摩天嶺隧道右線2號斜井施工技術

摘要:隨著目前長大隧道的不斷增多，為了解決隧道通風問題或者增加工作面，一般設置斜井或豎井進行解決。摩天嶺隧道右線2號斜井為通風斜井，傾角24.95°，施工難度較大，本文結(jié)合工程實際情況，闡述斜井施工技術，提出有效的施工方法，總結(jié)了成功的經(jīng)驗和體會，便于同類工程提供借鑒。

關鍵詞:公路 隧道 斜井 施工

1 工程概況

國家重點公路杭州至蘭州線重慶巫奉高速公路A19合同段，位于重慶市奉節(jié)縣雙潭鄉(xiāng)境內(nèi)，主要工程項目有摩天嶺特長隧道及右線2號斜井。摩天嶺隧道全長7353m，其中右線2號斜井傾角24.95°(接近斜井傾角極限)，斜井全長817.05m。斜井井口位于隧道右線YK47+474右側(cè)172m，井底位于隧道右線YK46+739右側(cè)44.95m處，距隧道出洞口3069m。

2號斜井全長817.05m，傾角24.95°，開挖斷面面積34.98～47.0m2。井口設3m的明洞，其余地段采用復合襯砌。初期支護采用格柵鋼架、徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土;二次襯砌采用EVA復合防排水板、C25模筑混凝土。

斜井通過地層全部為灰?guī)r段;斜井分段工程與水文地質(zhì)情況見下表。

斜井工程地質(zhì)與水文地質(zhì)一覽表

2 斜井施工特點

斜井由于其存在較大坡度，因此無軌機械不能使用，同時操作人員在實際施工中很大方面不能按普通隧道考慮。

而本斜井井口位于沖溝內(nèi)，場地狹小，對提升系統(tǒng)的布置造成很大影響。

3 本工程特、重、難點分析

3.1 斜井開挖斷面大，傾角大，施工組織難度大;與常規(guī)斜井相比，開挖斷面大，斷面面積34.98～47.0m2，傾角24.95°(接近斜井傾角極限)，襯砌結(jié)構(gòu)帶有中隔墻結(jié)構(gòu)。

3.2 隧道開挖至風機房及斜井開挖至井底的時間間隔較長，為了保證正洞和斜井均衡生產(chǎn)，因此斜井開挖至井底后襯砌臺車需在井底拼裝，施工難度極大。

3.3 襯砌采用從井底向井口襯砌，混凝土從井口泵送，泵送距離長，泵送混凝土要求高，施工難度大。

3.4 斜井高度為5.15m，對出碴設備挖掘機的選型造成難題，挖掘機偏大會造成不能正常運轉(zhuǎn)，挖掘機過小會造成效率偏低。

4 總體方案

斜井采用絞車提升，開挖自上而下，鋪底襯砌自下而上，襯砌自下而上。

開挖支護:洞口段(Ⅴ級圍巖)及Ⅳ級圍巖采用臺階法施工;Ⅲ、Ⅱ級采用全斷面法施工。人工手持風鉆鉆爆開挖，光面爆破，臺架采用腳手架，施工時易于拆除;初期支護緊跟掌子面。

洞口段為減少工序，仰拱一次性開挖到位。

出碴運輸:采用提升絞車提升，6m3礦車出碴，雙軌單道有軌運輸系統(tǒng)，井口外設卸碴擋墻卸碴，自卸汽車運碴至棄碴場。

二次襯砌:采用6m長定型整體模板臺車襯砌，中隔墻緊跟，混凝土從井口采用高壓輸送泵泵送入模。為便于襯砌，斜井開挖完成后從斜井起點里程向洞口襯砌，仰拱和鋪底先于襯砌施工。

施工排水:斜井井口到井底高差325.6m，斜井施工為反坡排水，采用多級排水，在掌子面線路右側(cè)挖集水坑，潛水泵抽至臨時水倉內(nèi)，臨時水倉根據(jù)水量情況設置，再由潛水泵經(jīng)排水管抽排出洞外;開挖過半時，在斜井中部設腰泵站，掌子面積水經(jīng)集水坑抽排至臨時水倉后再抽排至腰泵站，通過腰泵站抽排至洞外。施工時布設兩路排水管，斜井井身高壓風管作為儲備排水管。

施工通風:采用壓入式通風方案，在洞口配置1臺軸流通風機(37×2Kw)，單路φ1400mm軟風管進洞，風管為阻燃、防靜電型。

5 提升系統(tǒng)

根據(jù)工程和項目實際情況，考慮到我公司資源情況，充分利用社會資源，綜合各方面因素，租用全新絞車。

租用絞車技術參數(shù):型號為JTP2.5×2，單筒提升機，卷筒直徑2.5m，寬2m，貴州高原機械廠生產(chǎn)，鋼絲繩速度2.55m/s，最大牽引力90KN，天輪φ2.5m，電壓等級380V/660V，功率260kW/8P，盤式制動器，NBD900行星齒輪減速機，減速比35.5，TKD-A-1186電控(繼電器控制)。

根據(jù)絞車情況進行配套設備驗算和選型。

5.1 鋼絲繩選擇

通過計算鋼絲繩的單位長度重量選擇鋼絲繩型號。

Pk=

(Q1+Q2)(sinα+f1cosα)÷[(110δ÷m)-L(sinα+f2cosα)]=3.13(kg/m)

Q1—提升容器及連接裝置的自重，取5000kg;

