特长隧道竖井预支护快速施工工法的制作方法

1.本发明属于隧道竖井施工技术领域，特别涉及特长隧道竖井预支护快速施工工法。


背景技术：

2.随着高速公路网向广大山区延伸，长大公路隧道大量涌现，采用竖井分段纵向通风的隧道日益增多。在运营通风及防灾救灾的压力下，公路隧道通风竖井的直径也日益增大，竖井修建的成本和安全问题亦日益突出。特长隧道通风竖井大多数采用全断面开挖法施工。全断面开挖法在公路隧道通风竖井施工中属于一项成熟技术，而它具有施工速度慢，需专门的施工通风，施工排水不方便，工程质量低，劳动强度高，提升能耗大，总投入大，安全风险高的缺点。如何实现特长隧道通风竖井快速施工，提高施工工效、安全性能，实现自然通风，降低劳动力强度，减少能源消耗，减少设备使用，提高施工质量，真正实现快速施工和提高本质安全水平尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供特长隧道竖井预支护快速施工工法，以提高施工工效、安全性能，实现自然通风，降低劳动力强度，减少能源消耗，减少设备使用，提高施工质量。
4.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于，包括如下步骤：
6.步骤一、施工准备
7.施工前，做好“四通一平”准备工作，开工前对技术人员、管理人员及施工人员做好二、三级技术交底和安全教育，按照需求准备相应的设备、材料，并组织测量人员做好控制点复核联测工作，进行控制网和井口十字控制桩的布设；施工前需加工制作钢护筒，采购磨石滚刀、稳定钻杆和普通钻杆，施工水、电及通讯线路输送导孔；综合考虑挖机站位、爆破粒径大小和反井钻机性能，确定溜渣通道直径为φ1400mm；钢护筒的加工采用10mm厚的高强度钢板加工而成，外径为130cm，单节长度为6m，制作完成后，运输至现场，采用横向对接焊缝进行连接。
8.步骤二、井口段施工
9.竖井进口段采用上锁口、下壁座法进行施工，先对施工范围内进行找平，使用全站仪放出竖井开挖线，边坡开挖支护后及时施作四周排水沟，然后硬化井口四周场地，建立完善的生产区各项设施；开挖掘进深度符合设计要求后浇筑垫层，进行钢筋绑扎，钢筋绑扎完成且验收合格后，下放整体钢模板，采用泵车浇筑井壁混凝土，养生7天后，完成井口范围内起重机基础和反井钻机基础的混凝土浇筑，待井壁混凝土强度达到设计强度后采用混凝土进行基坑回填，进行场地平整；
10.步骤三、竖井中心测量定位
11.在超前小导孔施工前，按设计孔位现场放样出竖井以下几何要素：井身中心坐标
和对应位置的高程，使竖井中线、标高及限界符合设计标准和误差要求，以利于钻机精准就位、定位；
12.步骤四、反井钻机就位调试
13.电源、水源、洗井液池、冷却水池等准备到位后，按钻机中心找正钻机位置，保证钻机竖起后主轴旋转中心与钻孔中心相重合；锁紧卡轨器，按照设备使用说明书操作流程进行调试；钻机调整好后，全面检查各部件安装是否准确；然后接通电源，启动液压泵，观察主、副泵压力表，正常情况下，方可接上开孔钻杆及导孔钻头进行开孔钻进作业；
14.步骤五、超前小口径先导孔施工
15.反井钻机就位调试完成后，采用φ270mm磨石滚刀钻头，自上而下高速正向旋转钻进，当钻井深度达到设计深度时，停止钻进；超前小口径先导孔开口利用稳定钻杆慢速开孔，以后在3m、6m、10m处各安一根稳定钻杆，此后随着钻进深度增加，每隔10～15m左右安装一根稳定钻杆，其余安装普通钻杆；钻孔过程中应保证排渣水压和水量大小，防止因排渣不及时导致钻孔偏斜，每隔10m检测一次导孔偏斜情况，当反出岩屑粒度和形态出现显著变化或发生其他表明可能发生导孔偏斜的情况时应增加检测导孔偏斜情况，应及时进行纠正；
16.步骤六、溜渣导孔逆向扩挖施工
17.当超前小口径先导孔导施工至设计深度后，进行φ1400mm破岩滚刀的安装与调试，然后开始逆向低压扩钻施工，扩钻时利用钻杆内自带输水管对钻头进行送水，进行冷却降尘；扩孔钻渣利用联络通道，采用机械装渣、无轨运输的方式通过正洞运输至洞外；当钻头距基础2.5m时，降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象；如果有，要及时采取措施处理，同时降低钻进速度，直至钻头露出地面；之后，完成钻机拆除；
