通過斜井施工長大隧道的幾點(diǎn)認(rèn)識

通過斜井施工長大隧道盧智強(qiáng)中鐵隧集團(tuán)一處有限公司二○○九年十一月中鐵隧集團(tuán)二○○九年山嶺隧道技術(shù)交流會(huì)的幾點(diǎn)認(rèn)識0引言1象山隧道工程概況2通過斜井施工隧道正洞模式的特點(diǎn)與難點(diǎn)3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估4有軌斜井井底設(shè)施設(shè)置5斜井?dāng)嗝鎯?yōu)化6井底碴倉設(shè)置7斜井交叉口的處理8井身管路與泵站設(shè)置9出碴運(yùn)輸應(yīng)考慮的幾個(gè)方面10多斜井多工作面管理11結(jié)論交流大綱目錄0引言長大鐵路隧道常采用輔助坑道增加工作面，以保證施工工期。有軌斜井和無軌斜井是輔助坑道的其中兩種形式，由于斜井的特殊性，引起隧道施工的環(huán)境發(fā)生了變化，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)大大增加。特別是長大有軌斜井，由于運(yùn)能所限，引起正洞的施工工效大幅度降低，導(dǎo)致施工工期壓力劇增。國內(nèi)有部分隧道采用有軌斜井施工的先例，但龍廈鐵路象山隧道斜井之長(3#斜井長905m)、坡度之大(3#斜井傾角23°)、承擔(dān)正洞任務(wù)之重(88%)尚不多見。本文將結(jié)合公司施工的象山隧道管段的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，針對通過斜井施工隧道正洞進(jìn)行總結(jié)和探討，為類似工程施工提供借鑒。龍廈鐵路象山隧道全長15898米，為雙洞單線隧道，是全線控制性工程，全隧共設(shè)5座斜井，我公司(中隧一處)負(fù)責(zé)施工1#斜井(無軌運(yùn)輸)，2#、3#斜井(有軌運(yùn)輸)，并通過斜井施工相應(yīng)的正洞施工任務(wù)。兩有軌斜井均采用φ2.5m絞車(2#斜井單滾筒、3#斜井雙滾筒)串連4m3礦車運(yùn)輸材料與人員，φ3m雙滾筒絞車牽引10m3礦車通過井底碴倉與正洞無軌運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)立體轉(zhuǎn)載出碴。1象山隧道工程概況1)1#斜井長907m，與正洞夾角為42°，綜合坡度9.167%，采用無軌運(yùn)輸，承擔(dān)左線4579m、右線4523m的施工任務(wù)。1象山隧道工程概況1#斜井井口照片2)2#斜井長508m，與正洞夾角為39°，傾角22°,采用有軌運(yùn)輸，承擔(dān)正洞左線2537m、右線2567m的施工任務(wù)。井身采用三車道運(yùn)輸，在井底與正采用雙聯(lián)形式，交叉口處設(shè)碴倉轉(zhuǎn)碴，接料通道設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)砼設(shè)施。溜槽成功運(yùn)用后又增加了一條接料通道，將模筑混凝土與噴射混凝土分開運(yùn)送。1象山隧道工程概況2#斜井井口照片2#斜井井身軌道布置3)3#斜井長905m,與正洞夾角為17°,傾角23°,采用有軌運(yùn)輸，承擔(dān)正洞左線2257m、右線2283m的施工任務(wù)。井身采用四車道運(yùn)輸，在井底與正洞采用雙聯(lián)形式。1象山隧道工程概況3#斜井井口照片2.1運(yùn)輸能力受限無軌斜井由于受坡度影響，汽車爬坡能力大為削弱，運(yùn)輸車輛選型必須堅(jiān)持功率大、機(jī)況好的原則，龍廈1#斜井運(yùn)輸車輛功率必須達(dá)到290馬力方可滿足要求。有軌斜井由于提升機(jī)提升能力有限，特別是出碴和進(jìn)料相互干擾，導(dǎo)致整體運(yùn)力下降。因此做好提升機(jī)的選型，設(shè)置出碴和進(jìn)料相互獨(dú)立的運(yùn)輸系統(tǒng)是保證施工的前提,是從設(shè)計(jì)到施工應(yīng)堅(jiān)持的原則。2通過斜井施工隧道正洞模式的特點(diǎn)與難點(diǎn)2通過斜井施工隧道正洞模式的特點(diǎn)與難點(diǎn)2.2斜井有軌運(yùn)輸組織難度大運(yùn)輸需通過兩次轉(zhuǎn)載、無軌、有軌轉(zhuǎn)換多種形式，環(huán)節(jié)多，運(yùn)輸組織難度大大增加。2.3施工風(fēng)險(xiǎn)大大增加較正常施工組織而言，有軌運(yùn)輸?shù)慕M織和安全風(fēng)險(xiǎn)大大增加，另外斜井造成淹井幾率加大，在危機(jī)情況下的逃生難度也加大。斜井的綜合運(yùn)輸能力包含出碴和進(jìn)料兩個(gè)方面。出碴能力往往根據(jù)進(jìn)度要求反推出碴能力，從而確定設(shè)備選型。而進(jìn)料能力的確定，除應(yīng)滿足隧道開挖所需的初期支護(hù)材料運(yùn)輸外，砼的運(yùn)輸能力是確定材料運(yùn)輸能力的關(guān)鍵。由于涉及材料運(yùn)輸?shù)姆N類多，砼運(yùn)輸與初支材料運(yùn)輸相互干擾，因此運(yùn)力確定的條件比較模糊。在象山隧道的施工中，砼的運(yùn)輸一直無法滿足二襯要求，不得已，采取了新增砼溜槽和投料孔輔助措施來解決。3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估象山隧道根據(jù)進(jìn)度要求分別選取φ3.0米雙筒絞車作為出碴提升機(jī)，φ2.5米單筒絞車用作2#斜井的進(jìn)料，φ2.5米雙筒絞車用作3#斜井的進(jìn)料。運(yùn)輸能力評估如下：3.1出碴運(yùn)輸

