大断面陡倾角斜井快速施工技术

大断面陡倾角斜井快速施工技术

作者：肖尾萍

来源：《海峡科学》2008年第03期

[摘要] 该文结合龙厦铁路象山隧道2#斜井的施工情况，就陡坡斜井的快速施工进行讨论。

[关键词] 大断面陡倾角斜井施工技术

随着我国铁路建设又快又好的发展，长大铁路隧道将越来越多，长度越来越长，技术标准越来越高，施工难度也会越来越大。在长大山岭隧道或地质比较复杂的隧道，根据地形条件常常会设置一些辅助坑道，以增加开挖、衬砌作业面，并改善隧道的通风、排水等条件，从而达到加快施工进度、缩短施工工期和改善施工环境的目的。

一般通过对隧道所处地形地质条件、工期要求、运输方案等因素进行技术经济比选来选择辅助坑道的形式。辅助坑道根据运输坡度分为平洞、斜井和竖井，其中斜井又分为缓坡斜井和陡坡斜井，缓坡斜井可以采用汽车无轨运输，而陡坡斜井则只能采用绞车等提升设备进行有轨运输。由于陡坡斜井的运输不便，施工组织难度相对较大，如何实现陡坡斜井的快速施工并尽快进入隧道施工，是斜井施工最关键的问题。本文结合龙厦铁路象山隧道2#斜井的施工情况，就陡坡斜井的快速施工进行下述讨论。

1 工程概况

象山隧道2#斜井位于龙岩市新罗区适中镇新祠村，位于线路前进方向右侧。斜井井身与隧道右线线路中线的交点里程为YDK25+006.0，斜井与隧道采用斜交单联方式连接，井身与线路小里程方向夹角为39°26′11″。

2#斜井井身全长约508米，主倾角22°，主要开挖断面面积为41.5m2，初期支护后净空7.1（宽）×6.21m（高），井底车场段初期支护后净空7.6（宽）×6.85m（高）。初期支护主要采用φ22砂浆锚杆+φ8钢筋网+C20喷射混凝土，其中洞口Ⅴ级围岩段增加I16型钢拱架和φ42超前小导管。

2#斜井对应隧道施工里程为YDK23+885～26+871和DK24+210～26+831，右线长度2986米，左线2621米。本段围岩地质条件极差，在YDK23+985～DK24+045段为F7断裂带；在DK24+070～DK24+310和YDK24+040～DK24+280段有岩溶水；在DK25+500～DK26+700段有煤矿采空区；在DK25+225～DK26+855段有煤层瓦斯；在DK26+160～DK26+831段有地温、地应力及岩爆。2#斜井向3#斜井方向的隧道段地质条件复杂，Ⅳ、Ⅴ级围岩占61%，雨季最大涌水量超过10000立方米，为整个象山隧道的控制线路。

2#斜井采用有轨运输3车道，3m直径的双滚桶提升机牵引10m3矿车出碴，2.5m直径的单滚桶提升机牵引4m3轨行式罐车运送衬砌混凝土。井下采用大功率抽水机分级排水，轴流式通风机压入式通风。

2 总体方案的优化

斜井在施工前，先根据施工方案、进度要求及施工单位的施工经验、设备配置等，对设计的井身位置、坡度和断面等进行调整，为斜井的快速施工创造条件。

2.1 斜井坡度的确定

陡坡斜井的坡度一般不宜超过24°，因为一般的行走机械长距离有效爬坡能力不会超过25°，超过会加大施工的难度。在GBJ213-90《矿山井巷工程施工及验收规范》中规定，坡度大于30°的斜井，不宜采用矿车提升。且坡度过大，对绞车的能力要求太高，经济效能比较差。

但坡度较小，对目前国产定型设备（绞车、矿车）的提升能力又有较大的浪费。目前，国内斜井出碴矿车一般的最大斗容为10m3。最大提升速度在《铁路工程施工安全技术规程》中规定：建井期间的最大速度不超过3.5m/s，隧道施工期间的提升速度不超过5m/s。这种提升能力，现有国产设备能够坡度在24°以下时均能满足。