18.步骤七、溜渣导孔3d扫描测量和分析
19.(1)数据采集
20.将zeb-horizon 3d移动扫描仪固定在门式起重机吊钩位置，垂直上下在溜渣通道内移动，形成闭合环，进行数据采集；
21.(2)数据处理
22.①
原始数据解算
23.将原始数据导入进预处理软件hub里进行解算，解算完成后，对数据的分层情况进行检查，判断可用性，直观有效地查看溜渣导孔内整体3d模型图；
24.②
数据坐标转换及拼接
25.扫描前在竖井井口外布设控制点，并在采集过程中依次对控制点进行记录。在原始数据解算完成后，将控制点输入进行坐标转换，自动生成转换后的高精度报告，直观地反应破碎地带溜渣通道变化情况，进行数据采集应用，采取钢护筒精准支护。
26.步骤八、钢护筒预支护
27.结合竖井围岩地质剖面图和3d数据模型，对存在节理裂隙发育，临空面发生变化的部位及时进行钢护筒预支护；根据施工放样的桩位，门式起重机先起吊第一节钢管桩，下放至上缘距溜渣导孔口1m位置停止，然后使用专用卡具在溜渣导孔位置固定第一节钢管桩，调整垂直度，当第一节钢护筒安装就位后，门式起重机起吊第二节钢护筒与第一节连接，采用横向对接焊缝的形式进行焊接连接，调整垂直度，循环连接剩余管节，直至第一节管口固定至联络通临时支撑门架处；支护完成后，采用轻质粉煤灰混凝土对钢护筒与岩面
形成的空间体进行回填；
28.步骤九、正向爆破开挖
29.采用光面爆破技术进行正向开挖，利用溜渣导孔作为掏槽后的临空面，为其他炮眼的爆破创造有利条件；爆破开挖前，爆破设计应根据工程地质、地形环境、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻研机具、爆破材料和出渣能力等因素综合考虑，并根据实际爆破效果及时对爆破设计参数进行调整，本着“短进尺、弱爆破、多循环”的原则，减小爆破对周边围岩的扰动，提高光面爆破效果，爆破后的弃渣经溜渣导孔和联络通道，运送至洞外，循环进尺，直至竖井贯通；
30.步骤十、初期支护施工
31.工作面清渣作业完毕后，及时施作井壁初期支护，喷砼作业前必须清除井筒周边浮石，完成后，按井孔中心检查几何尺寸，挂好参照线，埋设厚度控制标识，在工作面铺设好土工布，做好回弹料回收的准备工作；喷射时，先向岩面用左右或上下移动的方式进行初喷，然后在此初喷层上以螺旋状一圈压半圈，沿横向做缓慢划圈运动，划圈直径以100～150mm为宜，喷射顺序自下而上，以防砼因自重而产生裂缝和脱落，接茬和底部要喷严、喷实；喷头距受喷面0.8～1.2m为宜，垂直受喷面喷射时喷头向下不得超过15
°
，一次喷厚3～5cm，分层喷射间隔时间为15～20分钟，如超过1小时，喷前需用风和水清洗基面，做到接头良好，混凝土平整度偏差控制在20mm以内。
32.步骤十一、二次衬砌施工
33.竖井二次衬砌和中隔板采用翻模法同时施工，按设计及规范要求现场进行钢筋绑扎、焊接，混凝土浇筑后必须露出最上面一层水平筋，钢筋间距应符合要求，每层水平钢筋应处于同一平面，上下层之间接头错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头错开，同时利用高强混凝土垫块控制保护层，所用混凝土在拌合站集中拌合，混凝土使用地泵自下而上进行垂直输送浇筑，采用分层对称浇筑机械振捣；为防止在输送混凝土的过程中产生离析现象，在混凝土搅拌过程中严格控制水灰比，同时输送过程要保证混凝土连续供应，在浇筑混凝土前对管路进行浸湿。
34.步骤十一、混凝土养护
35.二衬混凝土在拆模后采用自行式竖井二衬养护一体台车进行雾化喷淋养护，养护时间不少于7天，若二衬强度增长缓慢时，可延长养护时间。
36.优选的，在步骤五中，当钻井深度一定时，考虑钻具自重影响，压力逐步减小；必要时，调整平衡阀来控制，使刀具对岩石的压力合理；对于松软地层和过度地层采用低钻压，对于硬岩稳定地层采用较高钻压；在钻透至与联络通道交叉口3米左右，应逐渐降低钻压，保证导孔垂直。