Q2—提升容器的有效載重，取6×0.9×1800=9720kg;

L—鋼絲繩提升長度;取890m;

δ—鋼絲繩公稱抗拉強度，取160kg/mm2;

f1—提升容器的阻力系數(shù)，取0.015;

f2—鋼絲繩移動的阻力系數(shù)，取0.35;

α—斜井傾角24.95°;

m—安全系數(shù)，取6.5。

推薦鋼絲繩參數(shù)為:直徑φ31mm，破斷拉力總和554.5kN。單位長度重量3.383kg/m。

5.2 卷筒及天輪直徑

D天=D卷=60～80d繩=1920～2560mm，川煤五處提升機取天輪直徑為2500mm，卷筒直徑為2500mm。

5.3 卷筒寬度B

B=2000mm。滿足最小1300mm的要求。

5.4 最大靜張力

F最大=(Q1+Q2)(sinα+f1cosα)+PkL(sinα+f2cosα)=8469 kg。

5.5 電動機功率預選

N=(K備×F最大×V最大)÷102η=254kW

K備—電動機備用系數(shù)，取1;

F最大—最大靜張力(kg)

V最大—最大提升速度，按2.55算

η—傳動效率，選一級傳動0.9。

6 提升系統(tǒng)平面布置

6.1 井口到井架的距離(L1)和井架高度(Hg)的計算

井口到井架的距離L1=(l1+l2+l3+l4)cosα=19.75m。

井架高度Hg=(l1+l2+l3+l4)sinα-Du/2=2.43m;

公式中:

l1-緩沖距離;取7m;

l2-道岔連接長度，無道岔，取0m;

l3-1～1.5倍車組長度;按6m3礦車，長度6m考慮，取9m;

l4-過卷距離;取4m;

α-棧橋傾角，以保證礦車空載時能以一定加速度啟動為宜，取9°;

Du-天輪直徑，根據(jù)鋼絲繩直徑及圍包角共同確定，取1400 mm。

6.2 井架到絞車的距離

L2=(S-a-Y)÷2tgα>22.7m。(B

單筒為L2=B/2÷tgα>25.9m

S—兩天輪間距離，經(jīng)計算為1.9m;

α—繩偏角，按多層纏繞計算，α≤1°10′;

a—兩卷筒內(nèi)緣距離，單筒取0m;

B—卷筒寬度，1.5m;

Y—天輪游動距離，固定天輪取0m。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，為了減少挖方以及節(jié)減少投入，用卸碴擋墻代替卸碴棧橋，同時為了解決場地問題，與鋼絲繩交叉便道利用設置涵洞一道，使問題得到很好的解決。見《提升系統(tǒng)縱斷面設計圖》。

7 其他配套設備設施

軌道系統(tǒng):采用雙軌單線，43kg/m鋼軌，軌距900mm，L140槽鋼軌枕，間距700mm，軌枕長1400mm。碴倉上方軌道設置護軌，明洞變坡點附近設置一大地滾，然后每15m設置一處小地滾。

斜井安全設施:以井口為中心，在井口與井底之間和井口與絞車房之間，采用聲光信號聯(lián)系，信號管理指派專人進行管理和操作，在明洞變坡點設置阻車器，同時在阻車器的后方設置一道擋車器，并經(jīng)常處于正位關閉狀態(tài)，提升機上設置深度指示器和過卷裝置，并在鋼絲繩上設置明顯的深度標志;井內(nèi)每200m設置一處擋車器，每10m設置一處軌道防滑裝置;井底開挖面設置一處擋車器及阻車器。

斜井施工信號系統(tǒng):在絞車房、井口及工作面(或井底)3處布置響鈴信號、信號燈信號系統(tǒng);設監(jiān)視器進行開挖面的地質(zhì)情況、圍巖類別、各種機械設備在開挖面的工作狀態(tài)的監(jiān)控;信號工帶對講機與絞車房進行聯(lián)絡。

供配電:斜井洞口臨近，高壓變電站集中設置在提升機房及空壓機房附近。

施工照明系統(tǒng):斜井內(nèi)每隔8m設置100W照明燈一處，在避人洞、信號間設置設置高壓鈉燈。

8 總結(jié)和體會

此斜井從開工到現(xiàn)在，已開挖支護近200m，提升系統(tǒng)運行非常正常，開挖過程中遇到2個特大溶洞，目前也安全通過，現(xiàn)總結(jié)以下幾點:

8.1 我項目斜井原設計施工便道近9km，棄碴場距離洞口約300m，結(jié)合實際情況，對施工便道和棄碴場進行重新選擇，目前施工便道2.4km，棄碴場就位于洞口沖溝內(nèi)，這兩項節(jié)約成本約100萬元。

8.2 提升系統(tǒng)用卸碴擋墻代替卸碴棧橋，減少工程量和投入，同時縮短了時間。

8.3 斜井施工采用單工序作業(yè)，所以在施工過程中盡量減少工序，隧道有仰拱地段一次性開挖到位，再用洞碴回填過軌，減少撿鋪底工序中的爆破作業(yè)。

8.4 平面布置充分利用地形，隧道地質(zhì)情況，材料使用情況進行綜合考慮，采用多種形式，將規(guī)范要求范圍合理利用，減少投入，降低成本。

參考文獻:

[1]中交第二公路勘察設計研究院.巫奉高速公路兩階段施工圖設計.第三冊共四冊.2006.