3.1.1斜井一般情況下的出碴能力根據(jù)絞車運(yùn)行參數(shù)和裝卸時(shí)間，可測算出碴能力。2#斜井Φ3m絞車?yán)碚撁啃r(shí)出碴能力為15車，而實(shí)際上一般為12車左右。每日可滿足日進(jìn)度(Ⅲ級圍巖)15.5m。3#斜井按9車/h計(jì)算，每日滿足進(jìn)度(Ⅳ級圍巖)11.6m。3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估3.1出碴運(yùn)輸

3.1.2影響有軌斜井出碴能力的因素：1)初期軌道鋪設(shè)不平順，使用階段的養(yǎng)護(hù)有時(shí)不到位，一定程度上影響礦車行車速度；2)爆破效果不佳造成石塊塊徑過大，碴倉易卡影響出碴速度；3)自卸車與礦車容量不匹配，礦車不滿，單車運(yùn)輸量??；4)3#斜井井身太長，運(yùn)輸時(shí)間長。3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估3.2材料運(yùn)輸

3.2.1模注混凝土運(yùn)輸原使用金剛車運(yùn)輸混凝土，每車僅可運(yùn)輸3m3左右，效率極低。不得已，改用砼溜槽，運(yùn)輸能力基本不受有軌運(yùn)輸制約，僅受混凝土拌合站及井底混凝土運(yùn)輸設(shè)備配備等因素的影響。通過實(shí)踐認(rèn)為，按照現(xiàn)有設(shè)備的提升能力，是無法完成模注混凝土運(yùn)輸?shù)?，必須通過其他渠道（如投料孔或砼梭槽）解決。3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估3.2材料運(yùn)輸