37.优选的，在步骤六中，在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，应使用低钻压；钻进时，司机要精力集中，要根据地质柱状图和设计规定的转速、钻压进行作业，要经常注意压力表的变化情况并随时调整；当扩孔钻头安装完成后，扩孔开始时需安排专人在井底观察，及时将破岩情况通知操作人员，并做好钻进记录，对地质变化岩渣做好地质描述并注意与钻孔时绘制的地质剖面图进行对比分析；扩孔开始时，应保持最低转速(5～9r/min)钻进，直到滚刀开始接触岩石，待刀齿把凸出的岩石全部破碎后再继续少量给进(给进量控制在3—5cm)后停止上提，等待钻头破岩完成，如此反复直至钻头全部
均匀接触岩石；在扩孔过程中，应根据围岩情况及时调整钻速钻压；当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。
38.优选的，在步骤八中，钢护筒应该按照不同规格分别堆放，堆放的层数和形式应安全可靠，并应避免产生纵向变形和局部压曲变形；钢护筒在吊装、对接焊接时应保证钢护筒的垂直度，在钢护筒进入溜渣导孔以下时，钢护筒应高出溜渣导孔口100cm,以便下一节钢护筒的安装和焊接；钢管桩应采用多层焊，焊完每层焊缝后，应及时清理焊渣，并做外观检查，每一层焊缝应错开。
39.本发明具有以下有益效果：
40.1、施工便捷，工效较高。通过先行开凿一个超前小口径先导孔，再使用破岩滚刀逆向扩挖形成溜渣导孔，最后进行正向爆破扩挖竖井。整个施工过程只需要一台反井钻机、破岩滚刀和少许辅助施工人员，反井钻机采用全液压驱动，结构紧凑、重量轻、功率省，钻井工序实现机械化作业，操作简单、安全，改善了劳动条件，减降低了劳动强度。破岩滚刀刚度大，单位时间工效较高，能够快速逆挖形成溜渣导孔。同时，渣体通过溜渣通道自由落入联络通道，由正洞出渣，施工工效明显提高，不需要抓岩机等提升设备，快速、经济、安全。
41.2、技术尖端，测量精准。采用zeb-horizon 3d移动扫描仪，凭借强大的slam(同步定位与建图)尖端技术和大测程性能，能够轻松进行溜渣导孔扫描，对破碎地带溜渣导孔变形情况、围岩节理裂隙发育情况进行全方位扫描，快速构建高度精确的3d模型，通过转换，提供了直观的数据模型，提供了可靠的技术保证和数据支撑
42.3、支护较强，安全可靠。传统的测量仪器和技术已经无法满足当前对溜渣导孔探测的要求。通过3d模型数据的精确分析和直接观察，可以直接判断破碎带溜渣导孔的变化情况，对溜渣导孔采取钢护筒预支护措施，有效避免了破碎带围岩塌方等风险，彻底消除了正向爆破扩挖过程中溜渣导孔堵塞等不利影响因素，提高了爆破施工过程中掌子面的稳定性和安全性，本质安全水平显著提升。
43.4、操作方便，节能环保。该施工工法采用的反井钻机效率高，成井速度快质量好。钻机所使用的能源为电力能源，不会对环境造成破坏。钻机工作过程所使用的洗井液即清水或泥浆符合国家环保标准的要求。钻机工作过程所使用的冷却水和洗井液均为循环使用，不会浪费。加快了施工进度，减少了施工人员井内作业时间，保护了施工人员身体健康，经济、环保效益显著。
附图说明
44.图1为本发明施工工法的流程图。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.实施例一
47.甘肃路桥建设集团有限公司在g312线清水驿至傅家窑公路土建四标冰草湾特长隧道施工中，针对如何精准快速进行通风竖井施工，开展了特长隧道通风竖井快速施工技
