大型地下水封洞庫群機械化配套技術

李春輝 周正華 辛國平

(中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121)

·機械與設備·

大型地下水封洞庫群機械化配套技術

李春輝 周正華 辛國平

(中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121)

結合工程實例，通過研究大型地下水封洞庫群的施工特點，提出了機械化配置要求，分析了機械化配套施工的優越性，并根據機械化配置原則，給出了大型地下水封洞庫機械配套組合。

水封洞庫，機械化，配套，優越性

地下水封洞庫工程采用水封原理儲備油氣資源，具有安全可靠、經濟實用、投資少、占地小、環保和生態友好、儲量大并且利于戰備的優點，被稱為“具有高度戰略安全的儲備庫”，我國尚處于起步階段。洞庫建成后一般不再進入洞庫內部進行修復工作，存在一系列施工技術難題，施工難度和技術難度大，機械化配套技術是此類洞庫施工的關鍵技術之一。本文以煙臺大型地下水封式LPG儲氣洞庫為例，對洞庫工程的配置進行了論述。

1 工程概況

煙臺地下水封LPG洞庫設計總庫容為100萬m3，是目前世界儲量最大的LPG地下水封洞庫，用于儲存丁烷、LPG和丙烷液化氣體；其中丁烷、LPG庫庫容均為25萬m3，丙烷庫庫容為50萬m3。每個庫均由3條長度200 m～400 m的洞罐組成，洞罐截面成蛋形平底狀(圓形拱頂、圓形邊墻、水平底板)，寬度18 m～20 m，高度26 m～28 m，設計開挖斷面面積397 m3。水幕孔為直徑100 mm的鉆孔，水平水幕孔位于洞罐上20 m處，垂直水幕孔位于洞罐外側20 m處，水幕孔長度為30 m～100 m。根據施工和運營的不同需要，在洞庫的不同標高處設有洞庫間連接巷道。因其具有結構復雜、開挖斷面大、施工質量要求高、注漿及水幕技術要求高、施工組織難度大的特點，采用機械化配套施工。

2 設備配置總體要求

1)大型地下洞庫群施工特點。a.相對于傳統的交通隧道，洞庫施工環境更加惡劣。洞庫施工90%的工作量均為開挖施工，如采用傳統的臺架法施工效率較低。95%物料通過斜井運輸，90%污風通過斜井外排，運輸車輛和通風設備的選型極為重要。b.洞庫施工不進行仰拱和二次襯砌。在洞庫施工中，僅少量施工線路需要混凝土鋪底作業，而主洞庫更是要開挖四層才能完成。所以底板施工時，由于超欠挖效果不佳，臺架行走不順暢。c.洞庫轉角擴挖、下臺階施工處多。洞庫內有許多施工處需要轉角開挖、下臺階施工，傳統的臺架難以滿足施工需求。d.洞庫施工斷面較大、較多。洞庫主洞庫施工均為寬18 m～20 m、高26 m～28 m，此類同時施工的斷面有9個～10個，還有水幕小斷面，高峰期合計施工斷面約有15個左右。如采用傳統加工的臺架太重，移動極其不安全，而且施工斷面太大，加工、修補非常困難。e.為保證洞庫的密閉性，需要鉆深孔注漿封堵裂隙。洞庫施工地均在海邊，海邊地層富含水。所以洞庫在施工過程中，庫內各處均有可能隨時出現裂隙水，水量較大。這時采用鑿巖臺車施工可以快速到達施工地點進行鉆深孔注漿(20 m以上)，而傳統機械難以滿足此類需求。f.水幕系統的可靠性是洞庫氣密性的重要條件之一，最深達100 m水幕孔的施工精度是其重要保證，水幕鉆孔設備的選型極為重要。g.洞庫施工錨桿設計量較大。如采用人工臺架開挖，在各個斷面需加工2個臺架。一個作為開挖臺架施工，另一個作為支護臺架施工。在實際施工中，需要移動2個重型臺架較為困難。

2)洞庫機械化施工設備配置總體要求。鑒于洞庫以上的施工特點，我們不難判斷：水封洞庫施工需要安全性和經濟性高、節能環保、移動便捷、工效高、鉆孔深、適應惡劣環境的一體化專業設備。

3 機械化配套施工的優越性

1)安全系數高。a.臺車司鉆人員安全性明顯提高。鑿巖臺車開挖時，司鉆人員距離掌子面十多米，安全系數明顯高于傳統人工作業。b.機械化配套施工支護及時、到位。洞身在爆破開挖后，立即由混凝土濕噴機組對外露圍巖進行初噴，隨后進行液壓鑿巖臺車配合平臺車進行錨桿鉆孔、安裝工作，避免了掌子面危石下落造成的人員傷害事故。c.混凝土噴射機組操作人員安全性明顯提高。采用混凝土噴射機組進行濕噴作業時，作業人員和設備可停留在已完成初期支護相對安全的位置進行濕噴作業，消除了對機械設備和施工人員存在著很大的安全隱患。

2)能耗低，功效高，經濟效益明顯。a.噴射混凝土濕噴機組經濟性分析。在噴射同等量的混凝土的情況下，傳統工藝的能源和配件消耗是大型濕噴機組消耗的5倍以上，混凝土回彈量是大型濕噴機組的4倍～5倍，而效率僅為大型濕噴機組的1/3～1/5。采用大型濕噴機組的經濟性明顯優于傳統小型濕噴機。b.鑿巖臺車施工經濟性分析。以某開挖斷面120 m2的雙線鐵路隧道施工為例，巖石主要為花崗巖(強度達到80 MPa以上)，初期采用人工風鉆開挖平均每方耗電量為12 kW·h左右，采用2臺鑿巖臺車開挖后，平均每方耗電量為1.8 kW·h左右，并且提高了施工效率，較人工風鉆開挖節約成本27.9%，對降低人工費和間接費大有裨益，采用鑿巖臺車施工經濟性能明顯突出。