3.2.2噴砼料運(yùn)輸2#、3#斜井均采用φ2.5m絞車單罐牽引自制4m3礦車運(yùn)送噴砼料。由于該車串車同時(shí)要運(yùn)送人員，故行車速度控制在2m/s左右。按3m3/車、5車/h計(jì)算，噴砼料下料能力僅為15m3/h，而實(shí)際由于該礦車兼運(yùn)送鋼筋網(wǎng)、錨桿、拱架、防水材料等諸多施工用料，故運(yùn)輸效率較低，當(dāng)多個(gè)工作面噴砼作業(yè)時(shí)，噴砼料的供應(yīng)顯得非常緊張。要解決此類問題，必須加大提升能力，采用大斗容噴砼料容器，并且形成“噴砼料+其他支護(hù)材料”編組列車，方能保證正洞支護(hù)材料的運(yùn)輸。3斜井提升設(shè)備選型及運(yùn)輸能力評估3.2材料運(yùn)輸3.2.3接料通道的配套在2#斜井施工初期，模注砼和噴砼共用1個(gè)接料通道，同時(shí)進(jìn)料時(shí)互相影響。在溜槽使用成功后，2#斜井在原接料通道靠小里程方向重新開挖了一條接料通道，專用于接送模注砼，方緩解這一矛盾。3.2.4其它運(yùn)輸方式通過象山隧道的運(yùn)輸實(shí)踐，通過有軌運(yùn)輸砼十分困難，需要采用溜槽、投料孔予以解決。溜槽投料孔出口梭槽4有軌斜井井底設(shè)施設(shè)置有軌斜井運(yùn)輸能力受限的主要原因之一，就是在井底和井口需進(jìn)行兩次倒運(yùn)，因此常規(guī)都將出碴和進(jìn)料設(shè)置獨(dú)立的運(yùn)輸系統(tǒng)（兩臺(tái)絞車），這就需要在井底利用有限的空間設(shè)置兩套轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。出碴、進(jìn)料軌道平面布置主要考慮洞外出碴運(yùn)輸線路和洞口料場的平面關(guān)系，以保證方便裝料和卸碴的因素，同時(shí)兼顧井底地質(zhì)。井底的裝卸場地最好根據(jù)不同的運(yùn)輸線路，實(shí)現(xiàn)一對一的對接，從而避免相互干擾。井底附近主要設(shè)施有：碴倉、接料通道、井底水倉（含變配電室）、循環(huán)車道，保證井底出碴、進(jìn)料互干擾，運(yùn)輸快捷。

有軌斜井井底接料

碴倉接料通道5斜井?dāng)嗝鎯?yōu)化5.1無軌斜井1#斜井原設(shè)計(jì)為單車道加錯(cuò)車道斷面，設(shè)錯(cuò)車道3處，單車道凈空斷面尺寸寬5.1m、高5.8m，錯(cuò)車道凈空斷面尺寸寬7.6m，高5.88m?？紤]到1#斜井作為正洞開挖與襯砌砼的運(yùn)輸及通風(fēng)通道，原設(shè)計(jì)斷面無法滿足要求，故對設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行了優(yōu)化。1）斷面寬度：內(nèi)凈空寬度為7.5m。2）斷面高度：6.8米。3）斜井施工期間，自卸車在掌子面調(diào)頭影響裝碴時(shí)間，在取消錯(cuò)車道后每隔200m的緩坡段設(shè)倒車洞一處，便于自卸車在洞內(nèi)調(diào)頭。

5斜井?dāng)嗝鎯?yōu)化5.2有軌斜井斜井參數(shù)進(jìn)行了變更，2#斜井縱坡加大為22°，長度縮短為508m，同時(shí)對斷面尺寸進(jìn)行了調(diào)整。斜井?dāng)嗝婵紤]以下幾方面因素：1)礦車尺寸及礦車通行安全距離；2)邊墻管線路安放空間；3)洞內(nèi)通風(fēng)管空間；4)人行道。綜合以上影響因素，2#斜井調(diào)整后的斷面凈空為7.1m（寬）×5.96m（高），3#斜井調(diào)整后的凈空斷面為7.8m（寬）×6.0m（高）。5斜井?dāng)嗝鎯?yōu)化5.2有軌斜井通過2#、3#斜井的實(shí)踐，有軌斜井?dāng)嗝鎸挾扔行С叽鐟?yīng)滿足以下要求：三車道（1臺(tái)單筒絞車＋1臺(tái)雙筒絞車）：740cm；四車道：910cm；根據(jù)象山隧道的實(shí)際運(yùn)輸情況來看，在工期緊、運(yùn)輸量大的情況下盡可能采用四車道斷面，并盡量不用并軌形式。高度選擇（均指軌道頂面至拱頂高度）：三趟風(fēng)管時(shí)其高度最小值為：588cm；架設(shè)兩趟風(fēng)管時(shí)最小值為550cm。

