中部引黃工程26標施工支洞設計研究

郝亞嬋

中部引黃工程26標施工支洞設計研究

郝亞嬋

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

為了解決地域水資源分配的不均衡，大型跨區域的長距離引調水工程逐步實施，而為了加快施工進度，增加作業面，施工支洞是深埋隧洞設計及施工中必須考慮的因素，施工支洞根據地形條件、施工設備、施工方法可分為平洞、斜井以及豎井［1］，支洞型式不同，其出渣方式、材料運輸方式也不同。斜井有軌運輸出渣是直接制約隧洞施工安全與效率的一個重要環節［2］，合理確定斜井的出渣方式尤為重要，文章以中部引黃工程26標為例，對斜井的布置、出渣方式等進行了研究，為長距離輸水隧洞的支洞設計與施工提供了可以參考的資料。

長距離輸水；支洞；斜井；施工方法

1 概況

中部引黃工程輸水線路總長384.5km，總干線長 200.22km，東干線長 28.76km，西干線長85.70km，蒲大支線長3.6km，汾孝介支線長14.97km，交汾靈支線長51.25km。其中有三處TBM施工洞段，總長61.35km，其余隧洞段均采用鉆爆法施工，共設置支洞98條，支洞總長度77.578km。

26標段共有施工支洞5條，控制西干隧洞長21km，支洞長度合計3.45km，支洞平面示意如圖1，各支洞特性見表1。

表1 施工支洞特性表

圖1 26標施工支洞平面示意圖

2 支洞設計

26標主洞段埋深較大，支洞設計時應盡量考慮坡度小的斜井以利于施工，斜井坡度小，出渣速度快、效率高、安全性好［3］。但26標施工支洞受地形條件限制，除23#支洞利用有利地形坡度較緩外，其余均為斜井，斜井需要提升設備進行出渣和材料運輸，考慮支洞的運輸強度和盡可能減少斜井專用車輛和其它設備，斜井縱坡控制在24°以內［4］。

根據主洞施工所確定的運輸方法，斜井內設單軌車道，斜井段斷面凈寬3.65m，斷面高度由運輸設備高度和風筒控制，確定凈高3.2m，斷面為城門洞形，主支洞交叉段進行擴挖。

施工支洞斜井段Ⅲ類以上圍巖采用噴錨支護，噴C20混凝土厚度8cm，頂拱設φ25隨機錨桿，長度2m；Ⅳ類圍巖采用噴錨支護，噴C20混凝土厚度10cm，頂拱設φ25系統錨桿，長度2m，間排距1m，梅花形布置，現澆35cm厚C25混凝土襯砌；Ⅴ類圍巖采用掛網噴錨支護，噴C20混凝土厚度12cm，頂拱設 φ25系統錨桿，長度 2m，間排距1m，梅花形布置，鋼筋網采用 φ8鋼筋，間距150mm×150mm，現澆40cm厚C25混凝土襯砌。

施工支洞交叉段Ⅲ類以上圍巖采用噴錨支護；Ⅳ類圍巖采用噴錨支護，現澆30cm厚C25混凝土襯砌；Ⅴ類圍巖采用掛網噴錨支護，現澆35cm厚C25混凝土襯砌。噴錨支護方式同斜井段。特殊地質段支護同主洞施工。

2.1 支洞與主洞交叉段結構

施工支洞與主洞交叉段按照設計分三種形式，分別為人字形、Y字形、T字形。人字形交叉段支洞內最大凈寬5m，最小凈寬2.5m，凈高3.2m，城門洞形：Y字形交叉段支洞內最大凈寬6.6m，最小凈跨度2.5m，凈高3.2m，城門洞形；T字形交叉段支洞內最大凈寬8m，最小凈跨度4.38m，凈高3.2m。

26標支洞交叉段均采用T字形的交叉形式。為滿足設備使用要求，對主支洞交叉段結構斷面進行了適當調整，19#支洞交叉段主洞斷面擴挖為：最大凈寬度7.5m，凈高8.05m；其他支洞交叉段主洞斷面尺寸為：最大凈寬度7.5m，凈高6.1m，主洞擴挖段長度20m，如圖2。

