冲击钻钻孔用于长大山岭隧道通风竖井的施工Word文件下载.docx

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施工初期,针对软岩地质,竖井断面尺寸,综合考虑安全,进度及

经济效益等因素对机械大直径成孔用于通风竖井施工进行了总

结与探索,为同类工程提供参考.

1工程概况

贵昆铁路六沾复线三联隧道地处云贵高原,隧道全长

12.214km,存在高瓦斯,玄武质火山灰角砾岩段大变形,煤系地

层软弱带等多种少有的不良地质地段,经过多次由工程院士,大

学教授等专家会现场研讨自治方案,铁道部定为极高风险隧道.

三联隧道分为进口工区及两个斜井工区进行施工,其中1号斜井

工区位于隧道中部,为高瓦斯工区,有轨运输,承担2040m高瓦

斯段正洞,1341m中部平导施工任务;

2号斜井工区承担出口段

5481m正洞,1900m洞内迂回平导,无轨运输,独头通风

4550m（含450m斜井）.

2通风竖井设置

l号斜井工区（w4标

通风竖井选择时考虑的主要因素:

1）隧道施工通风的需求（由何处进风或排风）,隧道埋深,地

表条件等决定竖井位置.

2）通风量的需求决定井孔直径大小,1号斜井工区采用有轨

装运方式,竖井直径受揭煤时最大瓦斯涌出量所需要的通风量控

制,根据施工需求按排放污风设计,经计算后采用直径160CII1;

2号井采用无轨装运方式,按进风通道设计,综合考虑各施工作业

面需风量计算后采用直径180cm.

3）根据竖井位置确定与正洞连接通道方式.

1号斜井工区为高瓦斯隧道工区,对三联隧道高瓦斯工区施

工通风技术进行了详尽论述,但受玄武质火山灰角砾岩段大变

形影响,施工进度迟缓,前期设计通风方式已不能满足通风要求,

为保证隧道高瓦斯段揭煤施工时形成巷道式通风,在DIK306+

640（隧道煤层集中段前）线路左偏170m处设置通风竖井,孔径

为160cm,孔深156m采用竖直排风的方式向外抽排废气,瓦斯

等.

2号斜井独头通风4550m,洞内采取1900nl迂回平导增加

4个工作面,从斜井口长距离通风已不能满足施工要求,在隧道中

部设置通风竖井,孔径180cm,孔深100m,作为进风通道.

两座竖井均用冲击钻机正循环钻孔一次成井,在钻孔过程中

采用泥浆护壁,成井后为防止竖井井壁风化及坍塌,采用钢套筒防

护竖井壁,钢板厚10mm.竖井与正洞（平导）间设置连接通道.

受隧道地形地貌,隧道埋深及地表村庄等条件限制,1号斜井

工区的通风竖井平面位置在选址上不是最优,离隧道的横向距离

过长,竖井设置平面位置见图1.

2号斜井I区（W4标）

阔1通风竖井设置平面示意图

3通风竖井施工方案选择后,决定采取正循环冲击钻机一次成孔,钢套筒防护的方案.

两个竖井穿越地质条件差,均为软岩地质,采取常规的正向3.1施工工艺流程

或反向爆破开挖成孔方式在孔壁支护上不易解决,因此综合对比测量放线一孔15I段埋设钢护筒一施工平台加固处理一钻机

收稿151期:

2011—08-22

作者简介:

任登富（1976一）,男,重庆大学土木工程在职工程硕士研究生,工程师,中铁隧道集团有限公司,河南-/a-l'

~471009

刘石磊（1982一）,男,工程师,中国中铁隧道集团技术中心,河南洛阳471009

20

37

1孝l3任登富等:

中击钻钻孑L用于长大山岭隧道通风竖井的施工?

171?

就位一钻孔一泥浆循环系统施工一石质段围岩钻进（侧倾）一到

位清孔（侧倾）一沉放钢护筒一抽出井内泥浆,碴一钢护筒外层加

固一孔口加固处处理一清理场地.

3.2资源配置

主要资源配置见表1.