术的一系列研究，通过现先行凿一个超前小口径先导孔，再用破岩滚刀逆向扩挖形成溜渣导孔，增加钢护筒支护，最后进行正向爆破扩挖竖井。同时，在施工过程中，对监控量测设备不断研究应用，采用zeb-horizon 3d移动扫描仪，凭借强大的slam技术，对破碎地带溜渣导孔变形情况、围岩节理裂隙发育情况进行可视化扫描，填补了溜渣导孔内难以入内、围岩节理裂隙无法判断、临空面和溜渣导孔收敛变形情况无法准确测量的空白，为针针对性地对渣导孔先采取钢护筒预支护措施提供了可靠的技术保证和数据支撑，进一步提高了竖井开挖施工工效，降低了危大工程施工安全风险，降低了井内作业人员数量，减少了机械设备的使用，提高了精细化施工水平，且缩短了施工工期、降低了施工成本。并且经过总结提炼，形成了特长隧道竖井预支护快速施工工法。
48.特长隧道竖井预支护快速施工工法在施工施需进行如下安全管理：
49.(1)开工前作业人员必须进行岗位培训，严格按照安全技术规程进行作业，组织每个施工人员，认真学习和执行反井钻机操作规程，做出较详细的生产安全技术交底，增强安全意识，并进行安全技术应知应会考核。
50.(2)在反井钻机固定防护罩的框架上印有“开机前必须安装防护罩的字样。扩孔钻进时严禁动力水龙头反转。
51.(3)钻进导孔时，如突然发现钻具旋转困难，可能是遇到裂隙岩缝而卡钻，应将钻具提升一定高度，再慢慢向下旋转扫孔，一次扫孔不灵，可多进行几次。扫孔仍不能解决问题，需提钻进行检查。
52.(4)钻进导孔或扩孔时，如发现水源中断，立即停止钻进，查找原因。导孔工作时提高钻具至最高位置；扩孔工作时扩孔钻头应往下放一些。
53.(5)严禁在液压系统渗漏的情况下工作。对液压系统渗漏的渗漏物应及时清理，掩埋处理，及时消除事故隐患。
54.(6)钢护筒接长施工时，必须有专人指挥进行起吊，起吊时，下方严禁站人；在孔口接长时，必须使用专用卡具对钢护筒进行支撑。
55.(7)爆破后，竖井工作面扒渣和井底出渣应分时作业，工作面扒渣完毕，应对溜渣井井口采用钢板进行封闭，再安排井底出渣作业。
56.(8)在开挖接近至贯通位置时，按照不小于1倍的孔径计算其每循环剩余开挖深度，根据剩余厚度确定其最后的爆破量，保证施工过程中的安全。
57.(9)工作面清渣作业完毕后应及时施作井壁初期支护，确保围岩的稳定性。
58.(10)竖井扩挖施工需配备一台备用发电机，确保在主网断电时提升系统有足够的动力将井内作业人员运出井外。
59.(11)施工期间现场负责人会同有关人员对各部位定期检查。定期对初期支护收敛变形和井口竖向位移进行量测，发现异常时，应立即停止施工，采取必要的措施。
60.(12)混凝土浇筑过程中应对称浇筑，两侧混凝土高差不得超过0.5m，并设专人观察二衬浇筑位置，适当放慢泵送速度，直至封满。
61.(13)整个竖井结构施工期间，设专职信号工，信号工由经过专门的业务培训并取得合格证的人员担任，统一进行指挥。
62.实施例二效益分析
63.一、经济效益分析
64.1、设备费用
65.采用“特长隧道竖井预支护快速施工工法”进行施工，相比于传统的全断面开挖法，本工法在施工时引进了反井钻机和3d扫描仪，对破碎地带溜渣通道进行预支护。根据现场实际使用情况，以清傅四标冰草湾特长隧道通风竖井65m计算，进行效益分析。其中1m井身掘进一次性投入费用如表1所示。
66.表1材料、设备费用对比分析表
[0067][0068][0069]
采用“全断面开挖法”平均浇筑1米的费用为：5737元。
[0070]
采用“特长隧道竖井预支护快速施工工法”平均浇筑1米的费用为：4699元。
[0071]
由此可得采用“特长隧道竖井预支护快速施工工法”平均浇筑1米比采用“全断面开挖法”可节约设备、材料费共1038元，则按照清傅四标冰草湾特长隧道通风竖井65m计算，可节约设备、材料费：1038
×
65＝67470元。
[0072]
2、加快施工进度
[0073]
采用“特长隧道竖井预支护快速施工工法”进行施工，提高了施工工效、安全性能，实现自然通风，降低劳动力强度，减少能源消耗，减少设备使用，提高施工质量，真正实现了快速施工。
[0074]
每开挖1m工期计算见表2。
[0075]
表2开挖1m工期计算表
[0076][0077]
由甘肃路桥建设集团有限公司g312线清水驿至傅家窑公路第四合同段冰草湾特长隧道通风竖井井身高65m，经计算共计节约劳务费用：
[0078]
节省劳务费用：5880元/m
×
65m＝382200元
[0079]
