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摘要:深挖竖井施工是土木施工中的重要工程之一，尤其近年来，现代地下工程发展迅速，国家也加大加快了地下空间的的开发和利用。深挖竖井施工显得尤为重要，它直接影响了整个工程的安全性和质量性，为保证工程总体进度起到了至关重要作用。本文根据作者多年工作经验就反井钻机在深挖竖井开挖支护施工过程中的应用等方面进行了简单的阐述。
关键字:深挖竖井施工开挖支护反井钻机
1.引言
进入现代化施工建设发展，实际工程将会有更多的的竖井出现，如何在像重庆地铁红土地站3号风井竖井中做到安全、高效、快捷、实用是现代工程需要探讨的一个问题。本篇重点对重庆地铁红土地站3号风井竖井开挖支护过程中的反井钻机的应用做了较详细的叙述，总结出一种可行的的施工方案。为今后的施工设计提供了丰富的资料与可靠的依据，使得施工更加切合实际，通过合理的安排施工组织，提高经济效益，对深挖竖井施工起到了重要的推进作用。
2.工程实例
重庆地铁十号线红土地站是目前全国埋深最深的暗挖车站，采用15米岛式站台，车站主体采用暗挖法施工，单拱双层结构，车站埋深很深，顶部覆盖层厚度约65.1～72.9m。其中3号风井竖井位于红土地车站南侧，竖井开挖长度为19.1米，开挖宽度为7.5米，开挖深度约91米，围岩等级为Ⅳ级，岩石较为完整坚硬。竖井距离人防洞的水平距离不超过1米，人防洞在竖井标高304～310米范围内侧穿竖井。
3.施工方法及内容
3.1总体施工方案
红土地站3号风井采用反井正作钻爆（局部非爆）法施工，首先采用钻机在风井口平面范围长边方向约1/4处分别自地表向下钻设直径为270mm的导向孔，直至已完成开挖支护的风道，风道内安装扩孔钻头，然后自下而上反铣扩孔至井口，形成直径为1400mm的孔作为风井爆破施工时的临空自由面及施工过程中的通风和漏渣孔，最后自上而下按设计断面及设计要求爆破（局部非爆破）开挖支护至井底。
3号风井反井孔布置图如下：
风井施工工艺流程图
3.2反井孔施工
3.2.1反井钻机机理简述
反井钻机是首先把电力转化为马达转动的动力，液压马达驱动动力头，钻具系统通过液压系统产生的扭矩，使得钻杆、钻头产生旋转，导孔和扩孔钻头上的滚刀在岩石面上通过滚动或者滑移产生作用。主机部分产生竖直上下的拉、压力也通过动力头、钻杆作用在滚到上产生上下的冲击荷载挤压、剪切岩石。往导孔中加入洗井液冲洗，岩石碎屑通过导孔钻杆旋转作用沿着钻杆与孔壁间的间歇排出孔外。导孔完毕后。反井钻机操作简单明了、施工速度快、可适应性强、能够满足不同岩层施工需求。如下图所示：
反井钻钻机工作原理示意图
3.2.2设备选型
根据工程现场实际情况及借鉴相关类似工程经验，红土地站3号风井反井施工选用JFY1.2/30/150型反井钻。
3.2.3反井钻施工
（1）场地平整
3号风井处完成征地拆迁后对施工场地采用装载机进行平整。
完成场地平整后根据反井钻施工需要，以钻孔为中心浇筑2.5米长、2.0米宽的混凝土施工平台。
（2）反井钻施工方法及工艺流程
反井钻机是高自动化施工机械，方法是先浇筑好的混凝土平台基础，然后将反井钻机安装固定在平台上个。自上而下钻进小直径导向孔，导向孔和位于竖井下部的出渣通道贯通后，换装钻头扩孔，自下而上扩孔至井口。导向孔钻进时通过循环液把岩屑带出地面，掉落下来的岩屑落到出渣通道，由装载机和出渣车运出。
反井钻施工工艺流程如下图：
反井钻施工工艺流程图
（3）反井钻施工关键技术
反井钻机对钻孔的精度有非常高的要求，必须充分了解钻井的地址情况，事先确定钻进的基本参数，做好钻井过程中可能产生的安全质量事故预防措施。全面掌握钻机安装、开孔钻进、钻进参数、特殊敏感地层通过等重要钻进工序，以减少施工事故的发生，保证钻出高质量的钻孔。
1）导向孔钻进
导向孔钻进过程也是对地层的勘察验证的过程，根据以往经验对钻进过程观察记录以及返出岩屑的情况比较，可以对施工地层地质有初步定性分析，为扩孔掘进、井壁支护提供参考。导向孔钻进过程中，对破碎带、泥岩等特殊地层进行一定处理，待所有特殊影响地层通过后，暂停钻进，将钻具提出，用稀泥浆进行全孔灌浆，主要目的是为了防止地层涌水，最后钻进直到贯通至下部通道。
2）安装扩孔钻头