表1竖井成孔资源配置表

配置情况

数量资源类型备注

1号井（孔径16ocm,2号井（孔径180cm,

深117m）深100m）

发电机组150kW/台1

变压器（200kVh）/台1

正循环冲击钻机（8t）/台21

泥浆泵/台12

务去疆售11未

简易钢护筒卷板机/台21考虑

备用

二氧化碳保护焊机/台2数量

发电机司机/人2

钻孔操作人员/人44

钢护筒制作人员/人66

电焊工/人44

3.3钻孔

钻孔设备采用正循环冲击钻机,根据孔径要求配置不同钻

头,1号井成孔160cm,选用150cm钻头,外侧帮焊4cm钢筋;

2粤井成孔180cm,选用170cm钻头,外侧帮焊4cm钢筋.两个

孔均采用冲击钻机正循环钻孔,一次成井,冲击钻孔施工工艺已

较为成熟,在此不予赘述.成孔后的主要检查项目见表2.

表2竖井成孔质量检查

项目允许偏差检查方法

孔径不小于180cm采用钢筋焊制的简易钢筋笼q:

-3-+检查

倾斜度钻孔:

小于1%钢筋检孔器吊入钻孔内检测

孔深不小于100rn采用绳子吊重物下放检查

冲击钻孔时的重点注意事项,主要是垂直度的控制,出现倾

斜,立即采取回填片石等方式进行纠偏,2号通风竖井在冲击成孔

过程中共发生两次倾斜,但通过回填片石重新钻孔纠偏,效果较好.

4施工难点,要点及解决措施

4.1钢管护壁施工

4.1.1钢套管安装过程中可能出现的风险及应对措施

1）钢护筒下放过程中被卡.对策:

采用夯击.

2）钢护筒脱落.对策:

一旦脱落,很难再连接,重在预防.a.

所有起吊的连接件及钢丝绳需要检算,并有安全系数;

b.每一节

的护筒连接钢板及焊缝高度及长度需要检算;

c.护筒穿孔承重应

对上部穿孔处进行剪切检算;

d.现场要加强卡控.

4.1.2钢套筒安装前井口加固

1号井在井口采用50cm厚的钢筋混凝土加固;

2号井采用在

井口上两侧各铺设一张厚占=16mm,长4ITI,宽1.5in的钢板,在

钢板上各垫7根长3in的枕木,前50m直接将钢棒放置在枕木

上,后50in,用双I20工字钢并焊成箱梁长6m,横向置于枕木

上,钢棒放置在箱梁上.

钢套管采用壁厚6=10mm的钢板,在宽阔场地用机械集中

卷制加工制作,焊缝全部为双面坡口,每节卷制长度为1,5/n.然

后每3节焊接成一个单位,接头采用对接,双面坡口焊并加2块～

6块的10mm钢板帮焊（根据检算结果,0m～20m帮焊2块,

20m～40m帮焊3块,40ITI～60ITI帮焊4块,60m～801TI帮焊

5块,80m～100m帮焊6块）,考虑通风竖井因垂直度偏差,因此

制作钢套管的内径较钻井成孔径少2cm（1号竖井钢套管内径

140cm,2号井钢套管内径160cm）,制作好后汽车运至施工现场.

4.1.3钢套筒下井安装

根据地形条件选择钢套筒的吊装设备,1号井大型起重机不

能到达现场,采取"

井"

字架,葫芦吊机起吊,2号井采用大型起重

机直接吊装,现场钢套筒接长采用二氧化碳保护焊.

4.1.4钢套筒与井壁空隙加固

钢套简与井壁间的空隙加固主要解决连接通道贯通时护筒

与护壁之间存在漏泥,漏沙,漏水及水压大等安全风险,现场采取

的对策是以土石分界线为界,土石分界线以上部分采取在护筒孔

壁处插管注浆封堵,土石分界线以下部分采取在连接通道与井壁

贯通口加固限排方式（加固方式可以在贯通口处架立拱架并进行

喷混凝土）.

1号井由于地质破碎,钢套筒下完后采用袖阀管在钢套筒与

井壁空隙间注浆加固,通过现场加固效果,竖井钢套筒发生较大

的变形,是否与该加固方法有关,还有待于进一步验证.

