摩天岭隧道右线2号斜井施工技术

摩天岭隧道右线2号斜井施工技术

作者：曾文斌

来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第02期

摘要:随着目前长大隧道的不断增多,为了解决隧道通风问题或者增加工作面,一般设置斜井或竖井进行解决。摩天岭隧道右线2号斜井为通风斜井,倾角24.95°,施工难度较大,本文结合工程实际情况,阐述斜井施工技术,提出有效的施工方法,总结了成功的经验和体会,便于同类工程提供借鉴。

关键词:公路 隧道 斜井 施工

1 工程概况

国家重点公路杭州至兰州线重庆巫奉高速公路A19合同段,位于重庆市奉节县双潭乡境内,主要工程项目有摩天岭特长隧道及右线2号斜井。摩天岭隧道全长7353m,其中右线2号斜井倾角24.95°(接近斜井倾角极限),斜井全长817.05m。斜井井口位于隧道右线YK47+474右侧172m,井底位于隧道右线YK46+739右侧44.95m处,距隧道出洞口3069m。

2号斜井全长817.05m,倾角24.95°,开挖断面面积34.98～47.0m2。井口设3m的明洞,其余地段采用复合衬砌。初期支护采用格栅钢架、径向锚杆、钢筋网及喷射混凝土;二次衬砌采用EVA复合防排水板、C25模筑混凝土。

斜井通过地层全部为灰岩段;斜井分段工程与水文地质情况见下表。 斜井工程地质与水文地质一览表 2 斜井施工特点

斜井由于其存在较大坡度,因此无轨机械不能使用,同时操作人员在实际施工中很大方面不能按普通隧道考虑。

而本斜井井口位于冲沟内,场地狭小,对提升系统的布置造成很大影响。 3 本工程特、重、难点分析

3.1 斜井开挖断面大,倾角大,施工组织难度大;与常规斜井相比,开挖断面大,断面面积34.98～47.0m2,倾角24.95°(接近斜井倾角极限),衬砌结构带有中隔墙结构。

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3.2 隧道开挖至风机房及斜井开挖至井底的时间间隔较长,为了保证正洞和斜井均衡生产,因此斜井开挖至井底后衬砌台车需在井底拼装,施工难度极大。

3.3 衬砌采用从井底向井口衬砌,混凝土从井口泵送,泵送距离长,泵送混凝土要求高,施工难度大。

3.4 斜井高度为5.15m,对出碴设备挖掘机的选型造成难题,挖掘机偏大会造成不能正常运转,挖掘机过小会造成效率偏低。 4 总体方案

斜井采用绞车提升,开挖自上而下,铺底衬砌自下而上,衬砌自下而上。

开挖支护:洞口段(Ⅴ级围岩)及Ⅳ级围岩采用台阶法施工;Ⅲ、Ⅱ级采用全断面法施工。人工手持风钻钻爆开挖,光面爆破,台架采用脚手架,施工时易于拆除;初期支护紧跟掌子面。 洞口段为减少工序,仰拱一次性开挖到位。

出碴运输:采用提升绞车提升,6m3矿车出碴,双轨单道有轨运输系统,井口外设卸碴挡墙卸碴,自卸汽车运碴至弃碴场。

二次衬砌:采用6m长定型整体模板台车衬砌,中隔墙紧跟,混凝土从井口采用高压输送泵泵送入模。为便于衬砌,斜井开挖完成后从斜井起点里程向洞口衬砌,仰拱和铺底先于衬砌施工。 施工排水:斜井井口到井底高差325.6m,斜井施工为反坡排水,采用多级排水,在掌子面线路右侧挖集水坑,潜水泵抽至临时水仓内,临时水仓根据水量情况设置,再由潜水泵经排水管抽排出洞外;开挖过半时,在斜井中部设腰泵站,掌子面积水经集水坑抽排至临时水仓后再抽排至腰泵站,通过腰泵站抽排至洞外。施工时布设两路排水管,斜井井身高压风管作为储备排水管。 施工通风:采用压入式通风方案,在洞口配置1台轴流通风机(37×2Kw),单路φ1400mm软风管进洞,风管为阻燃、防静电型。 5 提升系统

根据工程和项目实际情况,考虑到我公司资源情况,充分利用社会资源,综合各方面因素,租用全新绞车。

租用绞车技术参数:型号为JTP2.5×2,单筒提升机,卷筒直径2.5m,宽2m,贵州高原机械厂生产,钢丝绳速度2.55m/s,最大牵引力90KN,天轮φ2.5m,电压等级380V/660V,功率260kW/8P,盘式制动器,NBD900行星齿轮减速机,减速比35.5,TKD-A-1186电控(继电器控制)。

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根据绞车情况进行配套设备验算和选型。 5.1 钢丝绳选择

