輸煤管道工程中淺埋長距離小斷面隧道施工工藝

劉 智

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

輸煤管道工程中淺埋長距離小斷面隧道施工工藝

劉 智

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

以輸煤管道項目洛河隧道工程為基礎，結(jié)合地質(zhì)條件及工程施工難點，介紹了淺埋長距離小斷面隧道施工工藝，對隧道開挖、排渣、支護、通風、排水等系統(tǒng)進行了論述，分析了各工序施工難點和要點，總結(jié)了采用淺埋長距離小斷面隧道施工工藝特點及效果，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

淺埋，長距離，小斷面隧道，施工工藝

1 工程概況

神渭輸煤管道作為亞洲第一條長距離輸煤管道工程，北起神木紅柳林煤礦，南至蒲城，縱貫陜西省榆林、延安和渭南3市16個區(qū)縣，全長727 km，設計年輸煤能力1 000萬t。洛河隧道位于陜西省渭南市白水縣，長度為2 287 m，坡度為9.21%～10.75%。隧道采用直墻半圓拱形，凈斷面：2.5 m×2.8 m。本工程的設計服務年限為30年。

洛河隧道埋深10 m～180 m，揭露的地層主要為：崩積塊石、黃土狀粉土、黃土、砂礫石、風化砂巖、中風化砂巖。其中：崩積塊石、黃土狀粉土、黃土為Ⅴ級圍巖，其余巖層為Ⅳ級。

支護形式：隧道進、出口段主要巖性為崩積塊石、黃土狀粉土、黃土。該段長度為792.18 m，采用9號礦用工字鋼+掛網(wǎng)噴漿(T=80 mm)+澆筑(T=200 mm)復合式襯砌，鋪底:鋼筋網(wǎng)+混凝土200 mm；隧道洞身段主要巖性為中風化砂巖、局部強風化砂巖，采用錨網(wǎng)噴支護(T=100 mm)，不鋪底。考慮洞身段揭露基巖較破碎，錨網(wǎng)噴支護不能滿足支護要求時，采用9號礦用工字鋼+錨網(wǎng)噴(T=120 mm)進行加強支護。各斷面特征見表1，各斷面布置圖見圖1。

表1 斷面特征表

2 施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，隧道進、出口明槽段為明挖，其余段均采用礦山巷道掘進法施工。明槽及黃土段隧道施工采用挖掘機、履帶式挖掘裝載機配合人工施工；進入風化基巖段后，采用光面爆破、風鎬修邊，全斷面掘進的施工方法。

2.1 工藝流程

1)黃土段工藝流程：工作面安全檢查→作業(yè)前準備→采用礦用履帶式挖掘裝載機→支工字鋼支架掛金屬網(wǎng)→立模板→澆筑混凝土→清理衛(wèi)生。

2)黃土夾雜碎石段：工作面安全檢查→作業(yè)前準備→打眼→裝藥→爆破→出矸→支工字鋼支架噴漿→立模板→澆筑混凝土→清理衛(wèi)生。

3)風化基巖段：工作面安全檢查→作業(yè)前準備→敲幫問頂→打眼→裝藥→爆破→出矸→打注錨桿、掛網(wǎng)→噴射混凝土→清理衛(wèi)生。

2.2 隧道開挖

表土段開挖：考慮到隧道斷面較小(寬2.5 m，凈斷面6.3 m2)，一般挖掘機無法施工；人工開挖勞動量大。施工采用礦用履帶式挖掘裝載機(STB-80)開挖，人工手稿修邊的方式。該設備尺寸為4 500 mm×1 600 mm×1 700 mm(長×寬×高)、適應坡度小于16°，能夠滿足隧道斷面尺寸及坡度要求。

黃土碎石夾雜段開挖：由于該層為黃土夾雜碎石段，采用礦用履帶式挖掘裝載機開挖容易損設備，且人工修邊困難較大。因此，采用放小震動炮、光面爆破的方式掘進。嚴格控制炮眼數(shù)量、深度及裝藥量，短掘短支，杜絕空頂作業(yè)，取得較好效果。

風化基巖、基巖段開挖:此段圍巖巖性較硬，按照全斷面光面爆破施工。采用YT28型氣腿式風動鑿巖機，φ42 mm一字合金鋼鉆頭,中空六角鋼釬φ22 mm×2 000 mm鉆桿鉆孔。小斷面光面爆破掏槽眼和周邊眼布置比較重要，施工中掏槽眼采用直眼掏槽，共布42個炮眼。炮眼布置見圖2。

