张顺峰
中铁工程装备集团有限公司 河南郑州450000
摘要：通风一直是隧道施工的中心问题，除了基本斜井通风外，还必须使用竖井。但是通风竖井施工是困难的，施工质量直接决定了通风，这在传统的施工方法中很难达到高质量标准。此时，采用反井法既保证了质量，又加快了速度，从而带来了积极的环境效益。
关键词：竖井；反井法；施工技术
目前，我国公路隧道建设已进入快速发展时期。随着隧道数量的增加和结构的扩大，对安全、质量和施工进度的要求也在增加。因此，如何改进建筑机械化是建筑机械化发展面临的一个问题。随着隧道长度的增加，公路隧道竖井通风越来越多地用于隧道施工。传统的竖井建造方法效率越来越低，安全性也越来越差。由于速度快，安全性高，人们广泛采用了反井法来调节水工程通风竖井问题。
一、通风竖井反井法施工技术
某高速公路全长5480m。左右隧道分开布置。双向施工六道标准。隧道最大埋深235.5m，隧道地质条件复杂，主要是以花岗岩为主，整个隧道贯穿五个断裂带，其中一条隧道通风竖井是在k383+720处，深度H=118.54m(井高:5.0m)，净直径6.50mm。上下围岩类型和支撑形式为3m锁口圈，5.0米明洞和钢筋混凝土衬砌；Ⅴ类48m围岩；Ⅳ围岩35m，锚网联合支护；Ⅲ3.0m围岩，锚网支护；底部钢筋截面25米，锚网络喷联合加固衬砌。
1.工艺简介。反井法法的基本原理是钻具带动液压马达转动，电机带动水龙头。与此同时，在液压作用下，扭矩传递给钻具，使杆和钻头开始转动。此时，滚子在钻孔压力的连续作用下会在底部工作表面上执行纯轴承和轻微滑动。同时，气缸产生一定的压力和张力，通过钻杆和动头在钻头上滚动滚轮，然后产生一定的冲击载荷来剪切、冲击和挤压岩石，从而断裂岩石。连接过程中产生的岩层被冲洗液冲洗，并沿钻杆与孔壁之间的间隙从孔中取出。在钻孔过程中，拆下钻头并安装对面的铰接辊。此时，岩石碎片在自身重量的作用下落入水平轨道，由运输设备和托运人清除。该工艺简单、钻速快、适应性强，能够满足各种岩石条件。
2.反井钻机是导井连续钻井的常用设备。方法原理是在完成上部浇筑安装反井钻机从上到下钻导孔。引导孔与隧道连接后，拆下钻头，从底部向上安装扩展孔和扩展孔。导孔引入过程中产生的岩层是通过循环液体从地面流出的，而孔扩张过程中产生的岩层由于自身重力而下降到较低的水平，由装载机和运输机运出地面。
二、反井法施工竖井技术分析
天井又称反井，主要用于隧道工程、行人、物资运输、通风、填土、勘探等，其横截面一般为圆形、方形或矩形，可达数百米的竖或斜井。反井法主要是指自下而上建造这类竖井或斜井的凿井法。采用反井法施工竖井，采用普通反井法或吊罐、爬罐、反井钻机自下而上施工小断面导井。然后利用导井作为出渣口，采用自上而下的爆破方法扩大设计断面，并在扩大过程中进行必要的临时支护，进而建成所需的混凝土结构。隧道通风竖井宜采用倒竖井法，其施工工艺与普通自上而下下凿井法相比有以下优点。
1.高破岩效率。由于自由导井面的存在，可以通过扩大施工能力来提高爆破效率（钻爆利用率一般为85%）。该方法可提高爆破效率5%～10%，具有一定的经济效益。实现了深孔光面爆破。
2.装载速度快。装岩是常用方法施工竖井，周期中最为繁重的一个过程，耗费的工时多，效率低，通常占整个开挖周期的50%以上。虽然我国抓斗容量分别为0.4m3、0.565m3、0.6m3的抓岩机种类繁多，但装岩清底速度仍然很低，直接影响着掘进速度。
