中国葛洲坝集团路桥工程有限公司 湖北宜昌 443002
摘要：隧道工程中的出渣引水竖井因其直径大、工期紧、地质条件复杂，施工难度较大。通过采用全断面爆破正井法施工、小型挖掘机配合双梁门式起重机提升出渣和正多边形钢支撑快速支护，能够实现大直径竖井的快速施工，给隧道施工带来极为有利的影响。
关键词：大直径竖井；正井法；双梁门式起重机；正多边形钢支撑
1、引言
近年来，随着我国经济和科技的快速发展，对基础设施建设提出了更高的要求，铁路、公路、水工、市政及采矿等工程建设蓬勃发展。竖井因引水、通排风、出渣、补气等功能性，被广泛应用于上述工程建设领域中。
本文结合肯尼亚供水隧道工程实例，详细介绍了狭小施工布置场地下大直径竖井开挖支护快速施工组合技术，有效解决了大直径竖井支护施工困难、地质条件复杂等施工难题，实现竖井快速安全施工，节约施工成本，提高工程整体施工进度。
2、工程概况
肯尼亚供水隧道全长11.712km,具有隧道进尺长、断面小的典型特点。为有效提高施工进度，在主隧道正上方施工大直径竖井一座，起到增加施工作业面、通风、出渣和后期引水作用。
3、主要施工设备选型
竖井开挖和出渣设备选型受场地布置和竖井井身的尺寸、地质条件和设备的外形尺寸、工作性能等影响。
本项目竖井净直径12米，竖井场地狭小，施工布置难度大，不具备传统井架法施工条件。经多次考察，最终选用双梁门式起重机作为竖井施工主要提升出渣方式。双梁门式起重机（MGq25t/5t-18m-30m）型起重量25吨，跨度15m，该起重机为双梁门式结构，轨道运行，并通过布置在轨道端头的传感器，实现自动限位。另选用小型挖掘机作为井下装渣设备，小型挖掘机型号为SWE70E，主体尺寸为5915*2080*2625（长*宽*高），整机质量6.56t，铲斗容量0.26m³。通过小型挖掘机装渣，双梁门式起重机提升配合实现井内快速出渣作业。
4、主要施工技术
4.1 主要施工原理
大直径出渣引水竖井快速施工采用正挖法自上而下全断面爆破开挖，有利于减少施工对井壁干扰。爆破施工后，利用井口布置的双梁门式起重机吊运小型挖掘机入井装渣，双梁门式起重机配合提升出渣，小型挖掘机使用便捷，装渣高效，双梁门式起重机提升效率高，单次出渣量大，安全风险低。正多边形钢支撑支护紧跟开挖出渣进行，支护方法快捷、简便，能有效减少爆破施工后井壁暴露在外的时间，确保井壁稳定和施工安全。同时配置多级串联式抽排水系统，对井内涌水快速抽排，及时调整围岩富水区域水压，确保施工安全。
4.2 施工工艺流程
总体施工工艺流程为：施工准备→施工测量→井口锁口开挖支护施工→双梁门式起重机安装就位→竖井分层开挖支护。
4.2.1 施工准备
1）临建施工
施工场内主要交通道路建设，建成风水电和混凝土拌和系统，并输送至井内，储备好足够的通风管、输水管等管道。
2）正多边形钢支撑加工
正多边形钢支撑由施工现场自行加工。利用英标高强度H型钢（UC152×152×51），配合钢板、螺栓等材料，焊接成为一种用于圆形竖井支护的正多边形钢拱架装置，该装置不需要要对高强H型钢进行弯制，仅需切割焊接成型，加工成本低，制作方便，仅需一名电焊工和两名普工即可完成加工制作工作。加工完成后，可由自卸车运至竖井施工区域，双梁门式起重机吊运入井后，人工即可搬运，安装。
4.2.2 施工测量
测量放样设计开挖边线，然后采用人工配合反铲开挖。已施工初期支护的竖井沿井壁均匀布置4个激光导向仪，激光导向仪在掌子面定位出开挖轮廓线关键点，施工作业人员依据掌子面的红外线点标记设计开挖轮廓线后，进行精准开挖。定期利用全站仪对激光导向仪进行校准，确保其指示方向正确。
4.2.3 井口锁口开挖支护
竖井锁口开挖分三序进行，先测量放样设计开挖边线，然后采用人工配合反铲开挖。开挖时按设计图纸的开挖顺序开挖。每序开挖完成后，人工将1m长插筋插入井壁，插筋环向间距为1m，上下排距为0.5m，入岩深度为60cm。井壁挂设一层钢筋网并初喷5cm的C40喷射混凝土后，进行锁口钢筋结构安装和混凝土浇筑。混凝土浇筑时，利用预留核心土进行模板支撑。混凝土浇筑施工时应当预留斜口，便于下一层混凝土浇筑施工。
