解析竖井开挖支护施工主要技术

胡广元 甘肃省水利水电工程局有限责任公司

长距离岩体隧道工程中，为了保证隧道施工安全和隧道施工作业要求，通常需要在地面打竖井，用于通风换气或者设备检修等需要。竖井开挖是长距离隧道施工中必不可少的工程环节，为保障开挖面的安全稳定，确保竖井的结构安全，常常需要做好竖井支护处理工艺。目前，竖井开挖支护技术的应用已经非常成熟，针对不同工程项目施工概况、围岩开挖强度等级等，可以有针对性地选择不同的支护技术，以达到竖井开挖支护稳固的目的。不同围岩等级竖井开挖时的风险程度也不同，采用竖井开挖支护时必须做好风险评估，并且不同的支护方式工程造价和成本也大小各异，施工单位需根据工程实际情况选择合适的竖井支护方式，做到安全和经济相平衡。

1 竖井开挖工程案例分析

1.1 工程概况

本案例选自泉州市惠女至菱溪、黄塘引调水工程C2A 标段工程项目，工程承包责任主体为甘肃省水利水电工程局有限责任公司。根据工程项目概况，其中对项目标段中国有笔架山林场后苏至菱溪输水隧洞桩号ZL16+920 处进行土门竖井开挖，竖井开挖深度182.52 m，断面采用圆形断面。开挖断面半径3.15 m，衬砌厚度为0.4 m，采用随开挖随支护的原则。在围岩条件差处随机设置锚杆支护，间距1.5 m，梅花型布置，深度3 m。竖井作业完成后，采用直径6.3 m 拦污栅封盖，井口周围设10 m×10 m 隔离围墙。竖井开挖设计结构如图1 所示。

图1 竖井开挖结构

1.2 工程重难点分析

结合本工程施工案例中的工程概况及施工条件，对其中存在的风险源及工程重难点进行分析。施工单位应根据相应的工程重难点制定合理的针对性措施，以提高竖井支护施工质量及作业效率，保障支护施工过程中的作业安全。

1.2.1 作业环境复杂，施工难度较大

本工程为引调水工程，竖井使用要求较高。根据竖井开挖结构要求，竖井深度达180 m，属于深竖井。根据竖井开挖方式，爆破加衬砌施工，局部围岩等级较差。以上种种因素造成现场施工作业难度加大，施工单位需认真分析项目工程施工条件，提前制定好竖井开挖、支护工艺方案及风险源的针对性措施，保证施工作业过程中的质量安全。

1.2.2 施工要求较高，支护工艺复杂

根据工程背景，施工过程中技术要求较高，支护施工中采用锚杆施工、钢拱架施工及喷砼处理等多种施工工艺技术，因此需格外注意做好技术施工管理，改进施工工艺，运用先进的技术设备辅助工法，确保支护施工工艺质量安全。

1.2.3 对现场支护施工技术管理要求高

不同支护施工工艺的技术处理方式、施工工艺流程以及技术应用方法等都不相同，因此现场施工技术管理要求较高，需要施工单位引起重视。为了确保竖井支护施工技术应用质量，施工单位需重视施工现场的技术管理问题，指派全面、专业的竖井支护技术管理人员，提升支护施工技术管理效率，保障施工现场各施工工艺有序开展[1]。

2 竖井开挖支护施工主要技术

竖井开挖完毕后，必须通过支护施工保持竖井内壁结构的安全稳定。按照竖井开挖结构，竖井通常分为井身段与探洞交叉段两个部分，通常根据竖井开挖围岩结构的稳定性程度判断是否对井身段以及交叉段全部做支护施工处理。竖井支护施工技术包含锚杆支护、钢拱架支护以及喷砼支护等。

2.1 锚杆支护施工工艺

锚杆支护施工技术是通过在竖井井身段或交叉段围岩等级较差部位安插预应力锚杆，利用锚杆稳固竖井内壁结构的施工方式。锚杆支护施工是竖井支护的基础工艺，其工艺流程相对较为简单。首先，对竖井内壁基面进行清理。其次，人工造孔并对孔内进行清洗，清理孔内残渣。再次，孔内注浆用于固定锚杆，锚杆要提前制作，在注浆结束后且浆液未凝固前立即安插锚杆。最后，认真检查验收锚杆安插质量，确保整个锚杆施工的质量安全。锚杆支护施工工艺中，需要重点关注以下几点施工环节。

2.1.1 人工造孔

安装锚杆时需要进行人工造孔，造孔设备一般采用手风钻，造孔时需要注意以下几个问题。首先，明确造孔点的位置，需要根据竖井设计结构、锚杆支护设计方式等提前定位好造孔点并做好标记，方便人工造孔时查找定位，孔位偏差要严格按照设计标准执行，一般控制误差在50 mm 内。其次，要根据设计要求确定孔轴方向，如有特殊要求的锚杆孔，则要严格按照施工图纸施工，以满足图纸施工的技术要求。再次，钻孔孔径的大小要大于锚杆直径，因为锚杆安装在注浆后进行，所以要计算好孔径大小，避免锚杆安插困难。最后，对钻孔进行清洗，清理孔内残渣，一般采用风洗、水洗交互进行的方式，确保孔内岩渣及积水全部清理干净。