2.3 隧道排渣

由于隧道斷面小，凈寬2.5 m，凈高2.8 m，運輸距離較長(隧道全長2 287 m)，坡度為9.21%～10.75%，角度不大，適合小型膠輪運輸、軌道運輸、皮帶運輸。因此，最初排渣方式考慮采用皮帶運輸、小型膠輪及軌道運輸三種。各方案優(yōu)缺點對比分析見表2。綜合上述分析，施工采用小型膠輪車排渣，每百米設倒車硐室，四輛小型膠輪車循環(huán)配合連續(xù)排渣，滿足排渣需求，同時解決支護材料下放問題。施工中采取及時對隧道底板污泥進行清理、盡可能將施工輔助管線布置到膠輪車運行影響范圍以外等措施，保證排渣、下放材料的順利進行，取得了較好的效果。

表2 各方案優(yōu)缺點對比分析

2.4 隧道支護

隧道支護在整個隧道施工中具有重要的作用。根據(jù)巖性支護方式主要為：表土段采用9號工字鋼+掛網(wǎng)噴漿(T=80 mm)+澆筑混凝土(T=200 mm)；基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(T=120 mm)；風化基巖(破碎)采用鋼拱架+錨網(wǎng)噴支護(T=120 mm)。

1)支護9號工字鋼+掛網(wǎng)噴漿+澆筑混凝土。

鋼拱架安裝要點：安裝前檢查開挖斷面輪廓、中線、高程；安裝時確保鋼拱架放在牢固的基礎上；鋼拱架分節(jié)段安裝，兩節(jié)段之間通過鋼板用螺栓連接，連接鋼板與拱架軸線垂直；鋼架立起后按中線、腰線將其校正到正確位置；兩架鋼拱架之間用4根φ20圓鋼連接固定。

掛網(wǎng)：掛網(wǎng)與鋼拱架安裝基本同時進行。鋼筋網(wǎng)在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循環(huán)進尺確定(本次采用1.2 m×2.0 m)，安裝時搭接長度不小于10 cm。人工鋪設貼近巖面，與錨桿或鋼架綁扎連接牢固。鋼筋網(wǎng)和鋼架綁扎時，應綁在靠近巖面一側(cè)，確保整體結(jié)構(gòu)受力平衡。

噴漿：分析日進尺、各工序之間的銜接等因素，噴漿施工滯后掌子面5 m～10 m。在噴射混凝土前，將受噴面粉塵和雜物清除干凈、檢查噴漿機及管路的連接情況；拌料時潮濕石子與水泥按比例攪拌不少于兩次，再與砂子攪拌，攪拌后能用手捏成團，松手即散為宜；噴射時噴距控制在0.8 m～1.2 m之間，且垂直于巖面；初噴厚度3 cm～5 cm，復噴至設計厚度。 噴漿結(jié)束4 h后，進行灑水養(yǎng)護，7 d內(nèi)每班養(yǎng)護一次，7 d后每天養(yǎng)護一次，直至進行二次澆筑。

澆筑：主要步驟為拆除有關設備→檢查→架設模板→立堵→澆筑→拆模→清理。混凝土采用邊澆筑邊振動的方法，遵守“快插慢提、深度適宜、分層澆筑、振搗均勻的原則”保證質(zhì)量，消滅蜂窩、麻面。混凝土澆筑后要進行灑水養(yǎng)護，并持續(xù)28 d。

2)錨網(wǎng)噴支護。

錨桿支護：頂部錨桿采用MQT-130/3.0C型氣動錨桿鉆機，幫部采用YT28型氣腿式風動鑿巖機，φ28 mm一字合金鋼鉆頭,中空六角鋼釬φ22 mm×2 200 mm鉆桿鉆孔。錨桿眼深度應與錨桿長度相匹配，打眼時應在釬桿上做好標志，嚴格按錨桿長度打錨桿眼。安裝前應將眼孔內(nèi)的積水、巖粉用吹風管吹掃干凈。由于隧道斷面小，頂部采用φ20×2 000 mm、幫部采用φ20×1 600 mm普通螺紋鋼錨桿。錨固劑為MZS2335型。噴漿與上述工藝一致，噴漿養(yǎng)護時間不少于28 d。