3)工程質量穩定可靠，工人勞動強度低，作業環境得到根本改觀。a.噴射混凝土作業。以主洞庫頂層施工為例，若采用常規的小型噴射機作業，需配備2臺～3臺，每臺配6人，連續作業3.5 h才能完成噴射混凝土支護作業，并且外加劑和水由人工控制現場添加，隨意性較大，噴出的料束受上料速度的影響而不均勻、不連續，平整度較差，外觀顏色不均勻，力學性能指標浮動較大，而且現場粉塵濃度大，施工質量和作業環境得不到良好的保證。而濕噴機組施工僅需1臺，配備3人作業1 h即可完成主洞庫頂層噴射混凝土支護作業，并且拌合料配比及外加劑摻量穩定，再加上機械手噴射的流量穩定、速度勻速，能實現現場連續濕噴，濕噴混凝土表面平整度較好，外觀顏色均勻，力學性能指標浮動幅度小，初期支護混凝土強度高、整體性強、密實度好，施工質量穩定可靠，現場粉塵濃度小，作業環境良好，勞動強度低。b.洞身開挖作業。以主洞庫頂層施工為例，常規的人工風鉆開挖需配人工30名左右，鉆眼作業時間為4 h；采用鑿巖臺車僅需2臺、共4人連續作業1 h即可完成鉆眼作業，勞動強度大大降低。

4 大型地下洞庫群機械化配套

1)機械化配套原則。地下洞庫施工以高強度開挖、鉆孔、噴混凝土、裝載及運輸、注漿等作業為主，主要設備的適用性和可靠性對工程順利推進至關重要。a.三臂鑿巖臺車Atlas353E，Sandvik(Tamrock)T11及更新系列，地下作業應優先選擇全液壓系統，能較好適應潮濕、多塵的作業環境，全液壓系統穩定性、可靠性高，易維護，元配件成本相對較低，對中硬巖(Rb=80 MPa～100 MPa)和硬巖(Rb=100 MPa～120 MPa)的適應性較好。b.混凝土濕噴機械

手：目前應用較成熟、性能穩定的混凝土濕噴機械手有大象(麥斯特MEYC0Potenza)，阿利瓦(SIKA-PM500)，CIFA、挪曼爾特(NORMET)等，均適應地下噴混凝土作業環境。c.水幕孔鉆孔設備：潛孔鉆成熟品牌較多，Atlas、古河等潛孔鉆性能穩定，效率高，綜合經濟性較好，在地下洞庫受限空間高強度作業環境下，應配置自動換鉆桿和孔口捕塵系統。d.通風機：優先選擇變頻通風機，該類型通風機可根據作業面空氣質量自行調節風機運行速度，具有既能保證作業面空氣質量又能實時控制功率，節能高效的優點，成熟的品牌有蓋雅等。定級調速通風機雖具有調速功能，但最多四級，每級定速運轉，節能效果差。e.裝載機：目前國產成熟品牌有柳工ZLC系列、徐工系列和廈工系列，可滿足地下洞庫高強度裝渣作業要求。f.出渣大車：選功率280 kW以上的雙后轎自卸式，有效載重25 t，車廂容積12 m3以上的出渣率。g.高空作業平臺車：優先選用結構簡單、輪式行走、作業升高10 m～12 m、工作載荷400 kg以上的平臺車。2)煙臺LPG大型水封洞庫主要施工機械配備見表1。

表1 各分隊機械配備表

5 結語

煙臺地下水封LPG洞庫工程通過機械化配套的應用，11.77個月完成2 135.1 m交通巷道掘進(月均掘進181 m，最高月掘進309 m)，15.9個月完成9條主洞庫2 817 m開挖支護作業，每條主洞庫分4層開挖，累計開挖1 118.8萬m3洞渣(月均開挖7萬m3，最高月開挖12萬m3)，優質高效地完成了工程施工任務，證明了本配套技術方案的合理性和先進性。

通過本工程的實踐，本人深刻體會到：大型地下水封洞庫施工技術難度大，機械化配套施工是解決相關技術難題的重要途徑之一，其重要性將日益突出。隨著社會的發展，人力資源成本越來越高，且對工作環境提出了更高的要求，傳統風鉆操作工、小型濕噴機操作人員越來越少，機械化配套施工的優勢將進一步體現，機械化配套前景極為廣闊。

On mechanized auxiliary technique of large-scale underground cavern groups with water curtains

Li Chunhui Zhou Zhenghua Xin Guoping

(No.1Division,ChinaRailwayTunnelGroup,Chongqing401121,China)

Combining with engineering examples, the paper points out the mechanized allocation requirements according to the construction features of large-scale underground cavern groups with water curtains, analyzes the advantages of the mechanized auxiliary construction, provides the mechanic auxiliary combination of the large-scale underground cavern groups with water curtains adhering to the mechanized allocation principle.

cavern with water curtain, mechanization, auxiliary, advantages

1009-6825(2015)02-0220-02

2014-11-03

李春輝(1976- )，男，工程師； 周正華(1975- )，男，高級工程師； 辛國平(1976- )，男，高級工程師

TU607

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