导向孔施工完成后，清洗钻头。采用提举设备辅助安装1.4米钻具，钻具与导孔钻头通过本身扣件相连接。完成整个扩孔钻具安装后，先上下升降1~2米3个回合，确保钻具牢固连接后，平稳运行扩孔。
3）反铣扩孔
当扩孔钻头接好后，缓慢提升钻具，直至滚刀接触岩石，然后停止上提，先用低转速，逐步钻进，目的是为了确保钻头滚刀避免受过大的冲击而损坏，钻进一会后停下，等凸出的岩石被刀齿全部破碎后再继续钻进。钻机开始工作时，下部通道要设有专职人员观察，建立上下部信息联络通道，钻头全部均匀接触岩石后，开始正常扩孔钻进。
扩孔钻进过程中，当岩石岩层硬度增大时，可适当增加钻压，相反岩层硬度减小时可以减少钻压。扩孔时该设备的出渣量约为2m³/h，施工过程中下部通道应及时出渣，避免产生堵孔。扩孔过程中应同时相应拆除钻杆，钻杆拆除后要及时的清理，清理完毕后做好堆放保护工作。
当钻头扩孔至距离基础3.0m时，减小钻压缓慢钻进，仔细观察上部基础情况，假如有，应立即停止钻进工作，采取加固措施处理。随后继续进行缓慢扩孔，直至钻出地面完成整个钻孔工作。
4）反井孔孔底加强措施
考虑风井施工过程中长期漏渣对反井漏渣孔孔底四周产生较大冲击，为确保风井施工过程中风道的支护结构安全及反井漏渣孔孔底和其周边结构的安全，对反井漏渣孔孔底周边予以加强支护。
孔底加强具体措施为：沿风道纵向（里程方向）在反井漏渣孔两侧10cm起密排3榀工22a工字钢，钢架间距30cm；垂直于风道方向在反井漏渣孔两侧10cm起密排2根工22a工字钢，该工字钢架设于环向钢架之上，且两端伸出环向钢架边缘30cm以上，并与环向钢架及锚杆等焊接牢固。锚杆、钢筋网及喷射混凝土等支护参数同风道支护参数。
3号风井反井孔孔底周边加强支护图如下：
3号风井反井孔孔底周边加强支护图
5）反井钻机拆除
扩孔钻进结束后，先固定悬挂扩孔钻头，待钻架主机和辅助设备拆下后。再将钻头提出孔外，吊车吊离井口。最后再拆卸其他设备。清理现场，整个钻孔工作完成。
6）井底施工
考虑井底施工安全风险较高，当施工至井底距风道初期支护结构距离较小时易产生整体塌落，为防止整体塌落造成结构失稳及作业人员、设备伤害，当井底施工面至风道初期支护结构距离为5米时，风道内部通过漏渣孔形成的堆渣不再彻底清理，随开挖随清理，开挖多少清理多少，并要求将洞渣堆至距漏渣孔底约1米左右，确保安全。
（4）预防导向孔偏斜措施
反井施工首先是导向孔施工，也是最重要的一步，导向孔成孔的质量直接影响整个施工。本站风井为垂直竖井，随着钻压的增加可能导致钻具的下部(即从弯曲点到钻头)偏离钻孔的预定路线，造成导孔偏斜。
结合本竖井实际情况，施工中从以下几方面采取措施控制导向孔成孔的偏斜率。
1）控制钻压
钻压偏大，很容易导致钻孔偏斜；过小则会降低钻机的工作效率。结合本竖井情况，选用经验丰富的操作人员，先采用小钻压开孔，等到钻杆全部进入孔后稳定后再恢复正常钻压，并根据地质情况及钻孔深度实时控制、调整。
2）控制转速
钻进导向孔时，保持稳定的钻进速度是最基本的控制钻杆偏斜。钻压和转速的调整结合由地质情况确定。
本站3号风井埋深较深，为减小和控制导孔的偏斜率，选用经验丰富的操作人员，实时调整、控制钻压和转速。随着钻压的增加，转速减小。
3）合理布置稳定钻杆
稳定钻杆在防止钻孔偏斜过程中起到非常重要的作用。结合本竖井深度及围岩情况，施工中每10～20m设置一根稳定钻杆。
4）合理选择钻井洗井液
3号风井埋深91米，除地表填土（厚约1～2米）外均为Ⅳ级围岩，岩体为砂质泥岩、泥岩，为减小钻杆低端聚集的岩屑影响钻杆偏斜，选用携带岩屑能力较强的泥浆，配合泥浆泵进行洗井。
5）加强测斜工作
3号风井深度较深，须加强测斜工作，及时发现偏斜问题，并及时纠偏，有利于控制最终的钻孔偏斜率。
采用Fle-ITG型测斜仪作为监测仪器，导向孔钻进过程中，每钻进30米测量一次，如有偏斜及时采取纠偏措施。
4.结束语
反井钻机施工技术的目前应用非常广泛，本文通过分析总结重庆地铁十号线红土地站目前全国埋深最深的地铁竖井的开挖支护，形成自己完善的施工技术和管理办法，达到了安全、高效的目的；反井钻机规范性应用也是深挖竖井关键的第一步，为以后深竖井施工做到了很好的参考经验。
参考文献：
［1］赵洪仓,何旭.超深竖井施工技术简介[期刊论文]-科技信息2011(11).