復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井施工技術(shù)研究

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［摘要］針對(duì)大瑞鐵路高黎貢山隧道1號(hào)豎井主、副井井筒復(fù)雜地質(zhì)條件特征和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取特殊地層施工方法，選擇與施工方案和工藝配套、并與施工隊(duì)伍素質(zhì)相匹配的機(jī)械化配套設(shè)備組織快速施工，成功地通過(guò)各種復(fù)雜地層。

［關(guān)鍵詞］深厚破碎帶、含水層、高地溫；袖閥管注漿；工作面探水注漿；安全施工

1概述

在我國(guó)西南地區(qū)，山嶺眾多，鐵路隧道施工難度較大，而修建鐵路隧道時(shí)往往需要修建幾對(duì)豎井井筒工程，以保障加快隧道施工進(jìn)度。然而地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，使隧道豎井施工面臨一系列技術(shù)難題，如深厚破碎帶、含水層、高地溫以及各種構(gòu)造等等?？朔@些問(wèn)題，滿足我國(guó)西南部鐵路開發(fā)戰(zhàn)略的需要，是擺在隧道豎井施工企業(yè)面前亟待攻克的難題。中煤五建公司三處承接大瑞鐵路高黎貢山隧道1號(hào)豎井主、副井井筒掘砌工程。主井位于隧道D1K205+080處線路中線右側(cè)30m，凈直徑6m，井口標(biāo)高+1869m，井底標(biāo)高+1106.41m，深度762.59m；副井位于隧道D1K205+053處線路中線左側(cè)52m，凈直徑5m，井口標(biāo)高+1869m，井底標(biāo)高+1104.26m，深度764.74m。主井功能為出碴、出污風(fēng)，副井功能為進(jìn)料、進(jìn)新風(fēng)、排水、人員進(jìn)出并兼做安全出口。

2地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

（1）地質(zhì)概況。為了核實(shí)主副井井筒施工地質(zhì)及水文情況，在主副井之間鉆設(shè)了1個(gè)井檢孔，根據(jù)井檢孔揭露的地層為花崗巖，揭露厚度771.43m。巖性主要由淺灰綠色、淺灰色、深灰色及淺灰黑色花崗巖組成，從揭露地層厚度與巖芯來(lái)看，巖芯完整、局部較破碎、局部弱風(fēng)化、裂隙局部呈垂直狀分布、裂面見黃褐色鐵錳質(zhì)浸染、局部裂面見砂泥質(zhì)充填。（2）水文地質(zhì)概況。根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示，1號(hào)豎井水文地質(zhì)情況如下：①地表水。1號(hào)豎井位于灞王河右岸，屬龍川江水系。灞王河為常年性流水，主要受大氣降水補(bǔ)給，受降雨控制明顯。②地下水。1號(hào)豎井地下水主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，主要含水層為礫砂、卵石土、漂石土、碎裂狀混合花崗巖及輝綠巖，隔水層主要為粉質(zhì)黏土和完整性好的混合花崗巖?；鶐r裂隙水：根據(jù)鉆孔揭示，井筒共穿越6個(gè)裂隙水含水層。9~312.6m、324.4~350m段為較為連續(xù)的一般裂隙含水層,滲透系數(shù)0.006m/d，為中等透水層；312.6~324.4m段為承壓裂隙水含水層，滲透系數(shù)0.38m/d，為強(qiáng)透水層，承壓水水壓約3.2MPa；350~680m段含水層不連續(xù)，厚度6~30m。基巖裂隙水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，以泉形式排泄?；鶐r裂隙水含水層厚度大，且存在承壓水層，對(duì)井筒施工影響較大。主井潛水正常涌水量914m3/d；副井潛水正常涌水量867m3/d。承壓水含水層厚度11.8m（312.6～324.4m），主井承壓水正常涌水量1176m3/d，副井承壓水正常涌水量1149m3/d。主井正常涌水量為2090m3/d，最大涌水量為6270m3/d；副井正常涌水量為2016m3/d，最大涌水量為6048m3/d。（3）不良地質(zhì)情況。①高地溫。豎井460~741m段地溫介于28~35.8℃之間，為輕微熱害。②巖爆。在447~518m、577~600m、628~680m、728~761.8m4段為中等巖爆。③根據(jù)鉆孔資料，井筒穿過(guò)破碎帶共16條，厚度279.7m，其中202.95m極破碎并含有水，其余76.75m較破碎并不含水。16條破碎帶分布在整個(gè)井筒，工程地質(zhì)條件極差。

