青岛海底隧道三号风井竖井工程施工设计方案.docx

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青岛海底隧道三号风井竖井工程施工设计方案

胶州湾隧道工程

第三施工合同段三号风井施工组织设计

 

 

中铁十八局集团胶州湾

隧道工程第三施工合同段项目部

二〇〇八年三月十日

 

 

青岛胶州湾隧道

第三施工合同段三号风井施工方案

1工程概况

胶州湾隧道工程3号风井位于薛家岛端海边左线隧道侧,风井中心里程ZK7+417,竖井中间设风道隔离板将送、排风流隔离。

风井处设四座地下风机房,分别负责左、右线隧道送、排风,风机房和风井以及主隧道之间通过联络风道连接。

同时设置检修通道、逃生通道和运输通道与主隧道之间连通。

三号风井井筒设计净深53.4m。

竖井断面型式为净直径10m的圆形。

初期支护结构为局部设置Φ25mm(L=3.0m)中空防腐锚杆、铺设直径Φ8mm(间距200×200mm)钢筋网,喷射厚度为150mm的C35、S8合成纤维混凝土,采用湿喷工艺。

防水层为600g/m2无纺布+2mm厚ECB防水卷材。

二次衬砌结构:

竖井井壁厚度500mm,中间隔墙厚度250mm,混凝土均为C50、S12防水钢筋混凝土。

2地质水文特征

薛家岛端3号风井场地位于后岔湾村北端海边碎石人工采掘形成的空地上,占地大约2280m2,本段地貌属于丘陵坡地,地形起伏较大,陡坎高10~35m。

竖井开挖穿过的地层从标高-1.63~-7.43m段为⑦2W1微风化破碎岩,其它地层均为⑦9W1微风化花岗岩。

风道和设备用房基本处于⑦4微风化辉绿岩和⑦9微风化花岗岩地层,岩质较硬。

基岩主要为花岗岩,部分地段分布有辉绿岩、安山玢岩、花岗斑岩、石英正长岩等。

本段地层未发现明显断裂破碎带,基岩节理裂隙大部不甚发育,仅局部有宽度小于2m的裂隙密集带,且贯穿性较好的节理裂隙以高角度为主,少数裂隙倾角较缓。

岩体多呈大块状~块状砌体结构,围岩稳定,基本为Ⅱ~Ⅲ级。

基岩渗透性微弱,地下水贫乏。

3施工准备工作

3.1前期准备工作

1场地平整

从后岔湾村有一条乡村公路通往风井所在场地,可以满足各种设备和车辆运输。

根据井口永久锁口标高+7.108m进行场地平整,井口周围20m范围逐渐比井口低0.5m,以便井筒排出的水和雨季积水通过临时排水沟顺利排到深沉池。

其它地方按照临建的具体情况平整场地。

2供电系统

距风井约200m处有10KV电源,由于风井施工所用的设备电压等级均为380V以下,经估算,风井施工用电负荷约520KW,因此,在风井附近安装1台S9-630/10-0.4型(630KVA)变压器,将10KV电压变为380V,供给风井施工各低压设备使用。

施工单位安装1台BV-300型(300KW)柴油发电机组作为备用电源。

3供水

在风井南部300m左右的山腰上有一个水塘,铺设管路到竖井口和生活区,可供生产和生活用水。

4地面排水

在风井附近建沉淀池,施工期间地面排水经修建的临时排水沟流入沉淀池,经过滤后流入海里。

5临建设施

根据建设单位划定的风井施工占地范围、面积布置临建设施,具体布置及占地情况见风井平面布置图和施工临时设施面积表。

  风井施工临建面积表

序号

项目名称

建筑面积(m2)