2.1.2 注浆

锚杆支护采用“先注浆、后安装”的方式，注浆需要采用专业的锚杆支护注浆设备，如FCB250 型锚杆注浆机。注浆前，先用水润滑注浆管路，防止管路内堵塞，保证注浆通畅。注浆过程中，要时刻观察注浆状态，发现有浆液从钻孔中溢流时要及时封堵，避免废浆。注浆用材料应满足技术要求，水泥采用硅酸盐水泥，强度等级不应低于42.5 MPa；砂料采用中细砂为宜，粒径不大于2.5 mm，砂浆强度等级不应低于20 MPa；浆液配制时所需速凝剂等添加剂需要按照规范要求添加，各添加材料应满足配合比要求，可预先通过试验确定配合比的合理性，并交由监理工程师确认。

2.1.3 锚杆安装的质量检验

注浆完毕后，进行安插锚杆工序。锚杆选用二级螺纹钢筋材料，锚杆安装后需要静置5 d 以上，其间不得拉拔、敲击锚杆，以确保锚杆安装牢固。锚杆质量检验必须认真负责，首先是对锚杆材料的质量检验，认真检查生产厂家提供的质量合格证书，按指示进行抽检，检验锚杆材质和许用强度等[2]。其次，对钻孔质量进行检验，严格检查钻孔定位、孔径、深度以及倾斜度等，并做好检验记录。最后，检查注浆质量以及锚杆安装质量，如注浆的饱满度、锚杆安装的长度等，确保锚杆安装过程中无任何质量问题。

2.2 钢拱架支护施工工艺

钢拱架施工技术是在锚杆施工工艺的基础上安装钢拱架，并进行挂网防护，最后喷砼处理，以提高竖井内壁围岩结构的稳定性。钢拱架施工是竖井支护施工中常用的一种施工工艺，一般用于上井口的支护施工，也可应用于围岩结构相对较差的情况。根据本施工案例岩体工程情况，针对上井口采用钢拱架支护施工工艺，其流程如图2 所示。在对钢拱架安装时，需要重点关注其施工质量问题。

钢拱架安装开始前，必须确保预应力锚杆安装质量安全可靠。在开始进行钢拱架安装作业时，应制定好安装流程，做好施工安全防范措施。首先，钢拱架安装施工前必须提前检查岩壁岩石结构强度，观察岩石松动及脱落情况，对存在松动或有落石风险的部位应及时处理或采取一定的加固措施，确保施工时的绝对安全。其次，钢拱架应按技术要求提前制作，并对钢拱架的设计进行技术交底，施工人员需根据钢拱架设计间距做好安装定位工作。再次，钢拱架施工时，架子底部必须做垫实处理，防止围岩变形导致钢架位置偏移，如果安装后发现有位置偏差，则需进行局部处理，调整位置至合理范围内。调整位置偏差时需要做好临时支护，保障作业安全。最后，钢拱架全部正确安装完成后，采用钢丝网进行挂网防护，防止落石风险，必要时采用喷砼加固处理，以增加围岩壁的结构强度。

2.3 喷砼支护施工工艺

喷砼支护施工也是竖井开挖支护中的常用技术手段，根据本工程案例，在进行挂网处理后采用喷砼支护处理，进一步提高竖井支护结构的安全稳固性。喷砼支护施工工艺流程如图3 所示。

图3 竖井开挖支护技术喷砼支护施工工艺流程

喷砼处理可以直接对竖井内壁做硬化处理，对围岩等级差、有落石风险或不稳定区域进行直接加固处理，可以有效提升竖井支护的安全性。喷砼施工一般采用湿喷法，以上工艺流程中各工序作业环节必须严格按照设计要求和施工规范执行，并做好施工过程中的重难点问题管理[3]。

首先，砼混合料的质量保障问题。砼混合料的运输和存放都有严格的规范要求，砼材料遇水会硬化失效，因此必须做好运输和存放的防护，避免受潮或被水侵蚀。混合料配制时应提前做配比试验，确定合理的材料混合配比，并将各混合料严格按照确定比例要求添加。由于混入杂物后会影响到砼的使用性能，因此混合料配制时应对各加入的材料进行过筛，以剔除杂物。砼料的搅拌要采用专业的搅拌机，确保搅拌时间充足且搅拌均匀[4]。其次，挂钢筋网时应注意钢筋网的厚度及挂网与井壁的距离。一般钢筋网厚度不应小于20 mm，挂网设计与井壁距离不应大于50 mm。再次，喷砼作业时应特别注意喷射要点的控制。一般情况下，受井壁自身结构影响，喷砼作业很难一次性喷射完成，需要分区段、分层进行，因此必须重点做好分段处的接缝部位处理，避免出现漏喷情况。最后，喷砼作业时应注意喷射顺序。通常采用自上而下的喷射顺序，针对分层喷射必须在前一层砼终凝后再进行后一层的喷射作业，以保障最终的喷砼作业质量。

3 结语

竖井开挖工程中，需要通过支护处理技术对开挖壁面进行稳固，确保竖井使用过程中的安全性。为此，施工单位应根据竖井开挖支护施工工程条件，认真分析工程施工中的风险因素和重难点内容，制定针对性的应对措施，选择合理、经济且有效的竖井支护施工技术，确保竖井开挖及使用过程的安全稳定[5]。