3.井壁质量很高。利用溜矸孔是利用反井钻机钻出，为光面爆炸创造了良好条件，并减少了对周围岩石的破坏；锚喷用作临时支撑，液压滑模用作永久支撑，减少了井口连接，提高了井壁的质量。
4.施工时应节约通风排水设备。
典型的钻井方法需要安装临时通风装置和提升系统。导井存在后，导井底部的现有通风系统可用于解决开挖过程中的通风问题。与此同时，从导井中流出的水可以从试验井转入地下隧道，从而节省提升泵等临时排水设施，降低成本，提高开挖速度。
三、施工准备
1.位置。反井施工现场是主要的地面施工现场。使钻井工具、作业和循环清洗系统严格符合设计要求。场地面积大于15m×15m，场地平坦坚硬。
2.吊装设备。钻具12.5t的重量，尺寸过大。现场勘察应使用不少于25t的设备进行。
3.基础。在工程开始之前，必须挖掘和回填。将在表层回填的基础上反井施工。基础施工时应满足下列技术要求:①应大于C20的混凝土强度等级；②应保持水平；③准确且对称预留孔；④地基必须落在稳定的基岩上。
4.供电。电源线插入站点并由固定电源供电。钻探电压380V，功率300kW以上，隧道井供电500kW，符合反井施工要求。
5.供水。导向孔钻孔扩张过程中的冷却水应大于15m3/h，井孔上部水箱，无论是水还是抽水量，应具有4.0m×2.0m×1.5m的尺寸可以满足基本的水需求。
6.施工程序。（1）钻进导孔。虽然不可能实现取芯，但可以通过实时观察钻探情况并结合相关经验对地层作出初步判断，以便为后续钻探和井壁维修提供可靠的参考。导孔钻入时会处理每个层。根据钻探过程观察，在岩石和连接区钻探时，应增加循环，加固断层中的泥浆部分，然后进行提钻和灌浆。在灌浆过程中必须保证稀浆的稠度，以确保稀浆的充分扩散。导孔钻随即再次钻孔。成功通过影响区后，取出钻具，灌浆，提高土层稳定性，封堵涌水。然后继续钻孔，直到底部水平孔贯通为止。(2)安装扩孔钻头。贯通导孔后，取出钻头并用丝扣连接。提起钻孔工具将钻孔提升到指定的高度。此外，安装钻孔时必须根据实际情况配备起重设备。(3)安装扩孔反钻后，慢慢提起钻具。当滚刀和石头接触时，停止提起钻具，开始低速转动，缓慢进入以避免滚刀击造成的损坏。当钻头与岩石完全接触时，必须开始正常钻探。扩孔穿孔时，岩石硬度较大时应增加钻压。另一方面，如果岩石硬度相对较低，则必须减少一定量钻孔压力。扩孔时，每单位钻井时间的渣量为2.3立方米/小时，因此必须选择适当的出矸系，以确保渣提取时间，避免堵塞。钻杆拆卸过程，拆下的钻杆应清洗干净，并安装防护帽以加强防护。当孔从地基延伸到2.5米时，入口压力必须降低，以便进入速度更慢。同时观察地基和周边环境的实际情况，看是否有异常。如果是，应采取有效措施纠正这种情况。（4）拆除钻机。完成扩孔钻进后，固定并悬挂钻头，然后拆下钻头主体及其辅助设备。然后将钻头放在井外，在由起重机吊起，然后拆除、组织、运输和泵送。现场清理完毕后，钻探工作即告完成。
总之，在隧道通风竖井施工中，反井施工方法在施工质量、施工速度、安全性等方面具有显着优势，特别是在减少占地和实现良好的环境效益方面。本通风竖井项目实施成功，质量和技术指标可以满足相关要求，这意味着本项目采用的反井施工方法是合理可行的，值得其他类似项目研究。
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