1

施工便道

300

2

值班值

20

3

配电室

20

4

空压机房

60

5

供水站

30

6

工具室

60

7

机修房

120

8

材料库

120

9

机械队宿舍

150

10

掘进队宿舍

200

11

车库

160

12

食堂

80

13

浴室

45

14

厕所

30

15

沉淀池

20

6通讯

采用移动电话与项目部及外界联系。

7测量

由测量班用主洞附近设计控制导线点引点至竖井附近,做为竖井测量基点,然后测设风井井筒十字桩和建立测量资料,正确使用和保护近井测量基点和井筒十字桩。

(1)测量原则及要求

①配备能胜任施工测量的技术人员和测量仪器,按照测量规程完成施工前测量准备、井筒及相关硐室施工的各项测量工作。

②按测量规程有关规定进行一切必要的施测和计算工作,按要求将施测采用的方法、精度和测量资料报监理工程师审批。

③在施测过程中,外业观测工作本身必须有校核,或者进行两次。

对起算数据、外业记录和计算成果均须经过严格的检查或对算。

重要测量工作必须独立地进行两次或两次以上的观测和计算。

工程结束后,要编写技术总结,并做好资料整理归档工作。

④为了保证测绘成果的质量,对测绘仪器和工具应加强管理,精心使用,定期检验、校正和维修。

在进行测量工作前,对所使用的仪器和工具亦必须检验和校正。

(2)井口十字中心线测设

①根据近井点资料和井筒中心设计坐标,先标定井中位置,使用全站仪按地面一级导线精度要求测定。

②十字中心线的测设及十字基桩的埋设按设计要求进行。

施工用临时十字中心线,应满足建井期间的施工需要,基点类型、数量、设置方式可根据现场情况确定。

③井筒中心及十字中心线设定后,应以2"仪器检查测量,两条十字中心线垂直度允许误差为±10"。

④十字中心线基点作为水准基点使用,按四等水准测量精度要求,将建设单位提供的已知水准基点高程测至十字中心线基点上,作为永久高程控制点。

⑤绘制十字中心线位置图,图上注明点的高程、间距、设计与实际的坐标及主中心线坐标方位角。

绘出十字中心线点附近的永久建筑物,对标定和检查测量情况作出简要说明。

(3)井筒掘砌测量

①井筒施工给定方向采用垂线法,井筒中心位置偏差不得超过5mm,否则应进行更正。

②中心垂线采用2mm的碳素弹簧细钢丝线,由于风井深度仅为53.4m,垂球重量不小于15kg。

③风井井筒永久锁口施工后,应将十字线方向引至锁口混凝土面,并做永久固定;井口水准基点也应标定在锁口上。

④井筒底部与风道连接处开口位置方向,可采用悬挂边垂线法,悬挂垂线点位置应在月牙形锁口盘上按设计方向标出。

⑤井筒掘进过程中,要定期检查中线,特别是在风井井筒二次衬砌前,必须校对一次,并及时测量井底标高。

⑥当井筒掘至风道底上方2m时,应精确测量井深,并设置高程点以控制井筒和风道高程。

导入高程应按联系测量精度要求进行。

⑦井筒底部与风道连接处掘进方向,可根据井筒内悬挂的两条边线以摆动取中投点方法定点在其上方初期支护井壁上。

⑧井筒掘砌完毕后,应测量全井筒的井壁竖直程度,根据测量资料绘制井壁竖直程度图和井筒断面图。

(4)测量资料及测量图

①原始记录和计算资料要完整齐全、归档管理。

严格遵照测量规程要求,坚持独立复测、复算的双复制度,严禁一人兼作观测、记录、计算作业,确保按设计要求正确标定和及时准确实测各类工程的几何关系,认真编绘各类工程的成图和成果资料。

工程竣工后,在测量规程规定的基础上,按建设单位和监理单位的要求整理测量资料,与胶州湾隧道工程第三施工合同段测量资料一起进行竣工资料移交工作。

3.2主要施工设备选型

1凿井提升系统

①提升容器选择

三号风井井筒掘进岩石实方量为5435.6m3,爆破后松散石碴量为5435.6×1.6=8697m3,按工期1.5个月,日提升时间12h,要求提升能力最小为:

8697/(1.5×30×12)=16.1m3/h

采用单钩自制斗提升方式,一次提升循环时间为:

T=T1+2T2+2T3+2T4

式中:

T1——使用自制斗用挖掘机装岩时间,取3min;

T2——提升时间,经计算为6min;

T3——平移及倒碴时间,取3min;

T4——摘挂钩时间,取2min。

T=3+2×6+2×3+2×2=25min

实际提升能力为:

8×60/25=19.2m3/h>16.1m3/h。

因此,提升斗容积确定为8m3,形状和排碴车斗类似,规格为长2.8m×宽2.2m×高1.5m,倒碴口倾斜,装满系数为90%,可以满足提升要求。

提升斗用δ8mm的钢板制作,筋板用[10槽钢,焊4个吊耳两个钢丝绳套提升,绳套钢丝绳要进行安全系数验算。

②提升机选择

由于风井井筒浅,为了降低经济投入,提升采用32吨电动龙门吊单钩提升,上下提升速度12m/min,前后平移速度10m/min,天车行走速度5m/min,龙门吊高度9m,跨度15m,井下提升高度51m,地面提升高度9m,总提升高度60m。

龙门吊主要技术参数见表。

   风井施工提升龙门吊主要技术参数表

序号

项目名称

单 位

数 量

备 注

1

起重能力

52

2

架设跨度

15

3

净 高

9

4

上下提升速度

m/min

1.5~15

5

整体平移速度

m/min

1~10

6

整机移位速度

m/min

7

电机功率

kw

132

8

提升高度

井上

51

井下

9

天车钢丝绳规格

mm

10

为了辅助提升压风管、排水管、溜灰管等管路,井口还需准备2台JD-11.4型调度小绞车。

2装碴与运碴设备

井下装碴选用1台PC-60型履带式小松挖掘机,直接将爆破后的松散碴石装入提升斗内,钢丝绳套挂钩,用龙门吊提升到井口,再平移到井口旁砌墙后的集碴处,落地翻碴,碴石落地后用铲车装入汽车运输到建设单位指定弃碴场。

场地北边填方利用风井前期碴石回填,达到场地平整。

3封口盘

由于风井井筒岩石较硬、井筒又浅,施工中不设吊盘。

封口盘只设月牙形盘,覆盖井口将近一半,采用钢木混合结构,在永久锁口上预留梁窝,主梁和副梁用I40工字钢,主梁2根,间隔0.6m,副梁3根,安装在梁窝内,保证梁面与永久锁口同一标高。

盘面可用δ50mm木板铺设,井口周围和月牙盘在井中边缘,均用直径20mm螺纹钢筋焊成高度1.2m围栏,材料、设备、人员进出口处留出栅栏门。

封口盘平面图如下:

4凿岩设备

采用YT-28型风钻、规格为Φ18×3300mm钻杆、Φ42mm一字形钻头打3.0m深度的炮眼。

打眼时两人一台风钻、一架高度3.0m的三角形梯子,配合打眼。

5混凝土搅拌及运输系统

风井井口不设混凝土搅拌站,在距风井约1.5km处左线主隧道出口已建了一个混凝土集中搅拌站,喷射混凝土和现浇混凝土材料按监理单位批准的配合比进行拌制,用混凝土运输车运到风井井口,即可使用。

6凿井辅助系统

①排水

凿井期间,井筒预计涌水量很小,为了以防万一,准备1台电动污水泵(电动机功率30KW,电压380V,排水能力为30m3/h,扬程70m),采用一级排水,排水管路采用一趟Φ57mm硬质塑料管,用直径φ15.5mm钢丝绳悬吊,靠井壁锁在月牙盘副梁上。

②压风和井下供水

风井井筒施工期间,安装3台4L-22/7型电动螺杆式压风机,其中两台使用一台备用,供风能力40m3/min。

供给凿井时15~18台风钻打眼或初期支护时喷射混凝土。

地面从压风机房采用一趟Φ219×8mm钢管供风到井口,在井口附近设油水分离器(风包)。

为了减轻重量,在井筒内可各通过一趟Φ159mm的PVC管向井下供压风。

在井口用一趟Φ57mm硬质塑料管向井下供水,为保证向工作面稳压供水,在管路底部安设减压阀。

压风管、供水管在井深15m内可直接下放井下,井深超过15m后,可分别采用钢丝绳悬挂并锁在月牙盘钢梁上。

③通风

由于风井深度只53.4m,在地面不影响龙门吊运行和翻碴,安装1台4-58-11-NO.11.250Ⅱ型凿井专用风机,采用一趟Φ1000mm的强力胶质风筒,用两根钢丝绳和风筒卡井壁固定,向井下压入式通风。