有軌斜井四車道一般斷面圖

6井底碴倉設(shè)置2#、3#斜井均在井底設(shè)置碴倉，與正洞無軌運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)立體轉(zhuǎn)載。實(shí)踐證明該方式的出碴速度快于平面裝碴一倍左右，且少投入二次轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，但仍存在以下弊端：1)自卸汽車方量大于礦車容量，難以實(shí)現(xiàn)一對一對接，出現(xiàn)自卸車等礦車的狀況，對掌子面有一定影響；2)多工作面同時(shí)出碴時(shí)，由于沒有設(shè)置臨時(shí)存碴場地，影響部分掌子面出碴；3)當(dāng)爆破效果不佳時(shí),大石塊易堵塞碴倉,清理時(shí)耽誤出碴時(shí)間；4)碴倉底部標(biāo)高較低,須設(shè)抽水機(jī)不停抽水。鑒于此，有條件時(shí)宜在碴倉附近利用洞身或洞室、橫通道設(shè)置存碴場地，增加倒運(yùn)設(shè)備，可一定程度提高出碴效率。

出碴轉(zhuǎn)載7斜井交叉口的處理7.1斜井與正洞的交角不可過小2#、3#斜井與正洞的交角分別為39°和17°，造成斜井與正洞相交處的巖壁較薄，不利于交叉口處的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)交角過小使碴倉無法實(shí)現(xiàn)雙面倒碴，降低運(yùn)輸效率；在斜井與正洞交角銳角一側(cè)由于角度小，風(fēng)管彎度大，對通風(fēng)也有一定影響。為此3#斜井井底設(shè)置了聯(lián)絡(luò)通道。7.2斜井對應(yīng)正洞附近應(yīng)設(shè)置橫通道,形成行車循環(huán)由于車流量大，易造成車輛堵塞，故井底左右線間應(yīng)利用原設(shè)計(jì)或新增橫通道，形成循環(huán)運(yùn)輸，加快行車速度，保證井底交通通暢。

7斜井交叉口的處理7.3為保證出碴和進(jìn)料不相互干擾，兩個(gè)工作場地要分開1#斜井井底采用平面雙聯(lián)，保證在交叉口處進(jìn)出車輛分行；2#斜井井底采用立體雙聯(lián)，利用高差，保證接料卸碴不干擾。7.4井底設(shè)施范圍內(nèi)仰拱砼盡早完成由于井底附近是設(shè)施布置的密集地，也是設(shè)備、人員密集的地方，因此必須將本段仰拱施工與設(shè)施施工同步安排，切忌圖一時(shí)之快，給后部施工帶來很多不便。2#斜井井底布置圖

2#斜井井底縱斷面示意圖

3#斜井交叉口平面圖3#斜井井底縱斷面示意圖

8井身管路與泵站設(shè)置8.1制訂有余地的抽排水方案8.2排水管路配備1）排水管路配備原則：滿足正常抽水要求，預(yù)留2倍以上管路空間，前期管路要方便后期管路安裝。2）管路盡可能采用大直徑排水管，抽水機(jī)并管抽水或采用較大功率、高揚(yáng)程設(shè)備。3）排水管路宜設(shè)置于人行道一側(cè)邊墻，便于檢修與維護(hù)。8.3泵站選擇泵站選擇應(yīng)綜合考慮各方面因素設(shè)立：避免影響洞室安全穩(wěn)定，不得影響洞內(nèi)車輛行駛，空間位置要利于抽水設(shè)備的安裝與拆卸及管路、電路的安裝。泵站容量要考慮停電在搶修期內(nèi)洞內(nèi)的最大出水量以及足夠數(shù)量抽水設(shè)備的安裝空間?？啃腥说纻?cè)設(shè)置的風(fēng)水管路泵站9出碴運(yùn)輸應(yīng)考慮的幾個(gè)方面1）充分利用絞車的提升能力。井底出碴大車應(yīng)根據(jù)掌子面的數(shù)量與開挖進(jìn)度合理配備，避免閑置或不足。2）洞內(nèi)車量的交通組織。在開挖面較多時(shí)，應(yīng)適當(dāng)采取輕重車分道行駛的方式形成井底車輛循環(huán)，避免交通擁堵。3）雙向倒碴。2#、3#斜井由于現(xiàn)場地形所限，只能單面卸碴。在斜井與正洞交角較大時(shí)盡可能形成雙面卸碴，可減少車輛在碴倉附近的倒車次數(shù)，提高運(yùn)輸效率。10多斜井多工作面管理10.1主次分明，力保關(guān)鍵線路10.2車輛運(yùn)輸