4.2.4 双梁门式起重机安装就位
按设计图纸要求，测量放样起重机轨道基础布置位置后，开挖并浇筑轨道基础。轨道基础为强度C40的钢筋混凝土，浇筑时需要振捣均匀并预埋轨道螺栓。待基础强度达到设计要求后，方可进行起重机轨道安装。
起重机安装应在厂家专业技术人员指导下进行，起重机安装试运行合格后，填写详细安装、自检报告，组织有关部门进行验收，验收合格后，方可交付现场使用。
4.2.5 竖井分层开挖支护
1）土体段施工
土体段采用小型挖掘机机械开挖施工。小型挖掘机通过双梁门式起重机吊运入井，施工人员通过爬梯或楼梯进入工作面。小型挖掘机配合双梁门式起重机出渣。弃渣通过双梁门式起重机提升至井口临时堆渣场堆渣，再适时采用装载机装至自卸车运至指定渣场。
2）基岩段钻爆法施工
（1）施工准备
施工人员通过楼梯进入工作面，潜孔钻机、手风钻等小型机器具和施工材料通过双梁门式起重机吊运入井。测量人员将竖井中心点放样，然后将QZJ-100B潜孔钻机按测量中心点就位，用测斜仪校正准确后开始造导向掏槽孔，造孔直径为φ150mm，每个循环进尺控制10m，掘进进尺10m后重新测量重复下一个循环，导向掏槽孔钻孔时严格控制垂直精确度，避免倾斜。
（2）钻孔、装药、联网
根据施工好的导向掏槽孔布置爆破孔和光爆孔，采用手风钻造孔，孔径为φ42mm，采用分层自上而下全断面开挖钻爆，每个循环控制在2.0～2.5m。炮孔布设特别是周边光爆孔，严格按照爆破设计和测量放线进行布孔，作好布孔记录。现场根据实际地质条件对孔位进行调整。采用手风钻造孔，由熟练的手风钻工按照爆破设计的钻孔孔深和角度进行钻孔，每排炮孔由现场质捡人员按照“平、直、齐”的要求进行检查，炮孔孔位偏差不大于10cm。对于已经钻好的炮孔进行堵塞，对因堵塞无法装药的钻孔进行吹孔和补钻。钻孔在检查合格后，进行装药。装药联网后，施工人员、设备等吊运出井。
（2）井外鸣警、起爆
确保井内设备、人员全部安全撤出井外后，井外鸣警，非电雷管起爆。
（3）通风、排烟
起爆后，进行通风排烟，施工人员通过楼梯入井，检查爆破效果，人工排险。
（4）出渣
通风排烟，人工排险，确定无安全隐患后，采用双梁门式起重机将小型挖掘机吊运至井底，进行装渣作业。弃渣通过双梁门式起重机提升至井口临时堆渣场堆渣，再适时采用装载机装至自卸车运至指定渣场。
3）竖井井身初期支护
井身采用自制正多边形钢支撑配合喷射混凝土支护。湿喷机、多边形钢支撑、钢筋网片等工器具和材料通过双梁门式起重机吊运入井。井内钢筋网片和正多边形钢支撑采用人工搬运、安装至指定位置。安装完成后，进行混凝土喷护作业。
5、主要施工特点
与采用井架法配合抓岩机施工方法相比较，本项目采用的施工组合技术具有以下优势：
1.施工效率高。采用小型挖掘机配合双梁门式起重机出渣，装渣快，单次出渣量大，出渣效率高。正多边形钢支撑单片质量小，井内可采用人工搬运，拼装式施工，安装便捷，支护用时少。
2.适用性广。根据竖井直径布置双梁门式起重机进行提升出渣，相较传统井架法施工，占用场地小，并可根据不同直径的竖井调整双梁门式起重机跨度，应用灵活。
3.支护简便。正多边形钢支撑，采用高强H型钢切割加工，制作简单，可直接在现场加工，运输方便。
4.施工安全性高。采用正挖法自上而下施工，事故率低，施工组织简单，能够有效确保施工安全。
5.社会和经济效益显著。设备一次性投入，双梁门式起重机、小型挖掘机等主要设备，均可在竖井施工完成后继续使用，设备利用率高。
6、结论
大直径出渣引水竖井通过小型挖掘机配合双梁门式起重机出渣，通过正井法自上而下施工，采用正多边形钢支撑进行支护的快速施工技术，在设备配套选型和支护方式等方面均有所创新，施工效率高，开挖支护施工安全，有效的确保了工程施工进度。
作者信息：王秋松（1992-），男，安徽滁州人，助理工程师，主要从事隧道工程施工技术工作。