深大竖井施工及设备配置探讨

摘要：苍岭特长隧道1#竖井，深度268.9m，衬砌内轮廓8×7m（长×宽），施工设备的选择为整个隧道施工的重点和难点，本文重点介绍了竖井施工设备的选择，以及产生的经济效益。

关键词：隧道施工通风竖井施工设备效益分析

Abstract: in Cangling super long tunnel 1# shaft, depth 268.9m, lining the inner contours of 8× 7m ( length × width ), selection of construction equipment for the tunnel construction the key point and the difficulty, this paper introduces the construction of shaft equipment selection, as well as the economic benefits.

Key words: Tunnel construction Air shaftConstruction equipmentBenefit analysis

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

苍岭隧道1号通风竖井位于台（州）缙（云）高速公路西段苍岭隧道工程第一合同段内，苍岭隧道左洞全长：7536m，右洞全长：7605m。1号通风竖井位于隧道中部。竖井下设计有送风通道、排烟通道、逃生检修通道、运输通道、地下机房等将竖井与主洞相连，形成完整的通风系统。

竖井井深268.9m，净空直径7×8m，井身由中隔板沿竖向分隔为两个通道，分别与地下的送风通道和排烟通道相连，竖井设计有9个壁座，与二次衬砌共同受力。

竖井位于与隧道轴线近乎正交的一山谷中，谷深坡陡，植被繁茂，两侧自然坡度在40°以上。进场道路坡陡弯急。大型轮式行走机械无法到达井口，材料运输困难，雨季运输更为困难。场地狭小，标准井架的安装和提升设备的布置都受到制约。

2 开挖方法

竖井开挖方法一般有机械凿岩法和人工钻爆法开挖。根据现场场地狭小，大型机械很难运输至井口，竖井提升荷载限制，故采取人工钻爆法开挖。竖井中心位置距洞口2.85公里，深度达到268.9m，且处于岩爆区，为探明围岩情况，释放高地应力，提前对正洞通风，减小正洞施工环境，故采取先打通直径3m导井，再进行全断面扩挖的开挖方法。

3 二次衬砌施工方法

竖井二次衬砌一般采用液压爬模和翻模施工。

方案一，液压爬模。优点：衬砌成形较好，工序简化，节约人工；缺点：需要等强时间，对于提升系统要求荷载较大，模板加工时间长，配合吊盘提升操作难度大。

方案二，翻模施工。优点：不需等强时间，可以连续施工，模板加工时间短，对提升系统荷载要求较小，利于提升系统设计；缺点：工序较复杂，增加人工。

经对以上两种预定方案的反复比较，结合现场场地狭窄的实际条件，翻模施工更适合该竖井工程施工。

竖井二次衬砌施工采用煤矿凿井三号标准井架（改装）作提升支撑，慢速卷扬机提升吊盘和溜灰管，提升机提升人员机具的方法，由控制室统一信号，统一指挥。二衬自下向上采用翻模施工。钢筋、防水布等通过竖井吊桶提至工作面，混凝土通过φ159mm溜灰管和溜槽直接进入模板内。施工作业时，400/220V电通过竖井引至竖井井口，供提升设备用电，竖井作业面用电从井口自备发电引入。

4 二衬模板设计

竖井二衬方案决定采用翻模施工，模板设计必须克服以下困难：

①井内空间狭小，与吊盘协作性高；

②拆、立模板不方便；

③保证循环施工不需等强；

④中隔板随井筒一起浇筑且保证其垂直度等。

经过反复研究，模板设计为“一托二”的翻板模型，共三层，每层高1.2m，模板总高3.6m，每次翻升2.4 m，面板厚5mm，翻模时第一层砼浇注时间至少在16小时以上，达到设计拆模时间。将吊盘的安全盘与工作盘的间距设计为6m，通过调节吊盘与模板的上下间距即可满足工人有操作空间。模板设计有可调节螺杆，中隔板模板间设计有连接杆，通过螺杆的调节可保证中隔板和井筒的垂直度。

5 竖井提升设备的选型

吊桶容积为0.8m3，根据计算选用功率为45kw的JT-1提升机，钢丝绳选用6×19的不旋转钢丝绳，提升钢丝绳直径选为21.5mm，钢丝破断拉力27.15t，安全系数满足提升人员时大于11.0倍，提升设备、物料大于6.5倍的要求。此外，还需对井架的整体稳定性和各主要连接部位进行受力检算，安全系数均应满足规范要求。

5.1 提升系统设计

竖井提升分为单绳缠绕式单罐笼提升系统和多绳摩擦式单箕斗提升系统。缠绕式提升系统是将钢丝绳一端固定并缠绕在提升机卷筒上，另一端绕过天轮连接在提升容器上，当卷筒的转动方向不同时，将钢丝绳缠上或放出。其中单卷筒整体式系统常作单端提升，较适合本竖井提升。由于井深小于300m，卷筒直径未超过3m，故采用单绳缠绕式提升系统。

经过对开挖和支护施工方法的反复比较，确定了最大荷载最轻的翻模施工方案，从而确定最多只需采用5台卷扬机和一台提升机的提升方案。共六台提升设备，提升系统选用了五台JM-10慢速卷扬机，一台2t JT-1提升绞车（静张力45kN，绕绳速度1.7m/s），平均分布于井架两侧，其中提升机主要提升人员材料，三台卷扬机作为吊盘主提升设备，一台卷扬机辅助提升，一台用于二衬时提升溜灰管。该设备选型克服了场地狭窄、提升设备多的困难。

