反井钻机法在洞宫山隧道竖井中的应用

反井钻机法在洞宫山隧道竖井中的应用　■郭景阳　（福建省交通规划设计院，福州３５０００４）　摘要本文介绍了宁武高速公路洞宫山隧道竖井开挖方法及施工流程，供今后类　似工程设计施工参考。　关键词反井钻机法洞宫山隧道竖井应用　１　工程概况　１．１　设计方案　洞宫山隧道为宁武高速公路控制性工程，是一座特　长隧道，右洞长度为６５３２ｍ，左洞长度为６５４１ｍ，采用　竖井送排式纵向通风。隧道整体设置一座地表风机房以　及送、排风通风竖井各一座（如图１）。送排风竖井均采　用左右洞合并设置方式，其中排风竖井直径为６．２ｍ，井　深１４５．３４ｍ；送风竖井直径为６．６ｍ，井深１４３．６９ｍ。排风　竖井距右洞轴线２６．２ｍ，送风竖井距右洞轴线３６．２ｍ。　１．２工程地质与水文地质条件　竖井场址区位于中低山地貌，自然山坡坡度约２５￣　３０￣．主要为林地。场地表层为少量的坡积层，其下伏基岩　为白垩系石帽山群凝灰质砂砾岩，未发现有活动性断裂构　图１　通风系统总体布置示意图　造通过，未见有滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。　场址区地震基本烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为　裂隙入渗岩体，加速了岩体风化的差异性；在这些内外　为主要手段的勘察工作中，勘探点的密度应尽量大，钻　因素的共同作用下，经历亿万年的地质作用，形成了本　孔位置应尽可能布置在桩位上，钻孔深度应严格执行规　区现有起伏剧变的基岩面。　范和有关设计技术要求，以保证钻孔进入中微风化岩层　４工程总结和建议　足够的深度；并密切跟踪钻进过程，及时捕捉可能出现　（１）滨海平原区高速公路勘察特别要注重研究考　的异常变化。　虑其区域地质构造背景和现有平坦地形下的原始地貌　（５）在嵌岩桩施工过程中，应动态施工，加强监　环境。　测；在基岩剧变地段应考虑进行施工中补勘。在目前技　（２）滨海平坦区一般第四系冲洪、冲海层覆盖厚，　术条件下．以在桩侧或桩底补充工程钻探小钻为最直　地表地质测绘工作深度有限；应采用遥感、大地电磁等　观、快捷的方法，来引导桩基施工。　物探手段作为补充，查清场区的地质构造。　参考文献　（３）场地各工点技术人员应加强沟通和交流，并借　［１］郑师春．厦漳高速公路扩建工程南港特大桥工程场地地震安全　助声波测试、岩石抗压试验等方法统一对基岩风化层划　性评价报告［Ｒ］．福州：福建地震地质工程勘察院，２００８．　分标准的现场实际认识，以免因认识差异，人为造成基　［２］尹志芳．厦漳高速公路扩建工程（漳州段）ＺＡ２、ｚＡ３标段施工图　岩面的起伏。　工程地质勘察报告［Ｒ］．福州：福建省交通规划设计院，２００８．　（４）在复杂多变的花岗岩风化区桥梁嵌岩桩桩基的　［３］黄辉．区域地质调查报告１：５００００龙海县幅［Ｒ］．福州：福建省地质　勘察中，应加大勘察工作的密度和深度。在目前以钻探　．１９８７　回福建交通科技２０１２年第４期　０．０５ｇ，中硬场地地震动反应谱特征周期为０．３５ｓ，近期　未发生过较大地震，为地震相对稳定区。　竖井场地的地下水类型主要为风化带孔隙裂隙水．　富水性弱但不均，地下水对混凝土结构不具腐蚀性。　竖井开挖方法一般有两种：正井法和反井法。正井　法是自上而下凿井，最常用的办法是采用人工或机械打　眼放炮，人工装岩或抓斗抓岩，吊桶出碴。反井法采用　钻机自上至下钻出导孔，至井底后换上扩孔钻头，由下　向上扩孔形成一定直径的导井，而后自上而下扩大至全　２竖井开挖方法及设备选型　２．１　开挖方法　断面。优缺点比较见表１。　表１　竖井施工方法优缺点比较　项目　正井法　反井法　优点　２与　、一、吊桶出碴，工艺简单。　缺点全　题　次凿岩爆破成型，采用人工或挖掘机装岩，捍　豢磊　…一～　…一…～’…　：　条件　蜘，３　妥通风排水出渣问题。　、狭窄的井下施工，受各种环境条件限制，安　三　时嬲　ＬＯ　１、竖井一般位于洞身段，需待主洞施工到位后才　一眠。　、　．　缺氧等魄能进　能　蔓　施　：　。　…～……～　工技术　洞宫山隧道竖井位于隧道中部，鉴于主洞施工进展　由测量工程师测定竖井中心位置，用水泥钉做好标　记，并放好十字线。然后。在井口位置按规定浇筑混凝　土基础，基础设置水平。　３．２钻机就位　顺利，且竖井位置工程地质及水文地质条件较好，经过　长期的策划和筹备，最终确定竖井开挖使用中心扩孔　法，导井使用反井钻机法施工。　２．