郝亞嬋

中部引黃工程26標(biāo)施工支洞設(shè)計(jì)研究

郝亞嬋

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(qū)域的長(zhǎng)距離引調(diào)水工程逐步實(shí)施，而為了加快施工進(jìn)度，增加作業(yè)面，施工支洞是深埋隧洞設(shè)計(jì)及施工中必須考慮的因素，施工支洞根據(jù)地形條件、施工設(shè)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(yùn)輸方式也不同。斜井有軌運(yùn)輸出渣是直接制約隧洞施工安全與效率的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［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(biāo)為例，對(duì)斜井的布置、出渣方式等進(jìn)行了研究，為長(zhǎng)距離輸水隧洞的支洞設(shè)計(jì)與施工提供了可以參考的資料。

長(zhǎng)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(zhǎng)384.5km，總干線長(zhǎng) 200.22km，東干線長(zhǎng) 28.76km，西干線長(zhǎng)85.70km，蒲大支線長(zhǎng)3.6km，汾孝介支線長(zhǎng)14.97km，交汾靈支線長(zhǎng)51.25km。其中有三處TBM施工洞段，總長(zhǎng)61.35km，其余隧洞段均采用鉆爆法施工，共設(shè)置支洞98條，支洞總長(zhǎng)度77.578km。

26標(biāo)段共有施工支洞5條，控制西干隧洞長(zhǎng)21km，支洞長(zhǎng)度合計(jì)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(biāo)施工支洞平面示意圖

2 支洞設(shè)計(jì)

26標(biāo)主洞段埋深較大，支洞設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(biāo)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?fù)?，其余均為斜井，斜井需要提升設(shè)備進(jìn)行出渣和材料運(yùn)輸，考慮支洞的運(yùn)輸強(qiáng)度和盡可能減少斜井專用車輛和其它設(shè)備，斜井縱坡控制在24°以內(nèi)［4］。

根據(jù)主洞施工所確定的運(yùn)輸方法，斜井內(nèi)設(shè)單軌車道，斜井段斷面凈寬3.65m，斷面高度由運(yùn)輸設(shè)備高度和風(fēng)筒控制，確定凈高3.2m，斷面為城門洞形，主支洞交叉段進(jìn)行擴(kuò)挖。

施工支洞斜井段Ⅲ類以上圍巖采用噴錨支護(hù)，噴C20混凝土厚度8cm，頂拱設(shè)φ25隨機(jī)錨桿，長(zhǎng)度2m；Ⅳ類圍巖采用噴錨支護(hù)，噴C20混凝土厚度10cm，頂拱設(shè)φ25系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度2m，間排距1m，梅花形布置，現(xiàn)澆35cm厚C25混凝土襯砌；Ⅴ類圍巖采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，噴C20混凝土厚度12cm，頂拱設(shè) φ25系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度 2m，間排距1m，梅花形布置，鋼筋網(wǎng)采用 φ8鋼筋，間距150mm×150mm，現(xiàn)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(hù)；Ⅳ類圍巖采用噴錨支護(hù)，現(xiàn)澆30cm厚C25混凝土襯砌；Ⅴ類圍巖采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，現(xiàn)澆35cm厚C25混凝土襯砌。噴錨支護(hù)方式同斜井段。特殊地質(zhì)段支護(hù)同主洞施工。

2.1 支洞與主洞交叉段結(jié)構(gòu)

施工支洞與主洞交叉段按照設(shè)計(jì)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(nèi)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(nèi)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(nèi)最大凈寬8m，最小凈跨度4.38m，凈高3.2m。

26標(biāo)支洞交叉段均采用T字形的交叉形式。為滿足設(shè)備使用要求，對(duì)主支洞交叉段結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，19#支洞交叉段主洞斷面擴(kuò)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(kuò)挖段長(zhǎng)度20m，如圖2。

2.2 主支洞運(yùn)輸系統(tǒng)

