李华顺
（中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 西安 710065）
摘要：某工程4-8有压隧洞在混凝土衬砌施工过程中变更新增溢流竖井一座，经方案比选采用反井钻机完成该竖井的开挖，在进度、质量、安全、技术上均取得了良好效果，值得同类工程借鉴。
关键词 ：反井钻机；竖井开挖；施工应用
1、工程概况
某工程4-8隧洞为圆型断面的有压隧洞，设计洞径D=5.4m，施工范围D194+168～D197+360，混凝土衬砌阶段在D194+198位置处变更新增溢流竖井一座，与4-8隧洞进口洞段连通为一体。竖井深度H=27.58m，高程范围EL99.67m～127.25m，开挖口径D=3.5m，采用Φ3.2m钢管作为竖井内衬，竖井内壁与钢管外壁之间采用流态混凝土灌注密实，以满足非常时期溢流需要；竖井施工时需先行完成EL125.0m高程作业平台的开挖整修。竖井外为泄水系统，竖井顶板高程为EL129.25m，泄槽坡度1：1.6，下游护坦顶面高程为EL105m。
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图1 4-8隧洞进口溢流竖井纵剖面图2、地质岩性
根据4-8隧洞进口洞段开挖情况，D194+198处揭露岩性主要为弱风化的熔角砾凝灰岩，围岩完整性差，节理裂隙较发育，岩石单轴饱和抗压强度较高，为中硬岩。另外，隧洞进口段外部山体多陡直，基岩直接裸露，坡脚为长皋河河床，边坡存在倾向河道方向的似层面；边坡岩石由强风化熔角砾凝灰岩组成，坡面与似层面同向，坡角下部较陡上部略缓。
2、方案比选
2.1 控制原则
（1）施工进度的要求：竖井为变更新增工程，接到变更通知单时正值隧洞混凝土衬砌阶段，需两个月内完成开挖作业，否则会对4-8隧洞整体进度造成影响。
（2）已衬砌混凝土防护的要求：竖井位置距已衬砌混凝土最近约6.0m，施工过程不得对隧洞已衬砌混凝土造成影响。
（3）竖井所在山体防护的要求：竖井所在部位山体节理较为发育，岩石完整性较差，4-8有压隧洞在该处埋深最浅处仅约13.0m，施工过程尽可能避免对山体稳定性产生影响，乃至造成4-8有压隧洞局部塌方现象发生。
2.2 爆破开挖
若采取爆破开挖则需自上而下分层进行，由人工利用YT-28手风钻进行造孔（掏槽孔6个，爆破孔12个，周边孔29个），装填2#岩石乳化炸药（药卷直径Ф32mm，单卷重0.15Kg，炮孔直径Ф42mm，不偶合系数1.31），采用非电导爆管网络，8#电雷管电起爆进行毫秒微差爆破，周边采用光面爆破控制超欠挖。竖井钻爆开挖循环进尺1.2m，产生爆破渣料约12m³/循环，每循环渣料都需人工井下逐铲清理，并通过搭设在井口的5t卷扬机吊篮运弃至井外。
竖井开挖直径为3.5m，造孔装药及渣料清理过程工作面最多容纳3名工人作业，根据4-8有压隧洞钻爆开挖实际，预计竖井每循环的造孔、装药、爆破、渣料清理、锚喷支护等工序总计耗时约需4天时间，考虑不可预知客观因素影响及施工难度系数1.5，则竖井每个爆破作业循环需耗时需6天，完成全部竖井开挖约需114天。
2.3 反井钻机
若采用反井钻机则需以竖井中心为钻设中心，提前在EL125.0m施工平台上浇筑厚度为80cm、设计强度等级为C20的基础混凝土，并预留地脚螺栓以便反井钻机主机安装固定，同时在钻机基础附近砌筑一座长约3m、宽2m、深度1m的沉渣池。基础混凝土浇筑2天后将主机轨道铺设在混凝土基础上，并将钻机吊装至轨道上，同时调整好钻机位置并安装前后拉杆以固定钻机，完成后即可调平钻机开孔钻进。
根据竖井开挖直径要求确定反井钻机规格为BMC400型，其导孔直径270mm、扩孔直径3500mm、额定推力1650KN、额定拉力2450KN、输入功率128.5KW，主机重量12.5t。考虑钻机混凝土基础浇筑、主机吊装固定及风水电保障等准备工作，完成反井钻机安装耗时约7天；按照保守估计，导孔速度平均8m/天，扩孔速度平均6m/天，则完成竖井钻挖需时7天；采用该BMC400型反井钻机进行4-8有压隧洞溢流竖井钻挖约需耗时14天。
2.4 方案确定
通过比对，反井钻机开挖方案无论在施工进度上还是作业安全性、对已衬砌混凝土影响程度上均具有明显优势，确定4-8有压隧洞溢流竖井采取反井钻机钻挖完成。
3、竖井钻挖
3.1导孔钻进
钻机调至水平并调整钻杆至垂直，调整动力水龙头的转速为预定值，开启泥浆泵供洗井液和冷却水开始钻进，导孔钻进排渣采用泥浆泵抽取沉渣池内的水从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至附近沉渣池，最后人工清理至堆放位置；石渣水经过沉淀后，再用泥浆泵抽入导孔内，循环使用。
导孔开始钻进时采用高转速低钻压，既动力水龙头使用快速，钻压控制为2～5Mpa；同时稳定钻杆布置，严格控制导孔的偏斜，每钻10m进行孔斜检测以及时进行纠偏。4-8有压隧洞溢流竖井实际导孔时间自2016年10月20日7：00时开始至2016年10月20日18：00时结束，历时11个小时，导孔平均速度61m/天。
3.2 反向扩孔
导孔贯通后由4-8有压隧洞进口临时支洞进入竖井下方平洞拆除导孔钻头并换装成Φ3.5m扩孔钻头，动力水龙头出轴转速由快速挡调至慢速档，在扩孔钻头未全部进入岩层时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具使用低钻压、低钻速，待钻头全部钻进后再加压钻进。
扩孔钻压的根据地层岩石具体情况而定，软岩低压、硬岩高压，但主泵油压不得超过24MPa，副泵油压不得超过18.5MPa；4-8有压隧洞溢流竖井实际扩孔时间自2016年10月22日8：00时开始至2016年10月24日19：00时结束，历时59个小时，扩孔平均速度9.4m/天。
3.3 锚喷支护
竖井扩挖完成后，采用ZL50装载机由4-8有压隧洞临时支洞进入竖井底部进行渣料清理，完成后在竖井底部逐层搭设Φ48mm脚手架集中完成全部井壁锚喷支护。4-8有压隧洞溢流竖井锚喷支护自2016年10月28日开始搭设脚手架至11月3日完成全部井壁锚喷支护。
4、结语
4-8有压隧洞溢流竖井自导孔开始至锚喷支护结束共施工15天，实际开挖效果比方案比选时预估情况更加理想，且对竖井附近已衬砌混凝土未产生任何影响，井径尺寸质量控制及进度安全优势极为明显。由此可见，在进度工期紧张、质量安全要求较高的关键性部位，采用反井钻机进行竖井开挖可取得明显的工程效益。
参考文献：
[1]靖谋，反井钻机在竖井开挖中的应用，西北水电，2007年第1期。
论文作者:李华顺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/25
标签：竖井论文; 隧洞论文; 钻机论文; 混凝土论文; 钻头论文; 作业论文; 直径论文; 《防护工程》2018年第13期论文;