3施工方案

豎井井筒掘砌自上而下穿過(guò)的地層分別為表土層、基巖風(fēng)化段和基巖段。表土層采用挖掘機(jī)配合人工挖掘，挖掘機(jī)裝土，整體金屬模板（段高2.5m）澆筑砼，混凝土澆筑采用溜槽或溜灰管直接入模。基巖風(fēng)化帶采用短段掘砌施工，淺孔鉆爆法掘進(jìn)，采用手抱鉆配2.5m鉆桿、覬42mm鉆頭打眼，井口起爆，挖掘機(jī)出矸裝罐，整體金屬模板（段高2.5m）澆筑砼，混凝土澆灌采用溜槽或溜灰管直接入模。基巖段采用傘鉆鑿巖，2套單鉤提升，中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)出矸，小型挖掘機(jī)清底，MJY型整體金屬模板筑壁，底卸式吊桶下料到吊盤經(jīng)分灰器分灰通過(guò)溜灰管入模。

4機(jī)械化配套設(shè)備

（1）主井利用Ⅵ型鑿井井架鑿井，副井利用IVG型型鑿井井架鑿井。井筒內(nèi)均設(shè)置3層鑿井吊盤，下層吊盤安設(shè)1臺(tái)HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配合工作面挖掘機(jī)出矸，中層吊盤安設(shè)1臺(tái)DC50-80×10型臥泵，地面1臺(tái)備用，上層吊盤作為施工保護(hù)盤。（2）采用MJY型整體金屬模板筑壁，模板由地面穩(wěn)車懸吊。砌壁砼由地面砼集中攪拌站提供，再由底卸式吊桶下料到吊盤經(jīng)分灰器分灰入模。（3）選用FJD-6A型傘鉆配鑿巖機(jī)鑿巖，壓風(fēng)管、供水管、排水管、風(fēng)筒沿井壁吊掛，以加大井內(nèi)的提升空間。（4）主井井筒布置2臺(tái)2JK-3.6×1.85/16E型提升機(jī)；副井井筒布置1臺(tái)JKZ-3.2×3.0/18型提升機(jī)和1臺(tái)JKZ-3.0×2.5/15.5型提升機(jī)。排矸采用自動(dòng)翻矸入自卸汽車排至指定排矸地點(diǎn)。（5）主井井筒布置6臺(tái)JZ2-16/800型穩(wěn)車，其中吊盤5臺(tái)，抓巖機(jī)1臺(tái)；布置7臺(tái)JZ2-10/800型穩(wěn)車，其中放炮電纜1臺(tái)、模板4臺(tái)、穩(wěn)繩1臺(tái)、動(dòng)力電纜1臺(tái)；布置1臺(tái)JZA-5/800型穩(wěn)車作為安全梯使用。副井井筒布置7臺(tái)JZ2-16/800型穩(wěn)車，其中吊盤5臺(tái)，抓巖機(jī)1臺(tái)、穩(wěn)繩1臺(tái)；布置5臺(tái)JZ2-10/800型穩(wěn)車，其中放炮電纜1臺(tái)、模板3臺(tái)、動(dòng)力電纜1臺(tái)；布置1臺(tái)JZA-5/800型穩(wěn)車作為安全梯使用。

5特殊地層施工技術(shù)

5.1表土段含水層施工

針對(duì)主、副井表土段強(qiáng)透水層及其上下段，設(shè)計(jì)采用袖閥管注漿的方式進(jìn)行防滲、加固，對(duì)應(yīng)地層分別為0~20m、0~22m段的土層（主井11~16m、副井3~11m為強(qiáng)透水層）。主、副井分別布置2圈注漿孔，孔數(shù)分別為26、24個(gè)，孔間距控制在2.5m左右，孔深分別為20、22m。采用袖閥管分段注漿工藝，上行式注純水泥液漿及水泥-水玻璃雙液漿。注漿過(guò)程設(shè)計(jì)1.0m一個(gè)分段，先注孔底段，達(dá)到預(yù)設(shè)的注漿量后，再由下而上以1.0m一個(gè)分段逐段進(jìn)行注漿。