3)鋼拱架+錨網(wǎng)噴支護。

鋼拱架+錨網(wǎng)噴支護形式是在未施工前，考慮洞身段揭露基巖較破碎時采用的加強型支護方式。洛河隧道施工過程中在黃土段與基巖交接處出現(xiàn)了6 m距離破碎帶。施工過程中及時進行了調(diào)整。具體方法與前述相似。

3 施工通風

洛河隧道主要采用鉆爆法掘進、無軌膠輪車運輸，通風距離最長為1 200 m。因此，結(jié)合施工工藝、運輸方式、通風距離等特點，該隧道采用壓入式通風方式。

考慮到隧道內(nèi)滿足最小風速要求的需風量、同時施工最大班人數(shù)需風量、同時爆破的炸藥產(chǎn)生的有害氣體降到最低所需的風量、同時運行的機動車所需的風量、洞內(nèi)施工用的壓風設備等因素，通過風量及風壓計算，隧道施工需風量135 m3/min，風壓1 578 Pa。因此選用2BKJNo5.6/30型對旋軸流式通風機，功率2×15 kW。

風筒可根據(jù)制造材料的不同,分成由帆布、人造革、塑料及膠皮等做成的柔性風筒和由鐵皮、鋁板等做成的金屬風管。根據(jù)本工程的特點，選用帆布風筒,它具有重量輕,連接、懸吊方便等特點。風筒直徑為800 mm，安裝在隧道左壁上方1.8 m處，不影響車輛通行，且便于維護。

4 施工排水

1)洞外排水。

施工前先做好臨時排水設施(包括洞頂截水溝、施工場地快速排水系統(tǒng))，確保暴雨時，洞口周圍雨水能快速排走。由于出口段為下坡施工，且明槽長度較長(約40 m)，在明槽段頂部安設防雨棚、洞口位置設積水坑及潛水泵等設施，防止雨季雨水倒灌。

2)洞內(nèi)排水。

為了加快進度，洛河隧道采用兩端施工。因出口端為反坡施工，且施工643 m～1 100 m區(qū)段時，幫部及底板中有滲水情況，滲水量每小時0.3 m3。由于反坡施工,必須使用機械抽排方式把洞內(nèi)滲水排出。因此，根據(jù)施工情況，洛河隧道在出水段每百米設蓄水池一個,容量約8 m3,洞內(nèi)排水采用潛水泵排出洞外。入口段施工時做排水溝，滲水自流排出洞外。

5 結(jié)語

神渭輸煤管道洛河隧道全長2 287 m，凈斷面6.3 m2，采用雙頭掘進，出口段掘進長度1 200 m。 隧道施工工期8.0個月，月成巷最高達到182 m(錨網(wǎng)噴段)。洛河隧道的成功實施，為亞洲第一條長距離輸煤管道的成功實施奠定了基礎，為淺埋長距離小斷面隧道的施工在開挖、排渣、支護、通風、排水等施工工藝上積累了成功的經(jīng)驗。

[1] GB 50299—1999，地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范2003版[S].

[2] TB 10003—2005，鐵路隧道設計規(guī)范[S].

[3] GB 6722—2003，爆破安全規(guī)程[S].

[4] GB 50423—2007，油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范[S].

[5] SY 4027—2007，石油天然氣建設工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范管道穿跨越工程[S].

[6] 胡海英.小斷面隧道施工關鍵技術[J].山西建筑，2009，34(17)：318-319.

The shallow buried long distance of small section tunnel project in coal slurry pipeline technology

Liu Zhi

(WuhanDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430000,China)

On the basis of the Luohe tunnel project of coal slurry pipeline, combined with the geological conditions and engineering construction difficulties, introduces the technology of shallow buried long distance of small section tunnel construction. Discussed the excavation, slag discharge, supporting, ventilation and drainage of tunnel, analyzed the construction difficulties and key points of each process, summarizes the technology’s characteristics and effect of shallow buried long distance of small section tunnel construction, achieved good economic and social benefits.

shallow buried， long distance， small section tunnel， construction technology

1009-6825(2015)02-0157-03

2014-11-09

劉 智(1982- )，男，碩士，工程師

U455

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