2.2 主支洞運輸系統

主洞裝、運渣均采用扒渣機裝渣、農用自卸車運渣至交叉口，支洞牽引出渣方式為：19#支洞采用絞車牽引側卸式曲軌礦車出渣，井底設置轉渣場［5］。 20#、 21#、 22#支 洞 采 用 絞 車牽 引 平 板 車 出渣，23#支洞采用無軌運輸、農用自卸車直接將渣料運到洞口。

圖2 T型主支洞交叉平面圖

2.2.1 主洞出渣

主洞上、下游200m之內，采用 ZL-50F裝載機端渣，交叉口裝渣。其后設避車洞，每200～250m增設一處避車洞。主洞出渣均采用WZL-160型扒渣機裝渣、6m3農用自卸車運渣到交叉口。每個作業面配備1臺扒渣機，隨著施工距離的增加，每個支洞配置2～6臺出渣車。

2.2.2 支洞牽引出渣

（1）絞車牽引礦車

19#交叉段開挖時考慮礦車高度，對交叉段進行了適度擴挖，向設計標高以下開挖2m，設置了轉渣系統，儲料倉具備2～3車的存渣能力（約6m3），礦車可運行到儲料倉底部接料，通過閘門控制，將渣料卸至礦車內，料滿后由絞車直接運出，礦車出洞后，通過溜槽卸渣至自卸汽車，然后運至渣場，每個支洞口配兩臺自卸車轉渣。如圖3，4。

圖3 19#支洞主支洞交叉段平面圖

圖4 19#支洞主支洞交叉段縱剖面圖

采用此種出渣方式雖然存在底板擴挖、支護時間長、洞內渣料二次倒運等弊端，但出渣效率可以得到很大提升，19#支洞采用此種出渣方式。

（2）絞車牽引板車

相對于絞車牽引礦車，牽引平板車具有避免二次倒運和建設交叉段擴挖的優勢，但出渣效率相對降低，綜合考慮工程進度和洞內實際條件，選擇絞車牽引板車的出渣方式。

在主支洞交叉段和支洞出口設置汽車行走平臺，考慮輪距、軸距之間比例，為穩定重心，避免掉道，軌距加寬至180cm，并增加了減震的方法確保平板車運行穩定，同時隨時調整軌道的平整度，進一步確保運輸平穩、安全。

20#、21#支洞以扒渣機裝渣，出渣車運輸至斜洞交叉口處，直接開上板車，絞車牽引板車，運輸至洞口。如圖5，6。

圖5 20#支洞主支洞交叉段平面圖

圖6 20#支洞主支洞交叉段縱剖面圖

（3）絞車牽引農用汽車

西干22#支洞長560m，坡度32.77%，相對其他支洞較短，考慮到工程進度情況，并結合以往的施工經驗，采用絞車牽引自卸農用汽車出渣方案。與其他出渣方式相比，避免了軌道鋪設、二次倒運以及交叉段擴挖。各支洞出渣設備參數見表2。

在汽車大梁上用工字鋼連接伸出，通過鋼絲繩鉤掛點與絞車牽引繩連接，牽引汽車上下洞，同時自卸車司機、絞車司機以及交叉段施工人員通過步話機時刻保持通訊，確保運行安全。

3 安全措施

在斜井施工過程中，絞車運輸系統始終作為重大安全風險點需進行控制，其中絞車提升機、鋼絲繩、軌道等重點控制項目，按照國家、行業規范，并結合以往工程施工經驗，把以下項目作為安全控制的主要內容。

3.1 絞車提升機

提升機在斜井施工中擔負著出渣、運送材料等任務，是斜井施工中最重要的運輸設備，是斜井施工中安全風險控制中的重要環節，對保證施工安全意義重大。

目前在工程中使用的絞車結構形式為卷筒纏繞式，由電動機、減速箱、主軸裝置、盤型制動器、深度指示器、液壓站、潤滑站和電控系統組成，按調速方式分為電阻型和變頻型。

按照《煤礦用JTP型提升絞車安全檢驗規范》（AQ1033-2007）及《煤礦用單繩纏繞式礦井提升機安全檢驗規范》（AQ1035-2007），中部引黃26標中使用的絞車提升機基本參數要求見表3。