2号井地质状况主要是以页岩夹砂岩为主,含有少量的泥岩,

孔壁相对较为稳定,钢套筒下完后,在井壁与护筒间的空隙采用

细石混凝土回填密实.

4.2连接通道施工

4.2.1连接通道断面设置

根据两个井与隧道之间的平面关系,两个竖井与隧道的连接

通道断面方式各有不同.

1号竖井距隧道边线1701TI,竖井与隧道采用小导洞断面（高

2.0nl×

宽1.7m）连接,格栅钢架,短锚杆网喷支护,人工钻爆开

挖,人工出碴;

2号竖井距平导水平距离18ITI,竖井与平导连通段采用净空

尺寸4.5m（宽）×

5.0m（高）,格栅钢架,锚网喷支护,利用台架

钻爆开挖,装载机装碴,汽车运输.

连接通道底部比竖井底部高出2m一3111,主要考虑洞口不能

抽完的余碴存放,保证连接通道与竖井贯通安全.

4.2.2应急避人洞的设置

1号竖井连接通道距离较长,断面小,连接通道开挖剩余5111

时反方向开挖逆坡扩挖5in洞室,作为排水,排泥时的应急场所,

洞内采用两根硬管通向洞外作为避难时进,出气孔.

2号竖井连接通道距离短,断面大,不单独设置避难洞室.

4.2.3钢套筒与井壁问排水,排浆

连接通道开挖距竖井钢套筒5m时,利用6rtl钻杆施作排浆

孔（钻孔后及时插入小钢管）将钢套筒与孔壁间的泥浆与水排除,

如果浆液流量过小或者未流出,则继续施工其余排浆孔,直至浆

液排出没有压力为止.

钢套筒与井壁问排水,排浆完成后,采取弱爆破开挖施工剩

余5m连接通道,尽量减少对钢套筒的影响.

4.3竖井内抽水,排碴

井壁孔隙加固后,对井内的泥碴用水置换,然后采用高扬程

的污水泵从井口抽水,但由于井孔较深,现场抽水后井底的剩余

水量与泥浆过多,不能完全达到目的.

采取的措施:

连接通道开挖支护完成后,现场采取井底打孔

排水,排泥,具体方法为在贯通口处架立拱架并喷混凝土加固（如

有渗水采用PVC管引出）,加固后采用电焊机对钢护筒进行局部

割孔,割孔后人员,设备迅速退至避难洞内,待孔不再渗流浆液

后,逐渐扩大孔径,直至泥浆与水彻底排出.

5施工中存在的问题分析及解决建议

5.1适用范围

第37卷第30期

172?

2011年10月山西建筑

根据施工进度统计,在泥质强风化地层进度4m/d一6m/d,

在软质岩层内孔深在0m～100m平均1.5m/d～2m/d,100m～

120m平均0.5m/d,建议井深在120m范围内较为经济.本案例

1号井采用连接通道70.～80.竖向接应45m,因此大直径机械成

孔竖井深160m内是可行的.

5.2位置的选择

竖井位置的选择十分重要,选择时应重点考虑竖井与隧道的

平面关系,地质状况,地下水文条件,竖井深度等,位置选择直接

影响后续施工,甚至于竖井的成功与否.本文中的两个蛏井在选

择时受地形条件的限制,平面位置在现场均没有其他比选余地.

2号竖井的地质状况,竖井与隧道的平面关系相对较好,整个施工

过程中比较顺利,仅在钻:

fLm~出现两次偏位,但通过回填片石补

钻纠偏即可解决.

1号竖井位置位于两条沟槽汇聚的地方,地下水丰富,存在地

下泉眼,竖井与隧道的平面关系距离较远,整体条件较为不利,施

工中出现很多典型问题,如孔壁坍塌,钢套筒下放安装后井内变

形等.