7安全梯

为防止在井筒施工中突然停电或发生其它事故中断提升时,能够及时撤出井下工作人员,井筒内悬吊一个立井掘进安全梯,安全梯可用50×50角铁和扁铁制作,每5.0m一节,井壁固定。

8动力、照明及通讯

①动力、照明

井筒内布置一趟U3×35+1×10动力电缆(需要用泵排水时下井),作为施工动力。

井内照明为了保证工作面有足够的照明度,采用南京煤研所研制的DS-ZJD250型立井专用照明灯,可用三盏,均悬吊在月牙盘主、副梁上。

井口采用白炽灯照明,工作面每班可配2盏矿灯供突然停电或装药时使用。

②通讯信号

风井施工期间,井筒内可用对讲机进行井上下联系。

主要施工机械设备见下表。

   风井井筒施工主要机电设备选择表

序号

设备名称

型 号

功率

单位

数量

用  途

1

龙门吊

32T

110KW

1

提碴

2

通风机

4-58-11-NO.11.250Ⅱ

55KW

1

竖井专用通风机

3

装载机

ZLC-50

1

地面装碴

4

自卸车

8T

4

运碴

5

污水泵

30KW

1

井底排水

6

挖掘机

PC-60小松

1

井底工作面装碴

7

压风机

L-22/7

135KW

3

1台备用,2台工作

8

湿喷机

TK-500

17.5KW

2

喷射混凝土

9

全站仪

宾德RS-322-M

1

10

水准仪

DSZ-3

1

11

内燃发电机

BV-300

300KW

1

备用电源

12

变压器

S9-630/10-0.4

630KVA

1

13

钢筋弯曲机

GW-400

14

钢筋切断机

GQ-400

3.3施工设备、设施的安装

1龙门吊安装

按照风井永久锁口标高,除锁口部位之外,其它地方铺设C20混凝土300mm厚,养护凝固3天后,可按龙门吊安装说明书测量放线,标出吊架整体行走轨道中心线,铺轨校正和固定,1周后方可组装龙门架。

2临时变电站安装

首先进行变电所设备基础找平,通过吊车直接吊起整体变电箱体,放至变电站基础上并找平、找正、固定,然后进行临时变电箱进线、接地系统、照明、监控系统的安装。

安装完成后,进行变电箱使用前的各项试验,将变电箱送电投入运行。

3压风机安装

压风机安装的主要内容有:

压风机、冷却水泵、配电柜、冷却水管、压风管路等。

①基础验收及研磨

做好设备安装前基础验收工作,根据设计图纸,对照设备基础进行检查验收,然后对基础进行研磨、布置垫铁,垫铁在基础上必须垫稳,垫铁与基础面的接触面积应不少于60%。

②安装

根据压风机安装工艺特点,安装顺序如下:

测量放线→基础验收→基础研磨、布置垫铁→压风机吊装就位→压风机找平→二次灌浆→水泵安装→冷却水管敷设→压风管敷设→管路防腐→配电安装→调试→试运转→使用。

4月牙盘安装

为满足月牙盘安装防止放炮崩坏,应先掘进和初期支护风井井筒20m,保证月牙盘的使用安全,其施工安装顺序为:

①掘进风井井筒2.0m,按设计图纸施工井筒永久锁口2.0m,并预留出月牙盘主、副梁的梁窝。

预留出井筒四周焊安全围栏的钢筋头。

②继续掘进井筒和初期支护8m左右,将井筒四周焊好高度1.2m安全围栏,留出进出口门。

③继续掘进井筒和初期支护10m。

④安装月牙盘,并在月牙盘上补焊安全围栏。

⑤将井筒中线测设到月牙盘上,并进行固定,定期检查。

4风井施工方案

1、井筒掘进和初期支护采用短段单行作业方式,全井深度53.4m一个段高,一次掘喷到底。

2、采用钻爆法掘进,中深孔全断面一次爆破。

井底采用挖掘机直接装碴,自制提升斗提碴。

3、二次衬砌采用组合式钢模板,从井底长段连续套筑井壁到井口。

5风井施工方法和工艺

5.1永久锁口施工

风井永久锁口标高+7.108m,锁口净直径φ11.0m,为圆周台阶形,钢筋混凝土结构,全高2.0m。

上台阶壁厚1500mm,下台阶壁厚900mm,两个台阶高度均为1.0m。

由于风井征地范围内多个地点一开始要搞临建,因此施工初期采用小爆破掘进,打眼深度为1.2~1.5m,要注意控制上部台阶的炮眼深度,装好炸药后,全断面一次爆破,使用小松挖掘机直接出碴,碴石填入井口北边的低洼处。

