三聯隧道輔助坑道優化設計

摘要:針對六沾鐵路三聯隧道W4標整體進度滯后的現狀，為保證工期得以實現，通過科技創新和經驗總結，將三聯隧道輔助坑道做進一步的優化，1#斜井10#、11#橫通道及區間平導擴大為有軌雙車道斷面，2#斜井增設迂回平導等方式進行切實可行的優化，為三聯隧道現場施工提供指導。

關鍵字:輔助坑道 迂回平導 優化設計

中圖分類號： S611文獻標識碼： A

0引言

隨著我國鐵路建設事業的快速發展，長大山嶺隧道不斷出現。為了縮短工程建設工期，長大隧道一般需要設置輔助坑道。通常采用的輔助坑道有橫洞、平行導坑、斜井和豎井4種型式來實施“長隧短打”方案。各類輔助坑道的凈空必須滿足運輸設備提升、設備進洞、通風、排水和安全間隙等要求，只有合理有效的利用輔助坑道才能實現“長隧短打，快速施工”的目的。

1工程概況

三聯隧道位于云南省境內新背開柱車站出站端，為雙線隧道，進口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全長12214m，設計行車速度160km/h，凈空限界并滿足通行雙層集裝箱要求。三聯隧道最大埋深約220m，地質條件差，隧道區域發育6條斷層和1個向斜。隧道進口下穿既有貴昆線，并位于丁家村滑坡及錯落體內，隧道中部約1080m范圍分布宣威群煤系地層，含媒約20層，層厚0.02~2.37m，煤層瓦斯含量為10.59~12.87m3/t，煤層瓦斯壓力為0.3834~3.2290MPa，C2、C3層媒與瓦斯具突出危險性。1#斜井工區為高瓦斯工區。三聯隧道是改建鐵路貴昆線六盤水—沾益段全線最長隧道和最重要的控制性工程。合同工期為2008年6月13日至2011年12月12日，合計42個月。

2輔助坑道原設計情況

隧道進口至D1K305+080段4693m隸屬外資3標范圍，D1K305+080至隧道出口段7521m隸屬外資4標范圍。全隧輔助坑道采用2個斜井+2段平導方案，各標段的輔助坑道型式如圖1所示。

圖1 原設計各標段輔助坑道型式圖

W3標：隧道進口端線路右側設置有軌單車道運輸平導一座，全長3108m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m高。

W4標：隧道中部線路右側設置有軌單車道運輸平導一座，全長1342.95m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m高。1#斜井設于線路右側，主井與正洞相連，副井與中部平導相連，主井斜長411.56m，采用有軌雙車道運輸，凈空尺寸5.65m寬×3.4m高，副井斜長378.67m，采用有軌單車道運輸，凈空尺寸3.5m寬×3.3m高；2#斜井設于線路左側，斜長441.25m，采用無軌雙車道運輸，凈空尺寸7m寬×6.5m高。

3優化設計原由

3.1 工期因素

三聯隧道于2008年6月開工，截止2009年11月10日，三聯隧道1#斜井、2#斜井正洞尚余4068m未開挖，平導還剩余159.95m未開挖，具體如下：

1#斜井工區：1#斜井主副井均已開挖完成；正洞掌子面里程D1K305+860，掘進780m；中部平導掌子面里程PDK306+290，掘進1183m；

2#斜井已經開挖完成，向進口方向正洞掌子面里程為D1K309+735，掘進1490 m，向出口方向掌子面里程為D1K312+413，掘進1188m；

正洞還剩余4068m未開挖，平導還剩余159.95m未開挖。

施工現狀具體見圖2。

圖2 施工現狀圖

根據近年來各線鐵路施工現狀調查、工程經驗及工程類比，并結合三聯隧道本身的地質特點，施工圖中各級圍巖采用的綜合進度指標如表1。

表1綜合進度指標（m/月）

正洞 圍巖 普通地段 煤系地段

Ⅲ 130

Ⅳ 90

Ⅴ 50 40

平導 圍巖 有軌單車道

Ⅳ 200

Ⅴ 150

斜井 圍巖 有軌單車道 有軌雙車道 無軌雙車道

Ⅲ 230 200 200

Ⅳ 180 150 150

Ⅴ 120 100 100

按照設計施工組織，三聯隧道兩工區實際開挖日期推算截止2009年11月10日各工區的掌子面里程：

1#斜井工區：1#斜井主副井本身均已開挖完成，正洞掌子面里程D1K306+735，掘進1655m，中部平導掘進完畢，掘進1342.95m；

2#斜井工區：2#斜井本身已經開挖完成，向進口方向正洞掌子面里程D1K309+572，掘進1653m，向出口方向正洞掌子面里程D1K312+164，掘進939m。