主洞裝、運(yùn)渣均采用扒渣機(jī)裝渣、農(nóng)用自卸車運(yùn)渣至交叉口，支洞牽引出渣方式為：19#支洞采用絞車牽引側(cè)卸式曲軌礦車出渣，井底設(shè)置轉(zhuǎn)渣場(chǎng)［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(yùn)輸、農(nóng)用自卸車直接將渣料運(yùn)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(nèi)，采用 ZL-50F裝載機(jī)端渣，交叉口裝渣。其后設(shè)避車洞，每200～250m增設(shè)一處避車洞。主洞出渣均采用WZL-160型扒渣機(jī)裝渣、6m3農(nóng)用自卸車運(yùn)渣到交叉口。每個(gè)作業(yè)面配備1臺(tái)扒渣機(jī)，隨著施工距離的增加，每個(gè)支洞配置2～6臺(tái)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(shí)考慮礦車高度，對(duì)交叉段進(jìn)行了適度擴(kuò)挖，向設(shè)計(jì)標(biāo)高以下開挖2m，設(shè)置了轉(zhuǎn)渣系統(tǒng)，儲(chǔ)料倉(cāng)具備2～3車的存渣能力（約6m3），礦車可運(yùn)行到儲(chǔ)料倉(cāng)底部接料，通過閘門控制，將渣料卸至礦車內(nèi)，料滿后由絞車直接運(yùn)出，礦車出洞后，通過溜槽卸渣至自卸汽車，然后運(yùn)至渣場(chǎng)，每個(gè)支洞口配兩臺(tái)自卸車轉(zhuǎn)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(kuò)挖、支護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、洞內(nèi)渣料二次倒運(yùn)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(duì)于絞車牽引礦車，牽引平板車具有避免二次倒運(yùn)和建設(shè)交叉段擴(kuò)挖的優(yōu)勢(shì)，但出渣效率相對(duì)降低，綜合考慮工程進(jìn)度和洞內(nèi)實(shí)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(shè)置汽車行走平臺(tái)，考慮輪距、軸距之間比例，為穩(wěn)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(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)隨時(shí)調(diào)整軌道的平整度，進(jìn)一步確保運(yùn)輸平穩(wěn)、安全。

20#、21#支洞以扒渣機(jī)裝渣，出渣車運(yùn)輸至斜洞交叉口處，直接開上板車，絞車牽引板車，運(yùn)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(nóng)用汽車

西干22#支洞長(zhǎng)560m，坡度32.77%，相對(duì)其他支洞較短，考慮到工程進(jìn)度情況，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，采用絞車牽引自卸農(nóng)用汽車出渣方案。與其他出渣方式相比，避免了軌道鋪設(shè)、二次倒運(yùn)以及交叉段擴(kuò)挖。各支洞出渣設(shè)備參數(shù)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(diǎn)與絞車牽引繩連接，牽引汽車上下洞，同時(shí)自卸車司機(jī)、絞車司機(jī)以及交叉段施工人員通過步話機(jī)時(shí)刻保持通訊，確保運(yùn)行安全。

3 安全措施

在斜井施工過程中，絞車運(yùn)輸系統(tǒng)始終作為重大安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)需進(jìn)行控制，其中絞車提升機(jī)、鋼絲繩、軌道等重點(diǎn)控制項(xiàng)目，按照國(guó)家、行業(yè)規(guī)范，并結(jié)合以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，把以下項(xiàng)目作為安全控制的主要內(nèi)容。

3.1 絞車提升機(jī)

提升機(jī)在斜井施工中擔(dān)負(fù)著出渣、運(yùn)送材料等任務(wù)，是斜井施工中最重要的運(yùn)輸設(shè)備，是斜井施工中安全風(fēng)險(xiǎn)控制中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)保證施工安全意義重大。

目前在工程中使用的絞車結(jié)構(gòu)形式為卷筒纏繞式，由電動(dòng)機(jī)、減速箱、主軸裝置、盤型制動(dòng)器、深度指示器、液壓站、潤(rùn)滑站和電控系統(tǒng)組成，按調(diào)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(yàn)規(guī)范》（AQ1033-2007）及《煤礦用單繩纏繞式礦井提升機(jī)安全檢驗(yàn)規(guī)范》（AQ1035-2007），中部引黃26標(biāo)中使用的絞車提升機(jī)基本參數(shù)要求見表3。

表2 支洞出渣設(shè)備參數(shù)表

表3 絞車提升機(jī)安全參數(shù)要求

3.2 鋼絲繩及連接

鋼絲繩作為連接絞車和運(yùn)渣車輛的主要設(shè)備，它的質(zhì)量直接關(guān)系到斜井運(yùn)輸系統(tǒng)的安全。使用的鋼絲繩類型為6×19S+FC、6×36ws+FC，構(gòu)造如圖7。鋼絲繩抗拉強(qiáng)度為1670MPa，破斷力總和為459～532kN，并計(jì)算安全系數(shù)，滿足《一般用途鋼絲繩》（GB/T20118-2006）的要求以及礦用絞車提升機(jī)對(duì)鋼絲繩的要求。