表2 支洞出渣設備參數表

表3 絞車提升機安全參數要求

3.2 鋼絲繩及連接

鋼絲繩作為連接絞車和運渣車輛的主要設備，它的質量直接關系到斜井運輸系統的安全。使用的鋼絲繩類型為6×19S+FC、6×36ws+FC，構造如圖7。鋼絲繩抗拉強度為1670MPa，破斷力總和為459～532kN，并計算安全系數，滿足《一般用途鋼絲繩》（GB/T20118-2006）的要求以及礦用絞車提升機對鋼絲繩的要求。

圖7 鋼絲繩構造圖

3.3 軌道

軌道布置在坡度大的斜井運輸系統中，作為承載運渣車的主要支承設備，安裝、布置合理可以有效避免翻車、掉道等事故，減少施工安全風險。對于坡度大于15°斜井，設有防止軌道下滑的措施，并在適當位置設置控制溜車的擋車裝置。

軌道均采用43kg/m的重軌，軌距19#和21#采用90cm，20#考慮平板車尺寸采用180cm，其中21#支洞平板車安裝有減震裝置，軌道鋪設利用開挖出來的石渣作為道渣。

3.4 信號系統

絞車出渣過程中，穩定的信號系統可以保證通暢的聯絡渠道，能夠在第一時間做到應急處理，避免事態進一步惡化。

信號系統包括有線信號、無線信號。各支洞布置有電鈴、電話以及視頻監控系統，保證絞車房、交叉段、作業面通訊暢通，使值班人員及時掌握洞內外情況，為安全施工提供保障。無線信號主要為步話機，在有線電話損壞的情況下，現場使用步話機交流，保證通訊暢通，并及時掌握洞內情況。

3.5 其他安全措施

在支洞洞口附近設置擋車器防止在礦車及板車臨時停用維修時發生溜車，另外對于21#支洞每個車輛增加一緩沖裝置，主軸和平板車之間留有10cm的變形量，以增加平板車在軌道運行中的穩定性。

4 應急預案

4.1 掉道

礦車在出渣過程中有時由于軌道上掉落的散石、軌道下沉以及不平整度會發生卡輪造成掉道現象發生，絞車司機應注意以下事項：觀察操作臺上的電流指示表，如果發生大的指示數值，則絞車司機應立即停車，拉手剎，聯系洞內值班人員察看是否掉道，如果發生掉道，等相關人員處理完后再啟動絞車。平時加強軌道及地滾的檢查，發現有問題及時處理，消除安全隱患。同時在洞內準備好千斤頂及撬棍等設備，在發生險情時及時組織人員處理。

4.2 停電

如果發生突發停電，絞車內的緊急制動裝置啟動，剎車自動抱死，同時聯系電工人員確認是否正常停電，否則應檢查排除非正常停電，如屬正常停電，應組織人員進行發電，確保洞內照明。

5 結語

有軌運輸有效解決斜井隧洞施工中洞渣、混凝土等運輸問題，是解決大坡度隧洞施工運輸較好的方案，同時采用絞車牽引平板車和農用車出渣，效率高，也是斜井出渣的一種嘗試，但有軌運輸對軌道的養護維修要求高，存在鋼絲繩斷裂、掉道、側翻等風險，有一定的安全風險。23#支洞坡度為11.99%，超過了無軌運輸規范建議的9%的坡度［6］，結合運輸車輛性能，需在施工過程中加強日常檢查、維護，并嚴格執行管理運行制度，確保施工安全。

［1］郝滿倉.水工隧洞施工支洞的選擇與布置［J］.山西水利科技，1995（S1）： 33-36.

［2］陳霞，潘志鋼，楊勝.隧洞施工斜井有軌運輸出渣系統設計［J］.東北水利水電，2013，31（01）：10-12.

［3］顧慶堯.引水隧洞斜井出渣施工方案比較［J］.水利技術監督，2009（03）： 49-51.

［4］班樹春，韓志遠，徐巖.長大隧道斜井支洞出渣系統設計［J］.水利建設與管理，2009，29（08）：48-51.

［5］李子強，張成剛，林長杰.深埋長大隧洞施工出渣系統設計［J］.水利水電技術，2006，37（03）：18-19.

［6］SL378-2007.水工建筑物地下開挖工程施工規范［S］.

TV671

A

1008-1305（2017）05-0058-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.020

2017-01-17

郝亞嬋（1973年— ），女，高級工程師。