通过工艺改进，节省了材料，加快了施工进度，缩短了工期，更节省人力，节省成本，确保作业安全，经济效益显著。
[0080]
二、社会效益
[0081]
1、节能环保效益显著
[0082]
减少用电量和油料消耗量，节省利用非再生资源的使用，减少了有害气体的排放量，通过特长隧道竖井预支护快速施工工法，从而实现节约能源、保护环境的目的。以开挖1m长度进行工艺对比。
[0083]
表3开挖1m用电量、耗油量对比分析表
[0084][0085]
按照冰草湾特长隧道通风竖井井身高65m，计算共节省燃油、用电费用：7.6元/l
×
6.2l
×
65m+0.65元/kw
×
40.5kw
×
65m＝4773.9元
[0086]
2、保护职业健康
[0087]
采用本工法施工实现了掌子面自然通风，明显缩短了掌子面人员作业频次和时间，保护了施工人员的身体健康。
[0088]
3、安全性明显提高
[0089]
采用溜渣导孔进行溜渣，通过联络通道运输至洞外，彻底避免了垂直向上出渣掉落等风险。
[0090]
综上，由甘肃路桥建设集团有限公司承建的g312线清水驿至傅家窑公路第四合同段冰草湾特长隧道通风竖井井身高65m，经计算共计节约费用：
[0091]
节约设备、材料费：1038
×
65＝67470元。
[0092]
节省劳务费用：5880元/m
×
65m＝382200元
[0093]
节省燃油、用电费用：7.6元/l
×
6.2l
×
65m+0.65/kw
×
40.5kw
×
65m＝4773.9元节省费用：67470元+382200元+4773.9元＝454443.9元
[0094]
实施例三应用实例
[0095]
(1)工程名称：g312线清水驿至傅家窑公路工程项目qftj4合同段
[0096]
(2)工程地点：甘肃省兰州市皋兰县
[0097]
(3)工程造价：169260.67万元
[0098]
(4)施工工期：2022.6.1-2023.10.25
[0099]
(5)工程概况：清水驿至傅家窑公路是g312上海至霍尔果斯公路重要组成部分，也是榆中生态创新城至兰州市的快速通道之一。该项目冰草湾特长隧道位于甘肃省兰州市榆中县，出口位于皋兰县什川镇。该隧道左线总长5524.51m，右线总长5495.61m，属双洞特长隧道。为满足通风要求，在出口段yk42+715和zk42+712.19测设线中间设计竖井，采用内径为5.4m的圆形结构，井深穿越强风化黄岗岩破碎带。
[0100]
在特长隧道通风竖井施工时，采用特长隧道竖井预支护快速施工工法，加快了施工进度，减少了施工人员井内作业时间，保护了施工人员身体健康，提高了本质安全水平，经济、环保效益显著，得到业主及监理单位的认可。
[0101]
冰草湾特长隧道通风竖井自2023年2月正式使用特长隧道通风竖井预支护快速施工工法，以来，通过不断地优化和改进施工工艺，不仅确保了施工安全，而且加快了施工进度，减少了洞内施工人员的工作时间，质量、经济效果显著。
[0102]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、施工准备；步骤二、井口段施工；步骤三、竖井中心测量定位；步骤四、反井钻机就位调试；步骤五、超前小口径先导孔施工；步骤六、溜渣导孔逆向扩挖施工；步骤七、溜渣导孔3d扫描测量和分析；步骤八、钢护筒预支护；步骤九、正向爆破开挖；步骤十、初期支护施工；步骤十一、二次衬砌施工；步骤十一、混凝土养护。2.根据权利要求1所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤二中，竖井进口段采用上锁口、下壁座法进行施工，先对施工范围内进行找平，使用全站仪放出竖井开挖线，边坡开挖支护后及时施作四周排水沟，然后硬化井口四周场地，建立完善的生产区各项设施；开挖掘进深度符合设计要求后浇筑垫层，进行钢筋绑扎，钢筋绑扎完成且验收合格后，下放整体钢模板，采用泵车浇筑井壁混凝土，养生7天后，完成井口范围内起重机基础和反井钻机基础的混凝土浇筑，待井壁混凝土强度达到设计强度后采用混凝土进行基坑回填，进行场地平整。