一种竖井马头门快速施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程施工技术领域，特别是涉及一种竖井马头门快速施工方法。


背景技术：

2.马头门是通风竖井井身与联络风道相连接的部位，因其位置的特殊性，具有断面大、结构受力复杂应力集中、支护结构复杂、施工难度大、服务年限长、施工中易发生事故等特点，是整个通风竖井施工的重点工程、难点工程，也是将来通风竖井的咽喉环节。马头门的施工，必须与井身掘进施工统筹考虑，合理安排。
3.以往的马头门施工中，采用大多是“短掘短砌”的施工方案，即井身掘砌至马头门处预留马头门洞口，待井身掘砌至井底设计标高后，再组织采用人工钻爆进行两侧马头门开挖支护及二衬施工，或者马头门与井身一次衬砌交叉作业。该方法应用于马头门施工中，交叉作业施工安全风险高。同时两侧马头门的爆破震动易导致其周边井身混凝土开裂，造成严重的经济损失，施工工期较长，工序转换时间长，增大马头门施工周期及人工成本。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种竖井马头门快速施工方法，以解决现有技术中马头门施工效率低的上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种竖井马头门快速施工方法，包括以下步骤：s1、井身一次衬砌施工至马头门顶部n米，拆模；n＞4；s2、剩余段井身采用长段掘砌作业，开挖第n段高、第n+1段高、第n+2段高
……
并施工至设计标高；n为正整数；s3、井身一次段高施工，封闭揭露围岩；s4、马头门开挖轮廓线范围外进行超前加固施工；s5、马头门上台阶掌子面开挖支护，且向前开挖支护形成联络风道上台阶开挖面；s6、井身二次段高施工，开挖至马头门下台阶底板标高，并封闭揭露二次段高井身；s7、马头门下台阶掌子面开挖支护，且向前开挖形成联络风道下台阶开挖面；s8、马头门二衬、井身二次衬砌及中隔板模筑混凝土，完成马头门段高内的井身段施工。
6.优选的，所述步骤s2中，所述长段掘砌作业包括以下步骤：s21、伞钻打眼；s22、人工装药爆破；s23、出渣。
7.优选的，井身二次段高施工的步骤同所述长段掘砌作业的施工步骤。
8.优选的，所述步骤s3中，封闭揭露围岩包括以下步骤：
s31、初喷混凝土；s32、挂设钢筋网片；s33、复喷混凝土；s34、系统锚杆施工。
9.优选的，封闭揭露井身二次段高井身的步骤同封闭揭露围岩的施工步骤。
10.优选的，马头门下台阶掌子面开挖支护的施工步骤与马头门上台阶掌子面开挖支护的施工步骤相同，且施工步骤包括：s51、风钻打眼；s52、人工装药爆破，通风排烟并检查盲炮；s53、出渣；s54、初喷混凝土；s55、铺设钢筋网片；s56、安装工字钢；s57、复喷混凝土至设计厚度；s58、施做系统锚杆。
11.优选的，所述步骤s5、s7中，台阶开挖高度控制在2.5-3.0m，马头门下台阶掌子面开挖应该在马头门上台阶掌子面喷射混凝土的强度达设计强度70%后开挖。
12.优选的，所述马头门与井身一次衬砌相交处的直角位置，设为1:10的坡度顺接。
13.优选的，所述马头门二衬与井身二次衬砌、中隔板整体浇筑。
14.本发明的有益效果：井身一次衬砌施工至马头门开挖轮廓线顶上n米处暂停施工，拆除模板，剩余井身段开挖将原来的“短掘短砌、掘砌混合”工艺变更为“长段掘砌”单行作业，即分次开挖至马头门上台阶、下台阶掌子面底板设计标高后，并出渣完成后，分别对揭露围岩立即进行锚网喷封闭。过程中对马头门开挖轮廓线外实施超前加固，随后两侧相反方向进行马头门洞身开挖支护，快速形成两侧联络风道施工作业面。最后同步分层浇筑马头门二衬、井身一次衬砌、井身二次衬砌模筑混凝土，滑模继续滑升同步进行井身二衬及中隔板施工。
15.（1）本发明能快速的形成马头门的开挖工作面，工序转换时间快，马头门二衬与井身剩余段一次衬砌、二次衬砌采用同步整体浇筑，省略了重新组织人员进行马头门二衬模筑混凝土施工，节约工期，减少人员、设备的投入。
16.（2）马头门与井身一次衬砌、二衬浇筑成整体，且对马头门顶部进行专项优化，增强了马头门的整体刚度和强度，确保了马头门二衬模筑混凝土的浇筑质量，实现了本质安全，缩短了施工工期，节约了施工成本和后期管养费用。
17.（3）井身分次开挖、分次锚网喷封闭至井底设计高程，过程中同步进行马头门上下台阶法开挖支护，大大的避免了马头门开挖支护与井身施工的工序交叉，施工安全可靠。
附图说明