5.3竖井与连接通道贯通方式

贯通方式分连接通道贯通与竖井贯通两种方式,本案例采用

竖井先行施工至设计标高,连接通道贯通方式,贯通前在连接通

道内设置了临时避难洞,采用此方式贯通,避难洞设置尤其重要,

1号竖井在连接通道内排放水,排泥浆时,曾发生大量的泥浆涌入

通道并堵塞通道事件,但现场作业人员及时按预案撤至避难洞

内,避免了一次较大的安全事故发生,充分体现了避难洞的作用.

通过现场实践,井内的泥浆在贯通前完全抽f不现实,作者

推荐采用连接通道先行施工至井底设计标高,竖井贯通方式,在

连接通道与隧道口处设置封闭阀门对贯通时井内泥浆限量排放,

更有利施工安全.

5.4并孔变形原因初步分析及应对措施

竖井冲击成孔在钢套筒安装后,两座竖井在井深度约1/3处

均不同程度的出现孔内钢套筒鼓包变形的情况,2号竖井变形较

小基本不影响通风面积,1号竖井变形较大直接影响通风效果,以

1号竖井变形情况为例对变形原因作初步分析及提出应对措施.

1号竖井冲击成孔后共发生两次变形.第一次坍塌,主要原

因是对地质环境判断失误,井口向下安装l8m钢套筒后,即对孔

内泥浆进行置换与抽排,受地下泉水影H向,在抽水过程中在井口

下18m处未安装钢套筒部分发生了井壁坍塌,直接堵塞井孑L,后

采取袖阀管注浆加固井孔四周,二次钻孑L（直径130em）.

二次钻孔安装钢套筒护壁后,采用袖阀管对孔壁与钢套筒间

的孔隙进行注浆加固,置换泥浆与抽排后,在井口下47m处钢套

筒发生较大的变形,最大处已侵占钢护筒净空1.0m.

初步变形原因:

1）地质破碎,地下水影响;

2）钢套筒自重大,长细比大,在细长杆原理下部分发生破坏

性变形;

3）钢套筒与护壁问孔隙注浆加固时,压力过大.

应对措施:

1）对于十分软弱地层,在钻孔前采用袖阀管等手段进行加

固;

2）钢套筒在下放安装时不能让其脱落自由下坠;

3）严格控制钢套筒与护壁间孔隙注浆加固压力,达到填充密

实即可.

孔内钢套筒变形后,上部抽浆排水,不能完全抽排的改为连

接通道内进行排放,变形处理方案,从鼓包位置,自上至下,每次

割除高度为50am已鼓包钢护筒,每次割除后立即采用钢护筒焊

接,直至钢护筒鼓包部位处理完毕.

6结论与建议

长大隧道增加大直径竖井除改善隧道内的通风环境外,可在

特定环境下兼作隧道的应急救援通道,有条件时还可通过竖井引

入高压电缆,减少洞内高压线路.

通过三联隧道两座通风竖井的施工案例,对于山岭隧道深孔

大直径通风竖井采用冲击钻机正循环钻孔一次成井,泥浆护壁,

成井后钢套筒防护竖井壁的方案是可行的,从施工周期,经济效

益,施工安全方面优越于其他施工方法.但对于1号竖井变形的

原因分析较为粗略,其变形原因还有待于进一步探索.

坚井施工过程中,测量定位须准确,软岩地质钢套筒全孔护

罐,安全措施提前检算,工艺卡控到位,每一个细节都可能影响竖

井施工成败.

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Onapplicationofimpactdrillinginventilation

shaftconstructionoflongandlargemountaintunnels

RENDeng—fuLIUShi-?

lei

Abstract:

Combiningwiththeconstructionprocessofadoptingtheimpactdrillingandsteelwallproteetiononthesoftrockgeologyinthetwo

largediameterdeepholeventilationshaftofLiuzhandouble—trackSanliantunnelalongGuizhou—Kunmingrailway,

thepapersumsuptheshaft

constructionfromtheallocationoftheventilationshaft,theselectionoftheconstructionschemes,

thedifficultiesandmainpointsoftheconstlalC—

tion,andthesolutionmeasures,soastoprovidethedirectionforsimilarprojects.

Keywords:

impactdrilling,longandlargemountaintunnels,ventilationshaft