由此可以看出現場施工情況：

1#斜井工區：因1#斜井工區正洞及平導變形較為嚴重，進度緩慢，正洞掘進滯后875m，中部平導掘進滯后159.95m；

2#斜井工區正洞掘進滯后54m。

根據施工現狀及實際統計綜合進度指標分析：

中部平導綜合進度120m/月、揭煤地段平導進度60m/月；正洞Ⅲ級圍巖120m/月、Ⅳ級圍巖75m/月、Ⅴ級圍巖45m/月、揭煤地段正洞35m/月。從2009年11月10日起，完成隧道剩余的4068m需27.04個月，即土建工程完工日期為2012年2月11日，該工期不能滿足業主要求的工期，將推遲約4.5個月。

3.2 高瓦斯安全因素

根據2009年4月8日，《成都局六沾復線高瓦斯隧道方案研討會專家意見》確定三聯隧道為一級風險隧道，為提高瓦斯突出隧道施工安全度，采取加大瓦斯工區通風能力的方式，進一步降低瓦斯的安全風險。

1）通風系統的百米漏風率由設計的1.8%改為按《鐵路瓦斯隧道技術規范》上限2.0%取值，以提高通風的保證率。

2）瓦斯涌出不均衡系數取高值2.0，以提高通風系統對瓦斯異常涌出的適應性。

根據正洞揭煤的工況對隧道的施工通風進行計算，可以得出通過宣威群煤層時所需的風機及風管參數，見表2。

表2 通過群煤層的風機及風管參數

項目 需風量（m3/min） 風機風量（m3/min） 風管風速（m/s） 平導回風速（m/s）

條件一 條件二 條件三 條件四

宣威群煤 正洞 230 1258 746 1880 2038 9.23 3.88

通過計算可知，由于隧道需風量加大需選用2根φ1.5m的風管，更有利于保證施工安全。僅考慮通風需要，不考慮工期要求時，平導斷面在施工圖的凈空基礎上需加高1.35m，凈空尺寸為3.5m寬×4.95m高；如果同時兼顧瓦斯排放及揭煤、過煤施工通風和工期要求，10#橫通道作為從平導至11#橫通道進入正洞掌子面施工的運輸通道，為盡量爭取多開工作面，加快施工進度，將10#、11#橫通道及區間370m平導斷面加寬1m，兼有有軌雙車道運輸功能，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。

中部平導擴大平面示意圖見圖3。

圖3 中部平導擴大平面示意圖

凈空圖見圖4。

圖4 平導凈空斷面圖

4優化方案的比選

4.1方案1：新增3#斜井方案

采用無軌運輸，此方案經現場多次實地堪測，初步擬定了兩個新增3#斜井的方案，由于新增用地困難較大，該方案投資大，斜井自身長度1.5km，工期不能保證，在專家論證會時予以否定。

4.2方案2：延長中部平導方案

將平導從1342.95m（平導端里程D1K306＋450）延長至1992.65m（D1K307＋100）（增加650m），通過揭煤段另開工作面，見圖5三聯隧道1#斜井中部平導延長平面示意圖 。

圖5 三聯隧道1#斜井中部平導延長平面示意圖

中部平導進入煤系地層后實際圍巖地質較差，平導開挖初支后，還必須進行及時施工仰拱砼，并對部分圍巖進行注漿加固，因此進度指標在設計Ⅴ級150m/月的基礎上折減30%，僅達到100m/月。

平導揭煤瓦斯排放時間暫按2個月計算，平導揭煤進度指標按設計Ⅴ級150m/月的基礎上折減50%，按75m/月預計。平導穿過煤層進入正洞考慮受有軌運輸、斜井提升，以及正洞揭煤瓦斯排放施工干擾等因素，施工進度指標按設計Ⅳ級90m/月的基礎上折減20%，按70m/月預計，土建工程完工日期為2011年9月30日，能滿足工期要求。