清底后再钻爆一个循环,将松散碴石出到永久锁口设计深度,并找平井底。

按设计图纸要求绑扎好钢筋,要预留出梁窝位置和井口焊接安全围栏的钢筋头。

衬砌模板采用δ6mm铁皮和[14槽钢弯成直径φ11.0m的井圈组合点焊而成,槽钢井圈3道,中间用[14槽钢连接,井中用方木支撑牢靠,或用短钢筋将模板和绑扎好的钢筋焊接固定。

操平找正模板后,可以浇注混凝土。

5.2井身掘进和初期支护

1、井身掘进

(1)钻爆设计与施工

①打眼机具和爆破器材

风井井筒掘进采用YT-28型手持式风钻、规格为直径φ18mm和长度3.3m的中空六角钢钻杆、直径φ42mm一字形钻头打眼,采用中深孔光面光底爆破,炮孔深度3.0m,炮孔直径φ45mm。

炸药为QD-2型岩石抗水乳化炸药,药卷规格为Φ32×300mm×300g,药卷密度0.95~1.30g/cm3,殉爆距离≥3cm,猛度≥12cm,爆速≥3200m/s,爆力≥260ml/10g。

为了满足中深孔爆破的起爆需要,用段别分别为1、3、4、5、6、7、8、9、10段高精度毫秒延期电雷管,由于井筒断面大,满足连线要求,减小雷管电阻,电雷管脚线为定制5.0m长铜脚线。

每发电雷管全电阻8.3~9.3Ω。

放炮电缆选用两根U3×16+1×10型橡套电缆,四芯并作一芯使用。

井底放炮基线采用8号铁线,弯成两个不闭合的大小不一的圆圈,电雷管的两根脚线分别连接在放炮基线上。

放炮电缆靠近井壁附在钢丝绳上锁在月牙盘上。

起爆电源使用380V交流电井上放炮。

②爆破参数设计

风井井筒穿过的岩层只有井深-8.738~-14.538m段计5.8m为⑦2W1微风化破碎岩,仅占10.7%,其余48.4m地层均为⑦9W1微风化花岗岩,占89.3%,微风化花岗岩的岩石硬度系数f=6~9,属于较硬岩层,据此编制了一套爆破图表,施工中岩层硬度发生变化时按照实际情况进行调整,以达到最优爆破效果。

炮眼深度:

根据风钻的技术特征,并考虑尽量减少钻爆循环次数,加快掘进速度,确定炮眼深度3.0m。

炮眼布置:

采用双阶筒形直眼掏槽法,根据以往钻爆施工经验及计算,钻爆参数布置如下:

一阶掏槽眼:

圈径0.8m,炮眼间距502mm,眼数5个,每眼装药6卷。

二阶掏槽眼:

圈径1.8m,抵抗500mm,炮眼间距628mm,眼数9个,每眼装药6卷。

第一圈辅助眼:

圈径3.2m,抵抗700mm,炮眼间距717mm,眼数14个,每眼装药5卷;第二圈辅助眼:

圈径4.6m,抵抗700mm,炮眼间距722mm,眼数20个,每眼装药5卷;第三圈辅助眼:

圈径6.0m,抵抗700mm,炮眼间距724mm,眼数26个,每眼装药5卷;第四圈辅助眼:

圈径7.4m,抵抗700mm,炮眼间距726mm,眼数32个,每眼装药5卷;第五圈辅助眼:

圈径8.8m,抵抗700mm,炮眼间距690mm,眼数40个,每眼装药4卷;第六圈辅助眼:

圈径10.2m,抵抗700mm,炮眼间距640mm,眼数50个,每眼装药4卷。

周边眼:

圈径11.2m,抵抗500mm,炮眼间距502mm,眼数70个,每眼装药3卷。

全断面共布置炮眼数266个,共装岩石乳化炸药361.2kg,按炮眼利用率90%计算,每循环进尺2.7m,单位耗药量1.33kg/m3。

风井掘进炮眼布置见下图:

   风井井筒施工钻爆参数设计表

序号

炮眼名称

圈径

(m)

眼深

(m)

眼数

(个)

眼距

(mm)

抵抗

(mm)

装药

长度

(m)

堵塞

长度

(m)

每眼

装药

(卷)

每圈

装药

(kg)

雷管

段号

起爆

顺序

联线

方式

1

一阶掏槽

0.8

3.0

5

502

1.8

1.2

6

9.0

1

2

二阶掏槽

1.8

3.0

9

628

500

1.8

1.2

6

16.2

2

3

一圈辅助

3.2

3.0

14

717

700

1.5

1.5

5

21.0

3

4

二圈辅助

4.6

3.0

20

722

700

1.5

1.5

5

30.0

4

5

三圈辅助

6.0

3.0

26

724

700

1.5

1.5

5

39.0

5

6

四圈辅助

7.4

3.0

32

726

700

1.5

1.5

5

48.0

6

7

五圈辅助

8.8

3.0

40

690

700

1.2

1.8

5

60.0

7

8

六圈辅助

10.2

3.0

50

640

700

1.2

1.8

5

75.0

8

9

周边眼

11.2

3.0

70

502

500

0.9

2.1

3

63.0

9

小 计

798

266

1204

361.2

  爆破原始条件和预期爆破效果表

序号

项目名称

单位

数 量

备  注

1

井筒深度

m

54.2

掘进深度

2

井筒掘进断面

M2

100.29

3

岩石硬度系数

6~9

4

YT-28型风钻

18

其中2台备用

5

炮眼利用率

%

90

6

炮眼深度

m

3.0

7

每炮进尺

m

2.7

8

每循环爆破实岩

M3

270.8

9

每循环消耗炸药量

kg

361.2

10

每循环消耗雷管数

266

11

单位耗药量

Kg/m3

1.33

12

每米井筒耗雷管

发/m

98

13

每米井筒耗炸药

Kg/m

133.8

14

每循环炮眼数

266

装药结构:

采用正向连续装药结构。

起爆顺序:

从掏槽眼到辅助眼依次起爆,周边眼最末起爆,雷管段号从井中向外为1、3、4、5、6、7、8、9、10段依次起爆。

连线方式:

为了降低整个爆破网路的总电阻,两根放炮电缆四芯并成一芯用,电雷管采用大并联的连接方式。

③钻眼爆破作业

钻眼:

钻眼前下放井筒中心线,按设计断面尺寸划出井筒掘进轮廓线,根据爆破设计图表用红漆点出炮眼位置,采取定人、定位、定眼、定钻分区作业,保证炮眼角度垂直,间距和深度在控制范围内。

装药:

首先将炮眼内残渣用压风扫眼器吹干净,并检查炮孔深度是否符合设计要求,然后按爆破设计参数装填药卷,装药采用正向连续装药结构,先装炸药,最后装引爆药卷,保证电雷管底部向下。

掏槽眼装药必须到孔底,有利于保证掏槽效果,提高爆破效率。

周边眼间距500mm,最小抵抗线500mm,装药长度系数0.3,装药不耦合系数1.41,能够达到光面爆破目的。

由于风井掘进岩层硬,装药后用砂子或粘土作炮泥,堵塞剩余炮孔长度,必要时可在井底工作面压水300mm高,增大孔底爆力,提高有效爆破进尺,减小爆破飞石距离,降低粉尘,促进环保施工。

联线、放炮:

经检查装药无误后,即可进行联线工作,联好线检查无误后,将管路、设备等提至井上安全地点,人员做安全撤离升到地面后,关闭通风机,采用380V交流电源起爆,起爆顺序自掏槽眼、辅助眼到周边眼逐圈向外起爆。

(2)装岩与提升

每循环岩石量及装岩能力:

按照预期爆破效果,风井井筒每循环爆破后,工作面松散碴石量约为433.3m3,使用PC-60型

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