西秦嶺隧道店子坪一號斜井進正洞施工方案

周文靜

1 工程概況

蘭渝鐵路是國家《中長期鐵路網規劃》中西北至西南的區際新通道,其中咽喉性控制工程西秦嶺特長隧道采用兩座單線隧道設計方案,兩座隧道中心線間距40 m,線路整體呈西北—東南走向,全長28.234 km。隧道共設3座輔助坑道,其中店子坪一號斜井水平投影全長1 805 m,綜合坡度11.29%,與西秦嶺隧道左線洞身斜交于DIK399+350處,后穿越左線通過施工橫通道斜交45°進入右線DIK399+390.81處進行右線施工,斜井與左線線路平面交角 137°53′32″。

2 主要施工方案

2.1 斜井進左線正洞施工

為確保施工安全,當斜井施工至斜00+50處時,采取臺階法繼續向交叉口處掘進,同時在交叉口10 m段采用Ⅰ16鋼架對井底進行鎖口,至與左線貫通,支護參數為:采取拱墻設φ 22全螺紋砂漿錨桿,長2.5 m,間距 1.2 m×1.2 m,按梅花形布置,拱墻設φ 8@200鋼筋網片,噴射C25混凝土 23 cm厚。

斜井與左線貫通前,在左線正洞內提前對DIK399+350開口處進行Ⅰ20工字鋼門架支護加固,支護斷面圖見圖1。交叉口銳角端在斜井及左線正洞各10 m范圍內,將φ 22全螺紋砂漿錨桿改為φ 25中空注漿錨桿以加固銳角端,其余支護參數不變。

2.2 施工橫通道進入右線施工

為了滿足預計工期計劃,主、副攻統籌兼顧,決定將原設計輔助施工通道斜交右線45°調整為垂直進入右線,交右線于DIYK399+350.81。為便于施工行車,施工橫通道按高780 cm×寬690 cm開挖斷面自左線DIK399+350進入,逐漸抬施工通道拱頂高程,接長鋼架長度。于距左線線路中線21 m～22 m處以不大于30%坡度開始爬坡,采用上臺階(高450 cm)進入正洞洞身開挖,于正洞中線處達到拱頂高程,然后再逐步落底,擴挖至正洞標準斷面。施工橫通道進右線挑頂示意圖見圖2。由于施工橫通道與左、右線交叉口段均為泥盆系下統鈣質千枚巖,節理較發育,表層強風化,風化層,所以左、右線正洞在交叉口段落按設計要求均設有格柵鋼架。正線格柵鋼架鎖口形式見圖3。

2.3 右線施工運營方案

為更好的進行交通指揮,協調左、右線共3個掌子面、2個道路交叉口的車輛運營,提高左、右線出碴效率,加快施工進度,計劃在施工橫通道左、右兩個交叉口處設置3處雙向交通指示燈,應急照明燈2處,同時設專職交通指揮員3名,同時左、右線施工調度員加強安全聯絡,確保車輛運行安全、高效。

2.4 施工通風方案

2.4.1 洞內施工所需風量計算

1)按洞內同時工作的最多人數計算風量。

其中,q為洞內每人每分鐘所需新鮮空氣量,《隧規》規定按每人每分鐘3 m3計算;m為洞內同時工作最多人數,副攻方向按45人考慮,主攻方向按60人考慮;K為風量調整系數,取 1.10～1.15。

計算結果為副攻方向需風量148.5 m3/min,主攻方向需風量198 m3/min。

2)按滿足洞內允許最小風速要求計算風量。

其中,s為隧洞開挖斷面,70 m2;v為允許最小風速,全斷面開挖取0.15 m/s。

計算結果為主、副攻方向均需風量630 m3/min。

3)按同時爆破的最多炸藥量計算。

其中,t為通風時間,30 min;A為一次爆破炸藥消耗量,取192 kg;b為1 kg炸藥爆破時所構成的一氧化碳體積,一般采用b=40 L。

計算結果為主、副攻方向均需風量1 280 m3/min。

4)按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計算。

其中,A,t,b符號意義同前;K為風量備用系數,取1.10。

計算結果為主、副攻方向均需風量528 m3/min。

5)按稀釋內燃機排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計算。

其中,Q為柴油機廢氣排量。假定當一個工作面出碴時,洞內有自卸車6輛,3輛重車,3輛空車,ZL50C裝載機1臺。取重車及裝載機的負荷率0.9,空車負荷率0.3;δ為稀釋系數,取10.6;η為安全系數,取1.5。

計算結果為主、副攻方向均需風量1 771 m3/min。

取上述風量的最大值作為設計風量,故工作面所需風量應大于1 771 m3/min。

6)考慮漏風因素。

據風管廠提供的技術指標,百米漏風率正常時可控制在1.5%以內。本方案通風距離考慮主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m,據此計算漏風系數。

其中,L為通風距離,主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m;P100為百米漏風率,取1.5%。

計算結果為 P主攻=2.04,P副攻=1.77。

故計算結果為主、副攻方向需最大風量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3 134 m3/min。

2.4.2 系統風壓計算

1)動壓計算。

其中,γ為空氣密度,取1.2 kg/m3;v為末端管口風速,按工作面最小風速折算 v=0.15S/(d2π/4)。

計算結果 H動=16 Pa。

2)靜壓計算。

管道摩擦阻力:

其中,λ為管道摩阻系數,0.015;v0為管道內平均風速,v0=符號意義同前;d為風管直徑。

計算結果 h主靜=10 595 Pa,h副靜=9 193 Pa。

系統風壓:

計算結果 H主=10 611 Pa,H副=9 209 Pa。

2.4.3 風機選擇及系統布置

選用山西省侯馬市鑫豐康風機有限公司SDF(D4)-No14型對旋式軸流風機,設計風量2 113 m3/min～4 116 m3/min,風壓2 156 Pa～13 700 Pa,電動機功率 4×185 kW,三級調速,通風軟管直徑1.5 m,送風長度主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m。通風系統布置見圖4。

3 施工注意事項

1)施工中必須加強圍巖量測,根據量測結果及時反饋支護信息,確保支護措施安全合理。2)制定各項施工的安全應急預案,做好應急材料、物資的儲備。3)在斷層帶施工時,嚴格控制循環進尺,不得冒進;盡量避免爆破擾動圍巖。4)落底施工時間必須及時,以減少初支變形,上臺階開挖拱腳處嚴格控制超挖,必須保證上臺階鋼架拱腳落于實底之上。

[1]TZ 231-2007,鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業指南[S].

[2]柴穎鵬.淺談隧道施工中的關鍵要素[J].山西建筑,2008,34(12):321-322.

[3]范天吉.煤礦通風綜合技術手冊[M].長春:吉林電子出版社,2003.

[4]李 建.鐵路建設工程施工現場十大員技術操作標準規范[M].長春:銀聲音像出版社,2005.