但由于需要二次揭煤，安全風險大，在專家論證會時予以否定。

4.3方案3： 2#斜井內增加平導方案

由于1#斜井為高瓦斯工區，按原施工圖要求施工至D1K307+740時，施工能力已飽和，沒有能力承擔更多的施工任務，為保證工期，原由1#斜井承擔的部分施工任務調整由2#斜井工區施工。在2#斜井內正洞D1K309+330里程處，向進口方向增設單車道無軌運輸平導，增設橫通道，可滿足工期要求。但是增設平導，2#斜井工區的壓入式通風長度超過4000m，無軌運輸通風困難，因此該方案必須增設通風豎井（直徑180cm、深度約100m）。

此方案經2009年4月8日及2009年4月14日專家論證，已確定推薦采用該方案。

方案比選情況見表2預選方案對比表

表2 預選方案對比表

方案名稱 經濟造價 優點 缺點 備注

方案1：

新增3#斜井方案 3450萬元 1、避開了二次揭煤風險；

2、減輕了2#斜井端工期壓力。 1、按最大限坡考慮，斜井至少1.5Km，工期過長，不能保證工期；

2、需增加一套機具、臨時設施，增加管理人員；

3、新增用地困難。 由于工期不能保證，在專家論證會時予以否定。

方案2：

延長中部平導方案 1350萬元 1、工地集中便于管理，所有臨時設施可利用現有1#斜井資源；

2、工期相對有保障。 1、需要二次揭煤，安全風險大；

2、平導煤層走向及傾角不確定，穿越煤層長度不確定；

3、增加較多的瓦斯檢查、通風費用。 由于需要二次揭煤，安全風險大，在專家論證會時予以否定。

方案3：

2#斜井內增加平導方案 3050萬元

1、工地集中便于管理，所有臨時設施可利用現有2#斜井資源；

2、可以工期保障。 1、通風困難，需要增加新的通風豎井；

2、需要新增加碴場用地；

3、平導長度較長。 在專家論證會時推薦選用。

經濟造價的測算是采用2007年8月價格水平編制。

5輔助坑道優化方案

5.1由于10#橫通道作為平導至11#橫通道進入正洞掌子面施工的運輸通道，將10#、11#橫通道及PDK305+880~PDK306+250段平導擴大為有軌雙車道斷面，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。同時，將D1K305+115處水倉移至D1K305+120處，水倉容積由原來的30m3調整為180m3，并在平導PDK305+190處增加9-1#橫通道，橫通道凈空尺寸為3.5m寬×3.6m高。

1#斜井工區輔助坑道優化后平面示意圖見圖6。

圖61#斜井工區輔助坑道優化后平面示意圖

5.2對2#斜井工區正洞里程D1K309+330處增加一段1900m的無軌單車道迂回平導，平導范圍為PDK307+370.34~ PDK309+270.34，此時，2#斜井工區壓入式通風長度超過4000m，此時無軌運輸通風的困難，為了解決通風問題，在迂回平導起點往出口方向后退18m處增設一直徑為φ180cm、深度約100m的通風豎井。

2#斜井工區輔助坑道優化后平面示意圖見圖7。

圖72#斜井工區輔助坑道優化后平面示意圖

6優化后實施效果

截止2011年1月18日，三聯隧道迂回平導施工870m，剩余1030m，11月份170.3m（折5.7m/d），12月份200.3m（折6.7m/d），1月份203.7m（折6.8m/d），2月份（春節放假2天）完成192m（折6.9m/d）。正洞關鍵線路剩余2105m，按目前進度指標施工，能滿足工期要求，優化方案后施工情況見圖8三聯隧道施工平面示意圖。

圖8三聯隧道施工平面示意圖

7結束語

目前在隧道工程建設中，對于工期控制性工程，為了滿足工期要求，一般是通過增設輔助坑道來增加工作面和提高施工進度指標兩種途徑來實現，三聯隧道輔助坑道優化設計后，能提高斜井的出碴運輸能力以及斜井的通風能力，更加合理地利用現有資源，加快施工進度，保證施工工期。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道輔助坑道技術規范[S].北京：中國鐵道出版社，1995.

[2]張健儒.龍廈鐵路象山隧道輔助坑道優化設計[J].隧道建設，2010，30（1）：33-36.

[3]賴滌泉.施工通風與防塵[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[4]李志平.關角隧道單車道無軌斜井施工方案優化[J].隧道建設，2010，30（1）：53-57.

作者簡介：葉建文（1972.4-），男，工程師，2000年畢業于西南交通大學，現任中鐵隧道集團四處五公司項目經理。