如果地形地质条件允许，陡坡斜井的坡度在24°以内越陡，井身长度则越短，有利于缩短施工工期。所以，陡坡斜井坡度在靠近24°附近时，能够发挥最大的效能。

2.2 斜井长度的确定

陡坡斜井长度不宜超过1000m。要实现10m3矿车的提升，就要选用直径相对较大的钢丝绳，如长度超过1000m，目前国内的定型绞车无法满足施工的要求。若采用较小的矿车，斜井建井和隧道施工工期又要加长，将失去设斜井增加作业面的必要。

2.3 斜井断面的确定

斜井的断面尺寸，应满足各种管线、轨道、人行步梯、有轨运输车道的最小限界，同时考虑为便于建井施工的机械化作业空间、隧道施工时的各种设备车辆进入的限界和井底运输转换的要求。另，要考虑文明施工的各种灯箱、视频监控系统等的要求。

2.4 运输方式的确定

陡坡斜井对应的隧道施工，运输方式有2种，分别为无轨运输和有轨运输。

无轨运输：采用装载机装碴，自卸汽车运至井底车场，装载机二次倒运或立体转载给矿车，矿车提升出井外。其优点是运输机动灵活，可适应上下半断面开挖的要求；缺点是污染严重，通风条件要求高，隧道断面宽度不小于7m，否则需开挖会车道。

有轨运输：矿车直接在井底车场摘钩，由电瓶车牵引至掌子面，装载机装碴。其优点是污染小；缺点是对轨道的维护量大，调车组织复杂，影响作业的环节多，上下半断面开挖时，上半断面运输困难。

通过比较，在满足通风要求和断面宽度的条件下，采用无轨运输的优势更明显。隧道运输方式的确定，就决定了井底车场的开挖尺寸和结构形式，在斜井施工时要提前作好准备，甚至开井口的位置都要考虑好井底车场的结构。

3 斜井施工的管理

斜井施工时间一般为工程总工期的一部分，所以提高施工管理水平，加快斜井施工速度，节约斜井施工时间，能为隧道施工提供更多的作业时间，更有利于保证施工工期。

3.1 节约工期，采用过渡提升

斜井在井外场地施工达到条件后，就要立即进行有轨提升系统的建设，一般有轨提升系统的修建时间约1个半月左右。在此期间，由于没有安全的提升运输的方式，斜井施工一般会暂停，这就白白浪费了工期。为解决这个问题，在施工过渡期间，采用临时提升系统过渡提升运输。临时提升设备采用75KW卷扬机牵引4m3矿车。由于卷扬机施工简单，能快速投入使用，尽快发挥提升能力。临时提升系统修建与正式提升系统相结合，即，临时提升系统布在正式提升系统的一段上，这样能实现过渡与正式提升的快速换装。

3.2 调整施工方法，减少工序作业时间

斜井开挖时，钻孔、出碴、支护等工序是主要耗用时间的工序，只有缩短主要工序的作业时间和协调各工序的作业，才能节约作业时间，加快施工循环。

为节约投资，一般斜井的开挖断面都较小，钻孔时在风钻的数量无法增加时，就要通过施工调整来提高钻孔的有效时间，出碴作业如全部一次出完，所占用的时间较多，也要通过施工进行调整。现场施工时，上述问题采用分台阶来解决，在安全的前提下，上下台阶的工序可以相互交叉，但下断面的工作量不能太大，也不能太少，要保证每次爆破时，上下断面能同时起爆，但施工时又能自然的实现工序交叉，这就需要现场施工人员注意调整，不断优化。

为加快出碴作业，矿车、挖掘机、碴堆间的距离也是比较关键的，矿车装碴的位置离作业面太远，即轨道较远，装碴挖掘机不能直接装碴而要进行翻运，效率就比较低；如太近，爆破又会影响轨道，所以要根据施工情况确定一个比较合适的位置，以加快装碴。