益田路隧道1号竖井明挖逆筑法
施工技术总结
［摘 要］本文以广深港客运专线益田路隧道1#竖井为依托，结合明挖逆筑法施工工艺。对客运专线竖井施工工法做详细阐述和总结，施工经验能为竖井施工积累技术资料，还能为同类竖井施工提供类比法依据。
［关键词］客运专线、益田路隧道、竖井、明挖逆筑法、盾构始发井
1、工程概况
益田路隧道1号竖井，起址里程DK107+892～DK107+915。竖井前连接矿山法施工段隧道，后连接盾构法施工段隧道。施工期间该竖井为益田路隧道盾构始发工作井，并作为矿山法施工的一个工作井与矿山法隧道之间设置一道变形缝。本竖井工程位于距益田路隧道洞口3082m处，竖井顶面地面设计高程42.0m，竖井底面标高-10.039m，竖井深52.039m。竖井断面为长方形，内净空尺寸为23m×18m。本竖井含六道冠梁(KL梁)，为运营期铺设层板使用。
本竖井工程结构复杂，开挖断面大、基坑深、施工难度高。本竖井的地质情况主要是非基岩和基岩。在施工中，针对不同的地质情况，采用不同的施工方法: 非基岩段采用φ80cm@100cm钻孔灌注桩围护、φ80cm旋喷桩止水帷幕，钻孔桩伸入弱风化岩层不小于2.5米，旋喷桩伸入弱风化岩层不小于1米，旋喷桩加固体渗透系数不大于10-7m/s,28天加固体强度不小于1MPa。
位于基岩地段采用喷锚支护，初期支护参数为：10cm厚C25喷射混凝土，单层φ10mm钢筋网，网格间距15cm×15cm;锚杆采用φ20mm砂浆锚杆，L=3.0m或4.0m,水平面夹角12°，间距1.5m*1.5m(竖*横)。侧墙开洞侧锚杆采用φ20mm玻璃纤维锚杆，L=4.0m,间距1.5m*1.5m(竖*横)。工作井主体结构采用C35防水钢筋混凝土，位于20米以上结构抗渗等级不小于S8，位于20米以下结构抗渗等级不小于S10。竖井每次开挖4.5米，开挖后及时施作内衬结构。
2、工程地质
竖井场地内自上而下分布以下地层：
1 （1）人工填土层：主要为素填土，局部为杂填土。开挖等级以1级土松土为主，局部为III级硬土。
（2）坡残积层：构成岩性为粉质黏土含杂物、黏性由其母岩成份的不同而稍有变化，为III级硬土。
（3）花岗岩全风化带：褐红、棕红、棕黄色，除石英外，其余矿物均已风化成高岭土，岩芯呈土状或夹砾砂状，土质坚硬，浸水易崩解，为 III级硬土。
（4）花岗岩弱风化：肉红色，粗粒斑状结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙发育，岩体呈块状，为V级次坚岩。
3、竖井明挖逆筑法施工技术 3.1围护结构施工
为防止竖井井口失稳，在其四周设有Φ800钻孔围护桩，桩间距1.0m，伸入弱风化岩层不小于2.5m。采用冲击钻机钻孔，导管法灌注混凝土。
在钻孔桩间采用Φ800旋喷桩止水，旋喷桩采用三重管法，长度伸入弱风化岩层顶，确保井内干燥无积水，确保作业人员安全。
具体布置见下图：
围护结构平面布置图
φ800旋喷桩止水帷幕φ800@1000钻孔灌注桩早强桩间网喷砼（20φ钢筋网φ800钻孔桩+止水帷幕大样图
3.2提升设备配置
由于益田路隧道正洞DK107+650处设计有运输斜井，故竖井无需考虑洞内进度指标及出渣方量，仅需计算竖井本身开挖方量，提升设备计算如下：
（1）、出渣量及提升能力计算 ① 竖井每循环出碴量计算
V碴=S×m×n =24×19×0.5×1.3=296.4m3 V碴—竖井每循环出碴量 S—断面开挖面积 n—松散系数，取1.3 m—每循环进尺，取0.5m ② 提升能力计算
龙门吊的提升高度L=54m，提升速度18m/min,吊一斗碴的时间为s=3×2+1+1×2+1=10分钟（其中1为小车的行走时间及倒碴时间），每小时提升6斗，8m3斗装6m3碴，门吊每天工作10小时。
一套龙门吊提升能力计算如下：
