特长隧道斜井反井法综合施工技术研究

特长隧道斜井反井法综合施工技术研究
舒文军
【摘要】二郎山隧道全长约13.4 km,是雅安至康定高速公路全线控制性工程.原设计斜井采用倒坡施工,通过方案优化,斜井采用反井法施工方案.文章结合二郎山隧道康定端斜井工程实例,介绍了斜井反井法施工过程开挖爆破、通风降尘、车辆行驶安全、二衬施工的关键施工技术.该技术的采用,不仅保障了斜井施工进度与安全,同时节约了便道修建、临建施工及抽水费用,还极大的保护了二郎山脆弱的生态环境,为类似工程施工提供了新思路.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2018(000)002
【总页数】5页(P25-28,72)
【关键词】斜井;反井法;水幕降尘;避险车道;自行式台车
【作者】舒文军
【作者单位】中铁十二局集团第三工程有限公司山西太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】U453.4
1 工程概况
二郎山隧道全长约13.4 km，是雅安至康定高速公路全线控制性工程，隧道采用三区段送排式通风方案，分段长度为（3 641＋5 320＋4 445）m，康定端通风斜
井：送风斜井（1 716 m／＋10.56%），排风斜井（1 734 m／＋11.09%）。

如图1～图2所示。

图1 二郎山隧道及斜井平面布置
康定端斜井洞口位于二郎山西支断裂西坡，隧址区属构造剥蚀高中山区，地面切割强烈，山势陡峻，地形条件极其复杂。

地表植被多以灌木、草丛为主，植被覆盖率60%～70%，生态环境极其脆弱。

如图3～图4所示。

图2 康定端地下风机房及斜井三维效果图
图3 地面切割强烈，山势陡峻
图4 山势陡峻，植被稀少
隧址区主要地层有：震旦系火山岩，三叠系、泥盆系、志留系、奥陶系的沉积岩以及火成侵入岩中的花岗岩和石英闪长岩等。

地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩裂隙孔隙水和基岩裂隙水三大类。

斜井穿越一系列断裂，主要有F2、F4，导致岩体破碎，电阻率低，富含地下水，在开挖穿越断裂破碎带及其影响带时，存在涌突水以及碎屑物涌出的可能。

原设计斜井施工时需修建约3.8 km便道，斜井施工采用倒坡施工，为特长二郎山隧道施工增加工作面，缩短工期，同时提前辅助二郎山隧道施工通风。

受地形地貌影响，斜井便道施工极其困难，综合工期、经济、环保等因素，故采用了从二郎山隧道主洞反向施工斜井的反井法施工方案。

2 总体施工方案
二郎山隧道康定端斜井采用反井法施工技术［1］，首先依据斜井及地下风机房总平面图及各联络通道的纵断面图，充分考虑车辆行驶的方便度及爬坡坡度选择合理的施工通道［2］。

首先施工主洞，当主洞施工至斜井交叉口时，通过交叉口施工至地下风机房，并完成整个地下风机房开挖及支护，再依据提前选择的施工通道向斜井施工。

施工过程
依据先保障斜井施工行车、通风及其他辅助巷道的顺序依次完成整个地下通风系统的施工。

如图5所示。

图5 交叉口及地下风机房施工顺序示意
3 关键施工技术［3－4］
3.1 洞身开挖
洞身开挖采用人工钻爆法，钻孔台架需依据施工断面自行制作。

3.1.1 爆破设计［5］
送、排风斜井最大坡度为11.09%，即坡度角度为6°19′42″，其钻爆方法与水平隧道基本相同。

为避免爆破滚石及便于装渣，重点对抛掷距离、大块率进行爆破控制。

掏槽眼采用小直径中空直眼掏槽以减小抛掷距离，同时适当减小扩槽眼间距以减少大块率。

如图6所示。

图6 全断面光面爆破炮眼及直眼掏槽平面示意（单位：cm）
3.1.2 开挖台架
自制多功能简易钻孔台架，台架骨架采用方钢，方钢内通道可作为高压水、高压风管道。

为避免台车溜滑，台车底部不再安置轮胎，采用通长工字钢作为台车底座，底座两端翘起，便于装载机拖曳行走。

台车设计时应充分考虑车辆通行高度及宽度。

如图7所示。

图7 多功能简易钻孔台架示意
3.2 通风降尘
由于反井施工，热空气上浮，爆破后的灰尘及污风积聚在掌子面，难以排出。

因此，斜井通风采用压入式＋增设射流风机＋水幕降尘的综合通风技术［6－7］。

3.2.1 通风方案
斜井施工通风，结合主线隧道巷道式通风，通过与二郎山隧道右线联通的交叉口作为进风通道，在该交叉口设置两台220 kW轴流风机，将新鲜风分别供应到两条
通风斜井的掌子面。

污风则通过上跨二郎山隧道右线的联络风道排至二郎山隧道左线，同时，在该联络通道内设置一台37 kW射流风机，加快污风排出，与主线隧道形成完善的巷道式通风系统，其它横洞均封闭。

