淺談小斷面、大坡度斜井有軌運輸與主洞無軌運輸轉換井底車場施工技術

楊振朝

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100000）

1 工程概況

ABH輸水隧洞II標主洞全長4400m，主洞獨頭掘進長度為3906m。斜井支洞與主洞交點樁號為5+694，斜井支洞坡度38.64%，角度為21.13°，高差為170.5米。斜井變更新增井底車場擴大段之后總長度563.5m，井底車場擴大段36m，有軌運輸長度480m，主洞與斜井均為馬蹄形斷面，斜井斷面底部凈寬4.2m，主洞襯砌為同心平底圓，底部凈寬僅1.75m。

2 運輸方案優化

根據原設計Z2斜井支洞與主洞斷面及交匯方式，主洞與支洞均只能采用有軌運輸。綜合考慮II標段施工進度、設備資源的合理利用及降低施工安全風險，從而高效有序的控制施工安全、進度、質量。因此，對II標段施工運輸方案進行了優化。將原設計斜井與主洞正交改為55°夾角斜交，調整斜井平直段轉彎半徑為60m以滿足無軌運輸安全需求。同時，將斜井平直段設置 36.5m擴大洞室作為有軌轉無軌運輸轉換車場。從而實現有軌轉無軌運輸的高效有序。

3 優化方案的實施

主洞無軌運輸擬采用6m長×2m寬×2.4m高小型農用自卸車進行出碴運輸，采用6.5m長×1.5m寬×2.6m高4m3運輸罐車進行混凝土運輸。據此，對斜井平直段擴大洞室進行了施工及斷面布置。擴大洞室長度為 36.5m，最大開挖跨度為10.6m，開挖高度為10.2m，襯砌后斷面尺寸為8.5m寬×7.264m才能滿足車輛的調頭、自卸車卸碴、材料倒運以及實現混凝土1倒運。

4 井底車場斷面布置

根據Z2斜井支洞雙軌運輸方式，主洞無軌運輸方式，需對井底車場進行綜合考慮，斜井支洞擴大洞段井底車場需進行正洞無軌運輸出渣倒運、施工材料運輸、混凝土及噴錨料倒運。同時，還要統籌考慮安全、空間、時間等因素，以便最大化提高有軌轉無軌運輸效率及安全，從而達到經濟、安全、快速施工的目的。

4.1 洞渣倒運布置

主洞無軌運輸采用 6m長×2m寬×2.4m高 4m3小型農用自卸車進行出碴運輸，運輸容量與礦斗車容量匹配，自卸車運送至井底車場卸碴平臺后自卸進入礦斗車，然后采用絞車系統將礦斗車及洞碴外運至洞外卸碴坑。于擴大洞室碴坑加寬段布置雙軌碴坑，碴坑頂面采用卸渣搭板進行碴土倒運進運輸礦斗車，搭板采用現澆混凝土制作，厚度30cm，搭板與碴倉墻體才有鋼筋連接。

圖1 雙軌碴坑設置示意圖

4.2 材料倒運設置

主洞施工鋼筋、拱架及其他小型機具配件需通過Z2斜井支洞有軌運輸至井底車場后進行二次倒運。因此，需在井底車場設置起重設備，根據擴大洞段凈空及凈寬尺寸，在頂拱設置縱向行走式10t電動葫蘆，以方便對有軌礦車內的物料吊裝至正洞運輸車輛。縱向行走長度為13m，起吊高度為3.5m。

擴大洞室頂部預埋鋼筋采用3根φ25鋼筋+1.6cm鋼板牢固焊接在初期支護鋼拱架上，預埋鋼筋間距1m，于襯砌混凝土外外露80cm與縱向行走梁進行有效焊接。

4.3 混凝土倒運設置

主洞施工混凝土及噴錨料需采用4m3軌道運輸罐車通過Z2斜井支洞有軌運輸至井底車場后進行二次倒運。利用斜井與井底車場高差設置溜槽將軌道罐車內混凝土轉運至主洞無軌運輸 4m3膠輪罐車中，混凝土倒運需進過多次現場試驗確定軌道運輸、二次倒運及主洞運輸混凝土塌落度、和易性的損失率。然后調整混凝土出機塌落度。從而確保主洞混凝土施工質量。

圖2 擴大洞室斷面布置示意圖

5 方案比選

5.1 安全風險比較

1）有軌運輸方案

主洞有軌運輸向下游為下坡運行，運輸長度達到3906m，出碴、混凝土運輸、材料運輸任務繁重，軌道電車牽引礦斗車頻繁，軌道電車的保養和充電時間無法保證，存在極大的安全隱患。

2）有軌+無軌運輸方案

斜井支洞采用有軌運輸，運行長度僅500m左右，重載上下的運行距離較短。之后經井底車場轉無軌運輸，安全風險將得到有效降低。

5.2 施工速度比較

1）有軌運輸方案

主洞平導洞運輸距離達到 3984m，考慮采用雙軌道運輸，根據《煤礦安全規程》長度超過1.5km平巷列車行駛速度不能超過4m/s，斜井絞車提升設備運行速度不能超過2m/s[2]，據此計算1輛出碴車進出需要的時間為：

（3984÷4+480÷2）÷60+10min（裝碴時間）+10min（2次摘、掛勾時間）≈40分鐘

每輛礦車容量為4m3，每循環施工1m土石方開挖量約為36m3，考慮1.3虛方系數，即出碴量約為 47m3，考慮道岔布置，現場布設 4輛礦斗車，需要約 12趟才能完成出碴。因此，每循環實際出碴時間約為4小時。

2）有軌+無軌運輸方案

主洞采用無軌運輸+斜井采用雙軌運輸方案，考慮主洞采用小型農用自卸車進行出碴，容量為 4m3，并每兩百米布設一處會車道，實現車輛會車。據此，僅考慮斜井軌道運輸時間，根據斜井絞車提升設備運行速度不能超過2m/s的相關規定。據此，計算1輛礦斗車出碴需要的時間為：

480÷2÷60+2min（卸碴時間）=6分鐘

每輛礦車容量為4m3，每循環施工1m土石方開挖量約為36m3，考慮1.3虛方系數，即出碴量約為47m3，需要約12趟才能完成出碴。因此，每循環實際出碴時間為1.2小時。

由此可見，有軌+無軌運輸方案比有軌運輸方案每循環出碴時間能節約2.8小時。

6 結束語

運輸方式是主洞施工的關鍵，在小斷面、大坡度斜井與小斷面主洞施工中，往往因為運輸條件的限制給施工帶來諸多影響從而造成進度緩慢、成本增加。因此，只有將合理的施工工藝和有效的運輸方式高效結合才能克服諸多不利影響。通過優化斜井井底車場及主洞運輸方式，采用主洞無軌轉斜井有軌運輸的施工方案可操作性強、安全可靠、經濟合理，將小斷面大坡度斜井與小斷面主洞施工的桎梏有效突破，實現了主洞快速施工，進而降低了安全風險，提高了經濟效益。