V提= N×T×V×M =6×10×8×0.75=360m3 V提—平均每天提升碴土量
N—一台龙门吊平均每小时提升次数，取4次/小时
3 T—平均每天的工作时间，取10小时 M—碴斗的装满系数，取0.75 V—碴斗的容量，取8m3 （2）、设备选型：一台门吊每天出碴量V=360 m3,满足每天的施工进度要求。考虑到龙门吊起吊最重设备机械挖掘机20吨，8m碴斗装碴及斗重等因素，安全系数以1.25计，龙门吊最大起吊重量应为25吨，因此考虑使用一台25吨。
（3）、遮雨防护措施：竖井范围内设遮雨棚，以避免雨水灌入。遮雨棚立柱焊接在龙门吊两条主梁上，悬臂长度应能全部遮盖井口。
（4）由于龙门吊要起吊挖机，挖机高5.5米，竖井内衬高出地面1米，考虑到起吊的安全距离，因此龙门吊高出地面7米。受竖井场地限制，龙门吊采用桁架式结构，主跨度25m，提升高度+7至-53m，起重机采用MG型电动桥式起重机，起吊能力25T，提升速度18m/min。具体布置见下图。
3龙门吊布置图
3.3竖井开挖
竖井施工采用“竖向分层、随挖随支”的总原则组织施工。
竖井开挖顺序：3m范围内开挖→3~7m范围内开挖→7~12米范围内开挖 →12m以下开挖 （1）、井口段3m范围采用1.4m³挖掘机直接开挖，自卸汽车出渣，完成后施作冠梁及上部侧墙。
4 （2）、KL-1冠梁施工完成后， 3~7m范围内采用挖掘机一次开挖到位并施作第一组内衬混凝土。
（3）、7~12m采用起重机配合挖掘机开挖，采用8m³渣斗出渣，进入基岩段采用破碎锤配合人工风镐开挖，挖掘机装渣。
（4）、12m以下采用松动爆破开挖，挖掘机出渣直至井底。
（5）、开挖过程中在渗水集中处设一1m×1m×1m集水坑，采用多级耐磨离心泵抽水至沉淀池后引入地下排水系统。
（6）、竖井井底为Ⅱ级围岩，由于断面较大，此段隧道正洞通过竖井采用三台阶法开挖。首先由竖井开挖至正洞上台阶底高程处，依照设计进行正洞支护，然后分别向进、出口方向开挖上台阶，当上台阶断面开挖30m~40m后，开挖竖井至正洞二台阶底，同样施作支护后向进、出口方向开挖，与二台阶距离控制在20m~30m，形成正常开挖工作面后在开挖竖井落底至设计高程，最后开挖下台阶。如下图所示：
(a)()()(a)竖井开挖至正洞上台阶底高程（b)向进、出口开挖方向上台阶（c)竖井开挖至正洞二台阶底高程（d)向进出口开挖上、二台阶（e)竖井开挖落底至设计高程（f)向进、出口开挖方向下台阶()()()
竖井进入正洞过渡段施工示意图
3.3初期支护施工
竖井开挖后及时施作支护，以确保施工安全，竖井初期支护采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护。
根据实际情况在开挖过程中间增加横撑，以保证井身的稳定。
初期支护采用风钻钻眼，人工安装锚杆，挂网，湿喷机作业。每开挖2.5m进行初期支护。 5 完成后进行下次开挖。
每组开挖深度控制在4.5m内，后及时施作内衬。
施工顺序为：初喷混凝土→ 锚杆钻眼及安装→挂钢筋网 →复喷混凝土。 3.4防排水施工
本竖井防水设计的原则是“以防为主，多道设防、综合处理”。以钢筋混凝土结构自防水体系为主，加强钢筋混凝土结构的抗渗、抗裂能力，改善钢筋混凝土结构的工作环境，进一步提高耐久性；同时以施工缝、变形缝等防水薄弱部位为重点对象，辅以附加防水层加强防水。
竖井上部非基岩段采用φ80cm@100cm钻孔灌注桩围护φ80cm旋喷桩止水帷幕防水，下部基岩段采用环向排水盲沟+EVA自粘型防水板（厚2mm）。为达到二级防水标准，主体施工完成后，竖井内壁采用水泥基渗透结晶型防水涂料加强防水，厚度大于0.8mm，施工缝处达2mm。
为方便施工，采用一捆防水板竖向直接埋入回填砂层中，但需采用土工布包裹，并加固在预埋钢筋上，确保防水板不会在后续施工中破损。
3.5二次衬砌施工
竖井二次衬砌施工分为井口段及井身段。 （1）、井口段施工