随着斜井掘进长度的增加，每隔400 m增加一台射流风机，以加快污风排出。

如图8所示。

图8 混合巷道式通风系统平面布置
3.2.2 水幕降尘［8］
隧道水幕降尘系统由高压射流式水炮装置、移动式水幕支架和固定式环向水幕组成。

水幕降尘是利用湿式除尘的除尘机理，湿式除尘是利用水与含尘气体充分接触，通过水滴和颗粒的惯性碰撞或者利用水和粉尘的充分混合等作用捕集颗粒或使颗粒增大，将尘粒洗涤下来而使气体净化的方法。

该除尘方式效率高，除尘装置结构及制造工艺简单、造价低、占用空间小、操作维修方便。

二郎山特长隧道在开挖爆破、出渣过程中采用机械通风的同时，在开挖台车上（距掌子面55 m左右）设置第一道水幕，即高压射流式水炮装置，在基层端头（距掌子面80 m左右）设置第二道水幕，即移动式水幕支架，在已施工完成的二衬段落，每间隔200 m设置一道固
定式环向水幕装置。

如图9～图14所示。

图9 高压射流式水炮装置
图10 水雾效果
图11 移动式水幕喷射装置
图12 移动式水幕支架细部构造
图13 水幕降尘点
图14 固定式环向水幕喷射装置
3.3 出渣
采用无轨运输方式，配备性能良好的全新自卸汽车，车辆自带断气刹，同时每台车辆加装水箱及轮毂淋水装置，以降低车辆下坡连续制动时的轮毂温度。

因斜井洞身宽度限制，出渣车辆等机械无法调头，在洞身侧壁上每间隔150 m设置一处车辆调头兼人员避险车洞，尺寸5 m（宽）×2 m（深）×3.5 m（高），用于挖掘机、装载机、车辆调头及人员紧急避险，提高机械工作效率。

二衬施工至避险车洞位置时，需在防水层施工完成后用同等级混凝土对避险车洞进行回填施工［9］。

如图15所示。

图15 车辆调头及应急避险洞示意（单位：cm）
为车辆长距离大坡度下坡刹车系统故障做好应急方案，在距离斜井底部200 m开始间距700 m设置紧急避险车道，避险车道设置于下坡方向右幅基层上。

如图16～图19所示。

图16 紧急避险车道立面示意
图17 紧急避险车道平面示意
图18 紧急避险车道正面
图19 紧急避险车道背面
3.4 二衬施工［10］
二衬施工采用9 m长自行式整体衬砌台车，台车前后安装四台大功率驱动系统，同时自带刹车装置，不借助机械推顶即可行走［11－12］。

如图20所示。

行走系统验算：台车自重70 t，行走速度取8 m／min，爬坡坡度6°19′42″。

电机验算：U动＝0.05，U静＝0.2；
重力分力：70×sin6.33°＝7.72 t；
压力：70×cos6.33°＝69.57 t；
动摩擦力：F动＝0.05×69.57＝3.48 t；
静摩擦力：F静＝0.2×69.57＝13.91 t。

重力分力＋动摩擦力：
7.72 ＋3.48＝11.2 t（静摩擦力＝13.91 t）；
V＝8 m／min＝0.133 333 33 m／s；
K＝FV＝11.2×9.8×0.133 333 33＝14.63 kW。

所以：配置两台7.5 kW的自带刹车装置的行走电机即可。

为确保台车行走的绝对安全，加大安全系数，提前做好应急保障，现场配置4台7.5 kW带刹车系统的行走电机，其中两台为备用电机。

图20 斜井自行式四轮驱动衬砌台车
台车就位后，在二衬台车钢轮与钢轨间设置四个自制夹片式轨道限位装置，同时在基层表面钻孔预埋钢筋固定轨道，防止二者发生相对滑移造成安全事故。

如图21
所示。

图21 夹片式轨道限位装置
4 注意事项
（1）斜井施工通道的选择应充分考虑车辆爬坡能力，一般不宜超过15%。

（2）地下通风各巷道开挖顺序应充分考虑施工安全，特别是大断面地下风机房开挖前应确保有其他巷道作为应急逃生通道。

（3）斜井开挖时钻眼角度应与隧道坡度保持水平，避免超欠挖。

（4）做好监控量测及超前地质预报工作。

（5）做好洞内空气质量检测工作，保证作业人员安全。

（6）运渣车辆做好班前检查，加强日常保养，定期更换刹车系统易损件。

（7）衬砌台车驱动系统定期维修保养，台车移动过程安全人员全程旁站，发现隐患及时消除，台车就位后及时安装夹片式轨道限位器。

5 结束语
二郎山特长隧道康定端斜井采用反井法施工，节约了便道修建、临建施工及倒坡施工抽水费用，极大地保护了自然生态环境，取得了良好的社会及经济效益。

斜井施工中平均日进尺达到6.3 m／d，二衬能够保证紧跟掌子面施工，确保了施工安全，
为类似工程施工提供了新思路。

参考文献
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