5.2基巖段綜合防治水

井筒基巖段采用工作面探水注漿法施工［1］，注漿站設(shè)在地面，通過(guò)地面注漿泵和井壁吊掛注漿管路，將地面攪拌好的水泥漿液壓入注漿孔含水層裂隙中，用來(lái)封堵裂隙水或加固地層。鉆孔深度。每次超前鉆孔深度80m，鉆孔鉆探過(guò)程中需確定含水層位置、涌水量及水壓參數(shù)，以指導(dǎo)工作面預(yù)注漿。鉆孔數(shù)量。主井井筒凈直徑6.0m，鉆孔圈徑小于井筒凈直徑1.4m，鉆孔數(shù)為13個(gè)，以半徑2.3m均勻布置，探孔孔底超出井筒掘進(jìn)荒徑3m。副井井筒凈直徑5.0m，鉆孔圈徑小于井筒凈直徑1.4m，鉆孔數(shù)為12個(gè)，以半徑1.8m均勻布置，探孔孔底超出井筒掘進(jìn)荒徑3m。鉆孔在徑向與豎直軸線的夾角按下式計(jì)算：α=tg-1（S+A）/H式中：α為鉆孔在徑向上與豎直軸線的夾角，（°）；S為終孔位置在徑向上超出荒徑的距離，均取3.0m；A為鉆孔與井壁距離，0.7m；H為段高，80m。經(jīng)計(jì)算，α=2°38′53″，主、副井均采用此角度值。每段先施工4個(gè)超前探孔，對(duì)本段高內(nèi)各含水層情況進(jìn)行前探，若4個(gè)超前探孔孔內(nèi)總涌水量均小于2m3/h，說(shuō)明本段高內(nèi)水患威脅較小，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理單位共同評(píng)測(cè)后即可恢復(fù)井筒掘砌施工；若4個(gè)超前探孔內(nèi)任何一個(gè)探孔的涌水量大于2m3/h，則啟動(dòng)工作面預(yù)注漿施工，注漿段高80m，計(jì)劃掘砌段高72m。具體方案選擇按以下步驟操作：①當(dāng)鉆孔的涌水量均小于2m3/h時(shí)，直接封堵鉆孔后恢復(fù)掘砌。②當(dāng)任意一個(gè)鉆孔的涌水量在2~5m3/h之間時(shí)，說(shuō)明該鉆孔周圍存在有疑問(wèn)的含水層，必須在該鉆孔兩側(cè)增加2個(gè)驗(yàn)證鉆孔；若驗(yàn)證鉆孔涌水量均小于5m3/h時(shí)，直接封堵鉆孔后直接掘砌。若任意一個(gè)驗(yàn)證鉆孔涌水量大于5m3/h時(shí)，即啟動(dòng)工作面預(yù)注漿對(duì)該段地層堵水；孔內(nèi)涌水量小于5m3/h后，恢復(fù)剩余段落鉆孔作業(yè)，直至結(jié)束。③當(dāng)鉆孔的涌水量大于5m3/h時(shí)，即啟動(dòng)工作面預(yù)注漿對(duì)該段地層進(jìn)行堵水，孔內(nèi)涌水量小于5m3/h后，恢復(fù)剩余段落鉆孔作業(yè)，直至結(jié)束，期間不再增加驗(yàn)證鉆孔。

5.3特殊地層（深厚含水破碎帶）施工

井筒利用探水注漿對(duì)深厚破碎帶進(jìn)行注漿加固地層，同時(shí)施工中合理調(diào)整爆破參數(shù)［2-3］，采取松動(dòng)爆破技術(shù)，即減少周邊眼眼距和抵抗距，采用不耦合裝藥，盡量減少爆破對(duì)井筒圍巖的破壞，保持圍巖的完整性；同時(shí)縮小掘進(jìn)段高，采用錨噴或錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)；盡量縮短圍巖的暴露時(shí)間，必要時(shí)增設(shè)鋼井圈復(fù)合支護(hù)或采用工作面注漿加固圍巖后再掘砌，確保安全順利通過(guò)不良地質(zhì)地層。施工中，工作面預(yù)注漿段地層巖性比較穩(wěn)定，無(wú)破碎地層。通過(guò)揭露的巖層情況，可以明顯看出巖層裂隙之間有水泥的充填物。通過(guò)水泥漿的注漿膠結(jié)，使得破碎巖石得以加固，形成一個(gè)整體，保證井筒施工安全，同時(shí)加快了施工進(jìn)度。