18.图1-图4是本发明优选实施例一、实施例二、实施例三的施工步骤示意图（剖面）；图5是本发明优选实施例一、实施例二、实施例三中马头门衬砌结构的横断面示意
图；图6是图1的俯视示意图（局部）；附图标记：1-主提；2-副提；3-绞车；4-钢丝绳；5-井架；6-翻渣平台；7-自卸汽车；8-一次衬砌；9-两层吊盘；10-伞钻；11-吊桶；12-中心回转抓岩机；13-小型挖掘机；14-一次段高；15-二次段高；16-联络风道；17-超前加固；18-上台阶掌子面；19-渣体；20-罐窝；21-工字钢；22-喷射混凝土；23-下台阶掌子面；24-二次衬砌；25-系统锚杆；26-井底衬砌。
具体实施方式
19.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
20.请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
21.实施例一请参阅图1-图6，本发明提供了一种竖井马头门快速施工方法，包括以下步骤：s1、井身一次衬砌8施工至马头门顶部n米，并形成马头门上锁口；马头门上锁口减少了炮震的影响范围，马头门掘进放炮时不会影响上部的井身一次衬砌8；之后拆模（拆除井身一次衬砌8液压整体式钢模板）；n为正整数，且n≥4。
22.s2、剩余段井身采用长段掘砌作业，开挖第n段高、第n+1段高、第n+2段高
……
并施工至设计标高；n为正整数；且所述长段掘砌作业包括以下步骤：s21、伞钻10打眼；s22、人工装药爆破；s23、出渣。
23.其中，出渣采用中心回转抓岩机12出渣至吊桶11并输送出竖井；之后，小型挖掘机13清除掌子面剩余渣体19。
24.s3、井身一次段高14施工，封闭揭露围岩；封闭揭露围岩包括以下步骤：s31、初喷混凝土；s32、挂设钢筋网片；s33、复喷混凝土；s34、系统锚杆25施工。
25.s4、马头门开挖轮廓线范围外进行超前加固17施工；s5、马头门上台阶掌子面18开挖支护：s51、风钻打眼；s52、人工装药爆破，通风排烟并检查盲炮；
s53、出渣；s54、初喷混凝土；s55、铺设钢筋网片；s56、安装工字钢21；s57、复喷混凝土至设计厚度；s58、施做系统锚杆25。
26.按照s51-s58循环施工，向前开挖支护形成联络风道16上台阶开挖面。
27.s6、井身二次段高15施工，井身二次段高15施工的步骤同所述长段掘砌作业的施工步骤；持续开挖至马头门下台阶底板标高；之后封闭揭露二次段高15井身，具体为：初喷混凝土
→
挂设钢筋网片
→
复喷混凝土
→
系统锚杆25施工。
28.s7、马头门下台阶掌子面23开挖支护，且向前开挖形成联络风道16下台阶开挖面；其中，马头门下台阶掌子面23开挖支护的施工步骤与马头门上台阶掌子面18开挖支护的施工步骤相同。
29.上述的步骤s5、s7中，台阶开挖高度控制在2.5-3.0m，马头门下台阶掌子面23开挖应该在马头门上台阶掌子面18喷射混凝土22的强度达设计强度70%后开挖。
30.s8、马头门二衬、井身二次衬砌24及中隔板模筑混凝土，完成马头门段高内的井身段施工。具体为：绑扎马头门、井身一次衬砌8、井身二次衬砌24、中隔板处钢筋；井底同步拼装马头门处二衬模板、井身二衬及中隔板整体式滑模，并同步分层浇筑马头门、井身二次衬砌24及中隔板，模筑混凝土。滑模自下而上施工，完成马头门段高内的井身段施工。
31.另外，所述马头门与井身一次衬砌8相交处的直角位置，设为1:10的坡度顺接。可方便混凝土的浇筑，确保马头门二衬的施工质量。
32.并且，所述马头门二衬与井身二次衬砌24、中隔板整体浇筑以形成一个整体，可使马头门二次砌筑发挥壁座的效应。
33.一种竖井马头门快速施工方法，具有以下优点和有益效果。
34.马头门上部至井底设计高程处井身段一次衬砌8和二次衬砌24采用整体式滑模一次性浇筑，省略了井身一次衬砌8施工的多道工序，节约了工期，减少了施工成本。马头门二衬与井身二次衬砌24整体浇筑，省去了专门浇筑马头门施工的多道工序，增加了马头门处的整体受力，有利于结构稳定，实现了其本质安全，同时快速形成了联络风道16的施工通道。
35.实施例二请参阅图1-图6，本发明提供了一种竖井马头门快速施工方法，从另一个方面进行详细阐述，以期能够更好理解本技术。施工包括以下步骤：s1、井身一次衬砌8施工至马头门顶部n米后停止施工，利用提升设备（主提1和副提2）拆除一次衬砌8砌钢模板，并垂直运输至井外；n≥4。