圖7 鋼絲繩構(gòu)造圖

3.3 軌道

軌道布置在坡度大的斜井運(yùn)輸系統(tǒng)中，作為承載運(yùn)渣車的主要支承設(shè)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(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于坡度大于15°斜井，設(shè)有防止軌道下滑的措施，并在適當(dāng)位置設(shè)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(shè)利用開挖出來的石渣作為道渣。

3.4 信號(hào)系統(tǒng)

絞車出渣過程中，穩(wěn)定的信號(hào)系統(tǒng)可以保證通暢的聯(lián)絡(luò)渠道，能夠在第一時(shí)間做到應(yīng)急處理，避免事態(tài)進(jìn)一步惡化。

信號(hào)系統(tǒng)包括有線信號(hào)、無線信號(hào)。各支洞布置有電鈴、電話以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保證絞車房、交叉段、作業(yè)面通訊暢通，使值班人員及時(shí)掌握洞內(nèi)外情況，為安全施工提供保障。無線信號(hào)主要為步話機(jī)，在有線電話損壞的情況下，現(xiàn)場(chǎng)使用步話機(jī)交流，保證通訊暢通，并及時(shí)掌握洞內(nèi)情況。

3.5 其他安全措施

在支洞洞口附近設(shè)置擋車器防止在礦車及板車臨時(shí)停用維修時(shí)發(fā)生溜車，另外對(duì)于21#支洞每個(gè)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(yùn)行中的穩(wěn)定性。

4 應(yīng)急預(yù)案

4.1 掉道

礦車在出渣過程中有時(shí)由于軌道上掉落的散石、軌道下沉以及不平整度會(huì)發(fā)生卡輪造成掉道現(xiàn)象發(fā)生，絞車司機(jī)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：觀察操作臺(tái)上的電流指示表，如果發(fā)生大的指示數(shù)值，則絞車司機(jī)應(yīng)立即停車，拉手剎，聯(lián)系洞內(nèi)值班人員察看是否掉道，如果發(fā)生掉道，等相關(guān)人員處理完后再啟動(dòng)絞車。平時(shí)加強(qiáng)軌道及地滾的檢查，發(fā)現(xiàn)有問題及時(shí)處理，消除安全隱患。同時(shí)在洞內(nèi)準(zhǔn)備好千斤頂及撬棍等設(shè)備，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)及時(shí)組織人員處理。

4.2 停電

如果發(fā)生突發(fā)停電，絞車內(nèi)的緊急制動(dòng)裝置啟動(dòng)，剎車自動(dòng)抱死，同時(shí)聯(lián)系電工人員確認(rèn)是否正常停電，否則應(yīng)檢查排除非正常停電，如屬正常停電，應(yīng)組織人員進(jìn)行發(fā)電，確保洞內(nèi)照明。

5 結(jié)語

有軌運(yùn)輸有效解決斜井隧洞施工中洞渣、混凝土等運(yùn)輸問題，是解決大坡度隧洞施工運(yùn)輸較好的方案，同時(shí)采用絞車牽引平板車和農(nóng)用車出渣，效率高，也是斜井出渣的一種嘗試，但有軌運(yùn)輸對(duì)軌道的養(yǎng)護(hù)維修要求高，存在鋼絲繩斷裂、掉道、側(cè)翻等風(fēng)險(xiǎn)，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。23#支洞坡度為11.99%，超過了無軌運(yùn)輸規(guī)范建議的9%的坡度［6］，結(jié)合運(yùn)輸車輛性能，需在施工過程中加強(qiáng)日常檢查、維護(hù)，并嚴(yán)格執(zhí)行管理運(yùn)行制度，確保施工安全。

［1］郝滿倉(cāng).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(yùn)輸出渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)［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(shù)監(jiān)督，2009（03）： 49-51.

［4］班樹春，韓志遠(yuǎn)，徐巖.長(zhǎng)大隧道斜井支洞出渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.水利建設(shè)與管理，2009，29（08）：48-51.

［5］李子強(qiáng)，張成剛，林長(zhǎng)杰.深埋長(zhǎng)大隧洞施工出渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.水利水電技術(shù)，2006，37（03）：18-19.

［6］SL378-2007.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范［S］.

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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(jí)工程師。