通过计算钢丝绳的单位长度重量选择钢丝绳型号。 Pk=

(Q1+Q2)(sinα+f1cosα)÷[(110δ÷m)-L(sinα+f2cosα)]=3.13(kg/m) Q1—提升容器及连接装置的自重,取5000kg; Q2—提升容器的有效载重,取6×0.9×1800=9720kg; L—钢丝绳提升长度;取890m;

δ—钢丝绳公称抗拉强度,取160kg/mm2; f1—提升容器的阻力系数,取0.015; f2—钢丝绳移动的阻力系数,取0.35; α—斜井倾角24.95°; m—安全系数,取6.5。

推荐钢丝绳参数为:直径φ31mm,破断拉力总和554.5kN。单位长度重量3.383kg/m。 5.2 卷筒及天轮直径

D天=D卷=60～80d绳=1920～2560mm,川煤五处提升机取天轮直径为2500mm,卷筒直径为2500mm。 5.3 卷筒宽度B

B=2000mm。满足最小1300mm的要求。 5.4 最大静张力

F最大=(Q1+Q2)(sinα+f1cosα)+PkL(sinα+f2cosα)=8469 kg。 5.5 电动机功率预选

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N=(K备×F最大×V最大)÷102η=254kW K备—电动机备用系数,取1; F最大—最大静张力(kg) V最大—最大提升速度,按2.55算 η—传动效率,选一级传动0.9。 6 提升系统平面布置

6.1 井口到井架的距离(L1)和井架高度(Hg)的计算 井口到井架的距离L1=(l1+l2+l3+l4)cosα=19.75m。 井架高度Hg=(l1+l2+l3+l4)sinα-Du/2=2.43m; 公式中:

l1-缓冲距离;取7m;

l2-道岔连接长度,无道岔,取0m;

l3-1～1.5倍车组长度;按6m3矿车,长度6m考虑,取9m; l4-过卷距离;取4m;

α-栈桥倾角,以保证矿车空载时能以一定加速度启动为宜,取9°; Du-天轮直径,根据钢丝绳直径及围包角共同确定,取1400 mm。 6.2 井架到绞车的距离 L2=(S-a-Y)÷2tgα>22.7m。(B 单筒为L2=B/2÷tgα>25.9m S—两天轮间距离,经计算为1.9m; α—绳偏角,按多层缠绕计算,α≤1°10′;

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a—两卷筒内缘距离,单筒取0m; B—卷筒宽度,1.5m;

Y—天轮游动距离,固定天轮取0m。

结合现场实际情况,为了减少挖方以及节减少投入,用卸碴挡墙代替卸碴栈桥,同时为了解决场地问题,与钢丝绳交叉便道利用设置涵洞一道,使问题得到很好的解决。见《提升系统纵断面设计图》。

7 其他配套设备设施

轨道系统:采用双轨单线,43kg/m钢轨,轨距900mm,L140槽钢轨枕,间距700mm,轨枕长1400mm。碴仓上方轨道设置护轨,明洞变坡点附近设置一大地滚,然后每15m设置一处小地滚。

斜井安全设施:以井口为中心,在井口与井底之间和井口与绞车房之间,采用声光信号联系,信号管理指派专人进行管理和操作,在明洞变坡点设置阻车器,同时在阻车器的后方设置一道挡车器,并经常处于正位关闭状态,提升机上设置深度指示器和过卷装置,并在钢丝绳上设置明显的深度标志;井内每200m设置一处挡车器,每10m设置一处轨道防滑装置;井底开挖面设置一处挡车器及阻车器。

斜井施工信号系统:在绞车房、井口及工作面(或井底)3处布置响铃信号、信号灯信号系统;设监视器进行开挖面的地质情况、围岩类别、各种机械设备在开挖面的工作状态的监控;信号工带对讲机与绞车房进行联络。

供配电:斜井洞口临近,高压变电站集中设置在提升机房及空压机房附近。

施工照明系统:斜井内每隔8m设置100W照明灯一处,在避人洞、信号间设置设置高压钠灯。

8 总结和体会

此斜井从开工到现在,已开挖支护近200m,提升系统运行非常正常,开挖过程中遇到2个特大溶洞,目前也安全通过,现总结以下几点:

8.1 我项目斜井原设计施工便道近9km,弃碴场距离洞口约300m,结合实际情况,对施工便道和弃碴场进行重新选择,目前施工便道2.4km,弃碴场就位于洞口冲沟内,这两项节约成本约100万元。

8.2 提升系统用卸碴挡墙代替卸碴栈桥,减少工程量和投入,同时缩短了时间。

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8.3 斜井施工采用单工序作业,所以在施工过程中尽量减少工序,隧道有仰拱地段一次性开挖到位,再用洞碴回填过轨,减少捡铺底工序中的爆破作业。

8.4 平面布置充分利用地形,隧道地质情况,材料使用情况进行综合考虑,采用多种形式,将规范要求范围合理利用,减少投入,降低成本。 参考文献:

[1]中交第二公路勘察设计研究院.巫奉高速公路两阶段施工图设计.第三册共四册.2006.