5.4深部地層高地溫通風(fēng)方案

（1）采取合理的通風(fēng)方式，選擇合理的通風(fēng)設(shè)備，進(jìn)行初期通風(fēng)優(yōu)化，為井筒工作面降溫方案提供基礎(chǔ)條件。（2）利用壓風(fēng)降溫技術(shù)解決地?zé)釂?wèn)題。通過(guò)研究，利用建井階段的壓風(fēng)動(dòng)力進(jìn)行局部技術(shù)降溫，即在壓風(fēng)機(jī)的螺桿機(jī)出口處加設(shè)降溫風(fēng)包，配置冷凝器為壓風(fēng)初次冷卻降溫。降溫作業(yè)點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)行作業(yè)空間封閉，并對(duì)壓風(fēng)出口采用等熵膨脹器（渦流管）進(jìn)行射流降溫，利用壓風(fēng)的膨脹釋壓吸熱對(duì)井下高溫工作面進(jìn)行降溫，或?qū)ぷ髅孀鳂I(yè)人員直接降溫，改善作業(yè)環(huán)境，提高降溫效果。

6施工組織與管理

（1）勞動(dòng)組織。施工隊(duì)伍采用掘進(jìn)班組和機(jī)電維修班組相結(jié)合的綜合隊(duì)形式，井下工與地面運(yùn)輸工實(shí)行統(tǒng)一的“滾班制”作業(yè)方式，要求定時(shí)定量完成任務(wù)，并制定了嚴(yán)格的獎(jiǎng)罰制度。為了減少交接班時(shí)間，實(shí)行井下交接班。采用工程項(xiàng)目法管理，按生產(chǎn)、技術(shù)、機(jī)電、后勤4個(gè)部門進(jìn)行人員編制，根據(jù)工程需要定崗、定員、定責(zé)、定任務(wù)，同時(shí)利用內(nèi)部承包的經(jīng)營(yíng)機(jī)制，將整個(gè)工程分成若干個(gè)能獨(dú)立核算的單項(xiàng)工程，逐項(xiàng)考核，層層把關(guān)，層層兌現(xiàn)，充分調(diào)動(dòng)了施工人員的積極性。（2）工程質(zhì)量及安全施工管理。為了保證施工質(zhì)量及安全，技術(shù)人員根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行礦井建設(shè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，制定了一系列的質(zhì)量管理細(xì)則。在施工中嚴(yán)格檢查每道工序，堅(jiān)持“上道工序不合格不得進(jìn)行下道工序施工”的原則，確保安全施工無(wú)事故。

7施工成效

主井井筒從2016-03-01開始表土段袖閥管注漿工作，2016-07-30井筒具備開工條件，2016-09-09開始第一次工作面探水注漿，經(jīng)過(guò)9次探水注漿主井井筒現(xiàn)在涌水量為3.7m3/h，實(shí)現(xiàn)了安全施工。副井井筒從2016-04-01開始表土段袖閥管注漿工作，7月30日井筒具備開工條件，2016-10-13開始第一次工作面探水注漿，經(jīng)過(guò)8次探水注漿副井井筒現(xiàn)在涌水量4.8m3/h，實(shí)現(xiàn)了安全施工。主、副井井筒施工質(zhì)量經(jīng)甲方、監(jiān)理驗(yàn)收均達(dá)到優(yōu)良級(jí)別。

8結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目研究，總結(jié)復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井施工設(shè)備布置、爆破參數(shù)優(yōu)化、有效防治水方案、深厚破碎帶施工、通風(fēng)方案選擇等，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道豎井快速、安全施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。該技術(shù)是隧道、鑿井施工技術(shù)的巨大進(jìn)步，是今后乃至未來(lái)隧道豎井井筒施工技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)距離跨度大的鐵路隧道施工具有十分重大的意義。如果合理協(xié)調(diào)、優(yōu)化配置、形成成套裝備，發(fā)揮效能，可創(chuàng)出國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際施工之最。

［參考文獻(xiàn)］

［1］王繼全，馮廣奎，管繼雷，等.楊營(yíng)礦主井井筒工作面預(yù)注漿施工方法［J］.能源技術(shù)與管理，2013，38（2）：122-124.

［2］戚壽海.朱集副井特殊地層注漿技術(shù)的理論與實(shí)踐［J］.能源技術(shù)與管理，2013，38（1）：39-41.

［3］賈磊.立井井筒破碎圍巖注漿加固技術(shù)研究［D］.青島：山東科技大學(xué)，2013.

作者:李宣立 施思 單位:中煤第五建設(shè)有限公司第三工程處