对井筒段0～3m的位置处注浆，将顺着井壁向下流的水堵住，随后对井颈与井筒接茬部位注浆，这是比较容易出现漏水的部位，通过对该部位注浆能够分散漏水点。2）沿着井壁按照三角形布设注浆孔，间距控制在1.5m，孔深控制在0.5m，以穿透井壁为准。将注浆机、浆液搅拌桶安装在井口，注浆管的一端打入孔内，孔口周围用胶泥封闭。以清水测试注浆压力，看管路是否全部连接好，确认无任何问题后，便可开启注浆泵注浆，当注浆孔不再吸浆时，便可停注。第三，做好现场的旁站监督。竖井施工作业期间涉及很多隐蔽工程，为了实现质量管控目标，必须加强现场监督管理。组织专业的技术人员对现场施工进行旁站监督，督促施工人员按照相关技术标准和规范操作，并且做好现场的施工检测与检查，强化过程管控。

4结束语

在过去的五六十年里，不仅在瑞士，而且在全世界范围内，隧道及地下工程发生了巨大的变化。这些变化源自于需求和技术经济可行性之间的持续相互作用和相互影响。文章通过对传统竖井施工现浇工艺的革新，结合现阶段国家大力推行的装配式施工技术，实现竖井混凝土内支撑预制装配化施工。

参考文献

[1]秦建明.暗挖车站关键施工技术研究及应用[J].山西建筑,2021,47(6):94-96.

[2]翁承显,黄林,史宁强,等.基于敏感性分析的地铁车站矩形深通风竖井支护参数优化[J].公路交通技术,2020,36(5):121-127.