3.根据权利要求2所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤四中，电源、水源、洗井液池、冷却水池等准备到位后，按钻机中心找正钻机位置，保证钻机竖起后主轴旋转中心与钻孔中心相重合；锁紧卡轨器，按照设备使用说明书操作流程进行调试；钻机调整好后，全面检查各部件安装是否准确；然后接通电源，启动液压泵，观察主、副泵压力表，正常情况下，方可接上开孔钻杆及导孔钻头进行开孔钻进作业。4.根据权利要求3所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤五中，反井钻机就位调试完成后，采用φ270mm磨石滚刀钻头，自上而下高速正向旋转钻进，当钻井深度达到设计深度时，停止钻进；超前小口径先导孔开口利用稳定钻杆慢速开孔，以后在3m、6m、10m处各安一根稳定钻杆，此后随着钻进深度增加，每隔10～15m左右安装一根稳定钻杆，其余安装普通钻杆；钻孔过程中应保证排渣水压和水量大小，防止因排渣不及时导致钻孔偏斜，每隔10m检测一次导孔偏斜情况，当反出岩屑粒度和形态出现显著变化或发生其他表明可能发生导孔偏斜的情况时应增加检测导孔偏斜情况，应及时进行纠正；当钻井深度一定时，考虑钻具自重影响，压力逐步减小；必要时，调整平衡阀来控制，使刀具对岩石的压力合理；对于松软地层和过度地层采用低钻压，对于硬岩稳定地层采用较高钻压；在钻透至与联络通道交叉口3米左右，应逐渐降低钻压，保证导孔垂直。5.根据权利要求4所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤六中，当超前小口径先导孔导施工至设计深度后，进行φ1400mm破岩滚刀的安装与调试，然后开始逆向低压扩钻施工，扩钻时利用钻杆内自带输水管对钻头进行送水，进行冷却降尘；扩孔钻渣利用联络通道，采用机械装渣、无轨运输的方式通过正洞运输至洞外；当钻头距基础
2.5m时，降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象；如果有，要及时采取措施处理，同时降低钻进速度，直至钻头露出地面；之后，完成钻机拆除；在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，应使用低钻压；钻进时，司机要精力集中，要根据地质柱状图和设计规定的转速、钻压进行作业，要经常注意压力表的变化情况并随时调整；当扩孔钻头安装完成后，扩孔开始时需安排专人在井底观察，及时将破岩情况通知操作人员，并做好钻进记录，对地质变化岩渣做好地质描述并注意与钻孔时绘制的地质剖面图进行对比分析；扩孔开始时，应保持最低转速(5～9r/min)钻进，直到滚刀开始接触岩石，待刀齿把凸出的岩石全部破碎后再继续少量给进(给进量控制在3—5cm)后停止上提，等待钻头破岩完成，如此反复直至钻头全部均匀接触岩石；在扩孔过程中，应根据围岩情况及时调整钻速钻压；当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。6.根据权利要求5所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤七中，所述溜渣导孔3d扫描测量和分析包括：(1)数据采集将zeb-horizon3d移动扫描仪固定在门式起重机吊钩位置，垂直上下在溜渣通道内移动，形成闭合环，进行数据采集；(2)数据处理
①
原始数据解算将原始数据导入进预处理软件hub里进行解算，解算完成后，对数据的分层情况进行检查，判断可用性，直观有效地查看溜渣导孔内整体3d模型图；
②