5.2 井架设计与安装

井架采用煤矿3号标准井架结构形式，根据计算对井架结构尺寸进行修改。由于不需要通过井架卸碴，故取消卸碴平台，井架高度可降低到11m，可满足钢丝绳的仰角和偏角。井架由φ219壁厚10mm的热轧无缝钢管和工字钢组成，通过法兰盘用高强螺栓连接。

井架基座达到设计强度后，开始安装井架。

井架在工厂制造，试拼后拆成散件运至井口拼装。在大型吊机不能到达井口的情况下，采用1台装载机和1台挖掘机配合四台卷扬机通过一根立竿完成井架安装。

5.3 吊盘同步提升设计

吊盘是作为井内施工的工作平台。根据竖井施工的需要，开挖和初期支护时作为对小井工作盘的提升平台，和工作人员的安全防护；二次衬砌时作为工作平台和工作平台上、下方的安全防护，故吊盘设计三层就能满足施工需要。吊盘分为安全盘、工作盘、防护盘，采取钢丝绳软连接成整体。吊盘由4台10t的慢速卷扬机提升，其中一台卷扬机的钢丝绳与吊盘稳绳兼作提升吊桶的两根稳绳，吊桶由一台额载2t型号JM-1的提升绞车（静张力45KN，绕绳速度1.7m/s）提升，人员机械运输通过吊桶上下。在工作盘上及井架天轮平台下4.5m各设置限位开关2个，以防吊桶冲顶或蹲底。吊盘尺寸均小于竖井设计净空15cm，周围用钢筋和网片做好防护

5.4 信号装置

井内无通信信号，对讲机也无法垂直传达，故井内外联络采用有线直连对话机、电铃并结合敲击吊桶的方式优势互补确保联络畅通。对话机用于井内噪音比较小时使用，且能具体说明井内情况。电铃随时可以使用，控制吊桶上下。敲击吊桶用于离工作面比较近，且噪音较小时，主要在电铃和电话失效的情况下临时使用。在施钻过程中，必须由专职信号工在井内负责指挥吊桶的升降。

5.5 施工用电、用水

由于竖井井口距高压线路较远，在开挖过程中无法与隧道内电路相连，故配备发电机自行发电。二衬施工过程中由隧道引电，发电机备用。

竖井边小溪内的水能满足生活和施工用水要求，但在旱季会出现断水情况，故在断水前预备水箱，从山脚下运水。

5.6 安全控制

在工作盘上及井架天轮平台下4.5m各设置限位开关1个，以防吊桶冲顶或蹲底。井内照明用电均采用小于36V的安全电压。

井盖上设开门机构，用一台1t卷扬机驱动。其开合与吊桶提升进行闭锁，当吊桶上行至一定高度后，其深度指示器上限位开关闭合，卷扬机启动，井盖门打开。

提升设备安装完毕后，对系统进行调试，检查各种限位开关是否有效，按1.2倍额定荷载进行超载试验，再由当地技术监督局检验合格后投入使用。建立严格的安全监察制度，定期对设备进行检查维护。

6 社会效益和技术经济效益分析

（1）优化竖井施工用电方案，自发电经济效益明显：

由于井口附近无直接电源，施工用电无法直接解决，若将电力从苍岭隧道洞口引向竖井口，仅敷设供电线路一项就需投入120～150万元。经过分析、论证后，竖井施工采用自发电，购入一台250KW发电机仅需投入20万元就可满足小直径竖井施工用电，可减少直接投入约100万元。

（2）竖井的导井与苍岭隧道提前三个月贯通，大大改善洞内施工环境，且每月可节约苍岭隧道通风费用1.28万元，三月共计1.28×3=3.84万元。

（3）优化提升系统设计方案，翻模施工比整体模板爬模施工减少提升设备三台和900m钢丝绳投入，预计减少直接投入约15万元，达到了减少投资的目的。

（4）采用先施工导井，然后从上向下扩挖和初期支护，最后从下向上施工衬砌的施工技术方案。节约了投资，技术可行、安全可靠，在大断面竖井综合施工技术方面有所突破，实现创新，为困难条件下的竖井方案提供了新思路，为以后类似工程提供成熟经验。

（5）施工产生的社会效益

竖井井口地处深山密林中，植被覆盖茂盛、环境优美，竖井扩挖施工和竖井底部连接通道施工时的洞碴均通过苍岭隧道正洞直接运向隧道弃碴场，可少占用林地12亩，大大减小了竖井施工对周围自然环境的破坏,最大限度的保持了当地自然环境的原貌，得到了当地政府和村民的一致好评。

7 参考文献

[1] 关宝树. [隧道工程施工要点集.] 人民交通出版社 ，2003年

[2] 《隧道施工机械简明手册》第一册，铁道部隧道工程局，1984年

[3] 《材料力学》，西南交通大学出版社，1994年第二版

[4] 《钢结构设计与计算》第一版，机械工业出版社，2004年

[5] 《机械设计手册》第三版，化学工业出版社，1994年