井口段二次衬砌施工前先进行钢筋安装，安装完成后立模，采用建筑模板，方木配合钢管支撑，并以拉杆对拉固定，确保支撑牢固后进行混凝土浇筑。
（2）、井身段施工
竖井内衬采用从上至下逆筑法分段浇筑，每节长度为4.5m，模板采用建筑模板配合方木、钢管及工字钢支撑系统。混凝土采用拌合站集中供应。
①、钢筋安装
钢筋安装前根据测量放线位置安放工作平台，作业人员在工作平台上进行钢筋安装作业，平台采用脚手架搭设。
因逆作法竖向钢筋接头施工困难，为保证在同一截面接头率不超过50%，采取预埋回填方式，首先对施工钢筋处多下挖1.0m，然后进行竖井钢筋安装施工，最后以回填粗砂覆盖并找平，下组开挖后将接头露出方便与下组衬砌钢筋连接。
②、预埋件及预留孔洞施工
6 根据实际情况在竖井井身段设有人行步梯预埋件、混凝土下料管预埋件、风水管预埋件及混凝土进料预留孔等。
③、模板及支架系统施工
模板的计算参照《建筑施工手册》第四版、《建筑施工计算手册》江正荣著、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)、《混凝土结构设计规范》GB50010-200
2、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)等规范。
模板的支撑由两层龙骨（方木及工字钢）组成：直接支撑模板的为次龙骨，即内龙骨；用以支撑内层龙骨的为主龙骨，即外龙骨。组装墙体模板时，通过钉装方木（内龙骨）固定于模板上，并以预埋孔及斜撑等措施固定工字钢（外龙骨）。
加固稳定措施：a、工字钢斜撑。模板加固经过计算，满足施工要求，为稳定加强连接处及固定竖向支撑，设I18工字钢斜撑与I18工字钢竖向支撑连接，底部以钻孔预埋钢钎固定。b、底部工字钢封底。底部为防止漏浆跑模，采取I18工字钢加固，以预埋钻孔钢钎控制线形及固定竖井支撑工字钢。
模板采用建筑模板组合而成，窗口布置为1.5m/个。
模板施工时，严格控制精度；加固牢靠、避免碰撞及松动；对模板及时保养及维修； 模板支架示意图见下图：
二衬支模示意图
（一）预埋孔KL-1梁18mm建筑模板预埋孔围护结构二衬方木18工字钢竖撑斜撑注：
1、本图所示尺寸除标记外，均以米计。
2、方木尺寸为8cm×8cm，间距30cm。
3、工字钢采用I18，间距1.0m。工字钢横撑钻孔预埋钻孔预埋岩 层
二衬支模示意图
（二）KL-1梁注：18工字钢竖撑18工字钢竖撑18工字钢竖撑18工字钢竖撑
1、本图所示尺寸以米计。
2、方木尺寸为8×8cm，间距30cm。方木斜斜斜斜
3、工字钢间距1.0m。撑撑撑撑工字钢横撑岩 层钻孔预埋钻孔预埋
④、混凝土浇筑施工
井身二衬混凝土每节4.5m组织施工，采用混凝土输送泵车配以软管，可直接由窗口及混凝土预留孔中进料浇筑混凝土，采用插入式振捣棒从模板窗口及混凝土预留孔振捣。后续施工中发现由预留孔振捣时，会存在局部振捣不密实的情况，后采取预留过人窗口，井身钢筋在预留过人窗口处断开，由工人直接进入钢筋夹层中振捣，混凝土浇筑到位后在安装断开钢筋封闭过人窗口，并由上部预留振捣窗口混凝土。
接头处处理：从预留孔浇筑混凝土并振捣，确保与上组二衬混凝土接缝密实，最后在预留孔处采用半干硬性混凝土人工捣入后，安装模板并在模板表面振捣。该种方法大大加快了施工进度，缩短了混凝土浇筑时间，保证了混凝土浇筑质量。
6 结束语
通过竖井明挖逆筑法施工，总结出了适合该种大断面竖井施工的方法，解决了逆筑法施工中钢筋向下接通困难的问题，解决了防排水搭接困难的问题，解决了混凝土进料、振捣及与上组混凝土的接头处理困难及外观质量问题，同时也保证了施工安全质量及进度。
参考文献：
1、中国铁道出版社.客运专线铁路隧道工程施工技术指南(TZ214—2005) 2005
2、中国铁道出版社.客运专线铁路隧道工程施工质量验收标准2005 8