数据坐标转换及拼接扫描前在竖井井口外布设控制点，并在采集过程中依次对控制点进行记录。在原始数据解算完成后，将控制点输入进行坐标转换，自动生成转换后的高精度报告，直观地反应破碎地带溜渣通道变化情况，进行数据采集应用，采取钢护筒精准支护。7.根据权利要求6所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤八中，结合竖井围岩地质剖面图和3d数据模型，对存在节理裂隙发育，临空面发生变化的部位及时进行钢护筒预支护；根据施工放样的桩位，门式起重机先起吊第一节钢管桩，下放至上缘距溜渣导孔口1m位置停止，然后使用专用卡具在溜渣导孔位置固定第一节钢管桩，调整垂直度，当第一节钢护筒安装就位后，门式起重机起吊第二节钢护筒与第一节连接，采用横向对接焊缝的形式进行焊接连接，调整垂直度，循环连接剩余管节，直至第一节管口固定至联络通临时支撑门架处；支护完成后，采用轻质粉煤灰混凝土对钢护筒与岩面形成的空间体进行回填。8.根据权利要求7所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤九中，采用光面爆破技术进行正向开挖，利用溜渣导孔作为掏槽后的临空面，为其他炮眼的爆破创造有利条件；爆破开挖前，爆破设计应根据工程地质、地形环境、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻研机具、爆破材料和出渣能力等因素综合考虑，并根据实际爆破效果及时对爆破设计参数进行调整，本着“短进尺、弱爆破、多循环”的原则，减小爆破对周边围岩的扰动，提高光面爆破效果，爆破后的弃渣经溜渣导孔和联络通道，运送至洞外，循环进尺，直至竖井贯通。9.根据权利要求8所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤十
中，工作面清渣作业完毕后，及时施作井壁初期支护，喷砼作业前必须清除井筒周边浮石，完成后，按井孔中心检查几何尺寸，挂好参照线，埋设厚度控制标识，在工作面铺设好土工布，做好回弹料回收的准备工作；喷射时，先向岩面用左右或上下移动的方式进行初喷，然后在此初喷层上以螺旋状一圈压半圈，沿横向做缓慢划圈运动，划圈直径以100～150mm为宜，喷射顺序自下而上，以防砼因自重而产生裂缝和脱落，接茬和底部要喷严、喷实；喷头距受喷面0.8～1.2m为宜，垂直受喷面喷射时喷头向下不得超过15
°
，一次喷厚3～5cm，分层喷射间隔时间为15～20分钟，如超过1小时，喷前需用风和水清洗基面，做到接头良好，混凝土平整度偏差控制在20mm以内。10.根据权利要求9所述的特长隧道竖井预支护快速施工工法，其特征在于：在步骤十一中，竖井二次衬砌和中隔板采用翻模法同时施工，按设计及规范要求现场进行钢筋绑扎、焊接，混凝土浇筑后必须露出最上面一层水平筋，钢筋间距应符合要求，每层水平钢筋应处于同一平面，上下层之间接头错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头错开，同时利用高强混凝土垫块控制保护层，所用混凝土在拌合站集中拌合，混凝土使用地泵自下而上进行垂直输送浇筑，采用分层对称浇筑机械振捣；为防止在输送混凝土的过程中产生离析现象，在混凝土搅拌过程中严格控制水灰比，同时输送过程要保证混凝土连续供应，在浇筑混凝土前对管路进行浸湿。

技术总结
本发明属于隧道竖井施工技术领域，特别涉及特长隧道竖井预支护快速施工工法，包括如下步骤：施工准备、井口段施工、竖井中心测量定位、反井钻机就位调试、超前小口径先导孔施工、溜渣导孔逆向扩挖施工、溜渣导孔3D扫描测量和分析、钢护筒预支护、正向爆破开挖、初期支护施工、二次衬砌施工和混凝土养护；该施工工法采用的反井钻机效率高，成井速度快质量好。钻机所使用的能源为电力能源，不会对环境造成破坏。钻机工作过程所使用的洗井液即清水或泥浆符合国家环保标准的要求。钻机工作过程所使用的冷却水和洗井液均为循环使用，不会浪费；加快了施工进度，减少了施工人员井内作业时间，保护了施工人员身体健康，经济、环保效益显著。环保效益显著。环保效益显著。


技术研发人员：王晓琰 惠鹏嘉 包家存 陈永伟 姚盼宁
受保护的技术使用者：甘肃五环公路工程有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/19