２设备选型　平整地面后，钻机基础采用Ｃ２０混凝土浇筑，厚度　１００ｃｍ，钻机位置根据钻井中心位置定位，在施工中确　保钻机地肢螺栓孔位的精确度，保证钻机竖起后主轴旋　洞宫山隧道竖井深约１４５ｍ，竖井围岩主要为凝灰　质砂砾岩，强度为８９￣９５ＭＰａ，属中硬岩；竖井场地富　水性弱。为此，洞宫山隧道竖井引进钻机型号为　ＢＭＣ２００型的反井钻机，该钻机适用于软岩及中硬岩，　可施工２００ｍ深的竖井。钻机参数见表２。　表２　ＢＭＣ２００型钻机参数　钻机参数　导孔直径　数值　２１６ｍｍ　扩孔直径　钻机最大扭矩　钻机拉力　１．４０ｍ　４５Ｎ・ｍ　１０５０ｋＮ　３５０ｋＮ　２００ｍｍ　８６ｋＷ　钻机推力　钻杆直径　钻机功率　３反井开挖施工过程　反井钻机的工作原理为：液压马达驱动水龙头，将　扭矩传递给钻机系统，带动钻具旋转，破岩采用镶齿盘　形滚刀．滚刀在钻压作用下沿井底滚动，使其破碎。导　孔时岩屑沿钻杆与岩壁间的环形空间由洗井液提升到水　平，扩孔时岩屑靠自重落到水平，施工艺流程见图２。　３．１场地平整硬化　图２竖井开挖工艺流程图　福建交通科技２０１２年第４期回　转中心与钻孔中心相重合并垂直于作业面。这一点非常　重要，将直接影响到导孔的偏斜率。　３．３导孔钻进　导孔施工是导井施工的第一步，也是最重要的一　步。导孔成孔的偏斜率直接影响导井施工的成功与否。　一般导孔贯通的偏斜率应控制在１％以下。反井钻机施　工的关键在于导孔钻孔的质量。最终导孔能否钻通，以　及钻通后的偏离误差大小在开钻后无法进行中间检测，　只能依靠经验判断，并针对不同的围岩类别。实施不同　的主、副泵工作压力、转速和适时装配稳定钻杆来进行　控制。　洞宫山隧道竖井钻孔设计采用６根稳定钻杆，先使　用１根开孔器进行开孔。孔位钻进后每隔６根安装１根稳　定钻杆，以保证钻进效果。　经过较长时间的准备，洞宫山隧道排风井先行钻　进。ＢＭＣ２００型钻机为清水钻进方式。为保证钻孔的偏　斜率控制在１％内，分别在钻进￣ｌ［３ｍ、７ｍ、１ｌｍ、４０ｍ　及８０ｍｔ，￣ＪＪ［］稳定钻杆。稳定钻杆与变通钻杆的区别在与　前者比后者外周多了均匀分布的４条３ｃｍ厚的钢肋板，　其作用是导向与稳定。防止钻杆随深度的增加、旋转产　生过大的摆幅弓１起弯曲。同时防止钻杆与孔壁的直接接　触，减少磨损。　钻进至２０ｍＨ￣，出现小断层，岩体破碎易坍孔卡　钻。现场采用常规处理预案，将钻杆取出，灌注５２．５水　泥浆对围岩进行孔壁及裂隙加固。待水泥浆凝固后重　新钻进。此后，围岩局部有变化，但未影响钻机钻进，　与设计围岩条件基本吻合。正常施工７．５ｄ后钻至１３０ｍ　深，平均钻进速度为１７ｍ／ｄ。期间，竖井通风道同步施　工。通风道施工完成后，竖井导孔继续钻进。并最终　顺利贯通。经过对钻头的精确测量，排风井导孔实际　控制垂直偏斜为１８．７ｃｍ，偏斜率为１．２９％ｏ，取得了极好　的控制效果。　送风井贯通后，经过对钻头的精确测量，送风井导　孔实际控制偏斜率为１．２２％０，垂直偏斜为１７．６ｃｍ，较排　风井取得了更好的控制效果。　３．４导井扩孔　导井扩孔采用１．４ｍ的钻头进行施工。通风道施工完　成且导孔贯通后，在竖井底部卸下导孔钻头，换上扩孔　钻头进行反向扩孔。扩孔时采用低速钻进，扩孔钻头全　部进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏钻头钻具，　使用低钻压，并根据不同的地质调整钻压及转速，使钻　头保持稳定钻进。扩孔施工时间为７ｄ，除在离井口２０ｍ　处围岩破碎断有卡钻现象，其它地段正常钻进，平均扩　孔速度为２０．７ｍ／ｄ，取得了良好的效果。　３．５正向扩挖　排风井导井施工完成后，进行送风井导ＴＬ＊ｄ￣进和导　井扩孔。送风井导井扩孔结束后，拆除钻机，进行竖井　的正向扩挖。　洞宫山隧道竖井围岩条件较好，除锁口段７ｍ为强　风化凝灰质砂砾岩，竖井上部１７ｍ为中风化凝灰质砂砾　岩，自稳能力较差外．其余地段均为微风化凝灰质砂砾　岩，岩石较坚硬，围岩自稳能力强。　根据竖井围岩条件．ｖ级围岩仅在洞口锁口处存　在，采用机械设备进行挖除掘进，局部进行弱爆破，采　用人工风镐进行修正。其余段落为Ⅳ级围岩及Ⅲ级围　岩，采用爆破施工，井底出渣。　４结语　洞宫山隧道竖井施工顺利。目前已完成二衬的　施工。　洞宫山隧道竖井的顺利实施为我省长大隧道竖井　的施工积累了宝贵的经验，可供今后类似工程设计施　工参考：　（１）反井钻机法安全性好，效率高，施工人员劳动　强度低，在竖井场地围岩条件较好时有较大优势。　（２）反井钻机法施工关键在于导孔偏斜率的控制，　施工中应采取确实有效的措施予以保证。　回福建交通科技２０１２年第４期