36.s2、剩余段井身开挖采用“长段掘砌”单行作业，即采用伞钻10打眼，人工装药爆破，中心回转抓岩机12出渣至吊桶11，利用井架5、绞车3及钢丝绳4提升至翻渣平台6并倾倒至自卸汽车7，利用自卸汽车7运输至弃渣场；小型挖掘机13清除掌子面剩余渣体19。钢丝绳4连接有两层吊盘9。
37.根据s2施工方法开挖第n段高、第n+1段高、第n+2段高
……
一直施工至设计标高，n
为正整数。
38.s3、井身一次段高14施工，按照s2施工方法施工完成井身一次段高14后，对揭露的围岩依次按照初喷混凝土
→
挂设钢筋网片
→
复喷混凝土
→
系统锚杆25施工的施工顺序封闭揭露围岩。
39.s4、马头门开挖轮廓线范围外超前加固17施工。
40.s5、马头门上台阶掌子面18开挖支护：yt-28风钻打眼，人工装药爆破，通风排烟及盲炮检查，小型挖掘机13装载渣体19至吊桶11，借助绞车3提升至井架5处的翻渣平台6，倾倒至自卸汽车7并运输至弃渣场，并初喷混凝土、铺设钢筋网片、安装工字钢21、复喷混凝土至设计厚度、施做系统锚杆25；依次循环继续向前开挖支护形成联络风道16上台阶开挖面。
41.s6、井身二次段高15施工。按照s2的施工方法完成井身二次段高15的施工。所述二次段高15开挖至马头门下台阶掌子面23的底板标高。
42.s7、按照s3顺序封闭揭露二次段高15井身。
43.s8、在s7施工完成后，进行马头门下台阶掌子面23开挖支护：马头门下台阶掌子面23开挖支护顺序同s5马头门上台阶掌子面18开挖支护。依次循环继续向前开挖形成联络风道16下台阶开挖面。
44.s9、绑扎马头门、井身一次衬砌8、井身二次衬砌24、中隔板处钢筋。
45.s10、井底同步拼装马头门处二衬模板、井身二衬及中隔板整体式滑模，并同步分层浇筑马头门、井身二次衬砌24及中隔板模筑混凝土。
46.s11、随着井身二次衬砌24及中隔板的整体式滑模自下而上施工，完成马头门段高内的井身段施工。
47.其中，开挖中会形成罐窝20，之后进行井底衬砌26。
48.具体的，在马头门开挖之前，马头门开挖轮廓线n米以上施做并完成井身一次衬砌8，形成马头门上锁口。马头门掘进放炮时既不会影响上部井身一次衬砌8，又减少了炮震的影响范围。所述n≥4m。
49.步骤s5、s8中，上台阶掌子面18开挖进尺至安全距离后，遵循“密打眼、少装药、短进尺、弱爆破”的原则对上台阶掌子面18、下台阶掌子面23同步掘进。同时，台阶开挖高度控制在2.5-3.0m，下台阶掌子面23开挖应该在上台阶掌子面18喷射混凝土22强度达设计强度70%后方可开挖。
50.此外，所述将马头门与井身一次衬砌8的相交处的直角位置，优化为1:10的坡度顺接，方便混凝土的浇筑，确保马头门二衬施工质量。
51.并且，所述马头门二衬、井身二次衬砌24及中隔板整体浇筑，形成一个整体，使马头门二次砌筑发挥壁座的效应。
52.所述s10、s11步骤中，井身二衬的厚度为井身一次衬砌8设计厚度与井身二次衬砌24设计厚度之和。
53.实施例三请参阅图1-图6，本发明将实施例一和实施例二中的竖井马头门快速施工方法应用于新疆某22.13km特长隧道，以此为例进行具体说明。
54.新疆某22.13km特长隧道，地处高寒高海拔地区，隧道采用“3洞+4竖井”设计方案；采用4座竖井分5段纵向通风，竖井间隔约4.4km设置一处，兼顾施工期及运营期正洞的通风
作用。竖井设计最大净直径9.5m，最大开挖直径11.8m，设计最深井身645.4m，左右马头门设计长度各为5m，横断面设计尺寸为974cm
×
657cm(长
×
高)，每延米开挖方量51.84m
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。需要充分发挥马头门二衬壁座的效应，增加马头门处整体受力，井身二次衬砌24与马头门二次衬砌24同步浇筑。
55.施工过程中为提高施工效率，将原来井身施工“短掘短砌
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循环施工作业更改为“长段掘砌”单行作业，即将马头门以上4m至井底段高的井身分段掘进至井底设计标高，出渣至马头门开挖台阶底板标高，井壁四周采用喷锚网临时封闭井壁围岩，进行超前加固17，进行马头门上台阶开挖支护。开挖支护至一定距离后，同理进行马头门下台阶开挖支护。为确保马头门二衬混凝土的密实性，施工过程中将原设计马头门与井身衬砌的直角连接优化为1:10的坡度顺接，保证了井身一次衬砌8与马头门二次衬砌24混凝土的密实性、整体性。
56.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。