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1、大断面、陡倾角斜井快速施工工法一、前言随着我国高速公路和铁路建设事业的蓬勃发展，修建长大、特长隧道的可能性越来越大，机会越来越多。为了保证长大隧道内的运营通风，现有的射流风机技术已无法满足，修建相关的通风斜井或竖井就显得非常必要。该工法以沪榕国道石忠高速公路方斗山特长隧道通风斜井为依托，对富水大断面陡倾角斜井的快速施工技术进行总结，为今后长大斜井的快速施工予以参考。二、工法特点本工法针对富水、大断面、陡倾角、长距离斜井的快速施工工艺进行研究，它具有以下特点。（1）加快施工进度在井身地质条件复杂，涌水量大及各项设计参数的施工难度大的情况下，能保证稳步快速施工，缩短施工工期。（2）施工安全性高施工
2、安全是困扰斜井快速施工的重要影响因素，在方斗山斜井的施工中，就较好解决的安全问题，未发生重大安全事故。（3）机械化程度高斜井施工从开挖到衬砌，均采用各种先进机械设备进行施工，其部分机械、设备为国内首创，是斜井快速施工的保证条件。（4）现场操作性强本工法针对性强，操作技术简便，易于作业人员掌握。三、适用范围本工法适用于大断面、陡倾角、长距离斜井。四、工艺原理由于斜井坡度较陡，远远大于自卸车辆的爬坡坡度，确定开挖采用有轨运输，矿用提升机出碴与运送施工材料。为提高提升机的工作效率，选用双筒绞车提升、四线双轨运输。为加快施工进度，井口土石方明挖采用中槽法开挖，使井身与井口土石方可平行开挖，井口土石方开
3、挖后，再进行井口有轨运输系统的建设。为保证井身开挖的连续性，井身开挖分为三步，第一步：在左右线洞口平坡段及附近约30m采用无轨施工；第二步：在距洞口30150m内采用有轨运输卷扬机施工；第三步：有轨运输绞车系统施工至井底。为快速换装，卷扬机与绞车有轨运输系统的轨道要有通用性。井身采用钻爆法开挖，人工风钻打眼。由于开挖断面较大，搭设施工台架过于烦琐，开挖分上、下部，上部高度为45m ，采用简易拼装台架分两层施工。斜井从井口至井下均采用钢丝绳牵引侧卸式矿车有轨运输系统施工，井底小型挖掘机装碴，侧卸式矿车运碴入洞口碴仓，洞口再用装载机配合自卸车运送至指定弃碴场。初期支护采用有轨系统运送材料，配置专用
4、低帮矿车，在支护时可直接连接与侧卸式矿车后。井身排水水量大、扬程高，采用反坡分级排水。井身采用轴流式风机压入式通风。五、工艺流程及操作要点1开挖技术井身采用钻爆法施工，分上下两部开挖。在距掌子面6m左右范围内始终保持一作业平面，作业平面紧随开挖掌子面，高度始终与掌子面处起拱线平齐。在作业平面上，搭设简易组合式作业台架，人工风钻打眼，火雷管配合防水型非电毫秒雷管起爆，2#岩石抗水乳化炸药光面爆破。出碴采用双筒绞车提升，有轨运输，现代130（左线）和日历120（右线）履带式挖掘机装碴，4m3侧卸矿车运输至洞外，曲轨侧卸入碴仓，装载机配合自卸汽车远运至弃碴场。施工前期，提升系统完善前，为保证洞内施工
5、运输，前期提升采用10T 卷扬机牵引4m3侧卸矿车运碴至洞外，洞碴临时侧卸于轨道一侧。井身开挖作业流程图开挖出碴人员配备表序号工种数量左线右线1 风钻工10 人15 人2 杂工6 人6 人3 电工1 人1 人4 安全员1 人1 人开挖出碴设备配备表序号设备名称型号数量左线右线1 风钻YT28 10 台15 台2 小型挖掘机120 或 130 1 台1 台3 作业台架自制1 台1 台4 双筒绞车400KW 1 台1 台5 侧卸矿车4m33 台3 台6 升压器350KW 1 台1 台7 空压机20m35 台8 装载机ZLC50C 1 台通风测量控制风钻钻孔孔位布置装药爆破排烟找顶装碴支护供水、高压
6、风绞车井内出碴运输井口碴仓自卸车运至弃碴场9 自卸车20T 2 台10 变压器630KW 5 台2初期支护技术为保证施工安全和便于使用作业台架施工，洞内初期支护要紧跟开挖面。系统锚杆、 超前锚杆、钢支撑、钢筋网及喷射砼作业均要使用作业台架施工。每座斜井均采用2 台 PZ-5 喷浆机喷浆， 喷浆料由洞外搅拌机拌制，农用车配合皮带输送机输送至轨行运输车，轨行运输车运输至作业面，人工上料给喷浆机进行喷射作业。2 台喷浆机沿轨道一侧依次摆放，摆放要紧凑、合理，便于人工上料。轨行运输车长度及高度以能满足4 人站在车上铲装给 2 台喷浆机为宜。由于运送喷浆料的轨行运输车只能用一辆，在一车料用尽后，喷浆作业
7、需暂停，要等待运输车提至洞口重新装料，为缩短停工时间，在洞口皮带机处设一较大储料仓，以保证一次快速完成装料。井身喷砼作业流程图初期支护人员配备表序号工种数量左线右线1 支护工8人12 人2 杂工4人4 人3 电工1人1 人4 安全员1人1 人初期支护设备配备表序号设备名称型号数量左线右线1 喷浆机PZ-5 3 台3 台2 电焊机小型3 台4 台井口砼搅拌站计量配料拌合骨料、水泥、水、外加剂前期准备施喷面的清理喷砼料农用车运输现场施喷综合检查下道工序加速凝剂复喷补强不合格合格喷砼料井口皮带机运送喷砼料专用斗车有轨运输3 作业台架自制1 台1 台4 运输矿车1 台1 台5 皮带机自制1 台1 台6
8、 农用车5T 1 台7 注浆机YZB-100/9 2 台六、材料与设备1洞外拌料系统结合洞口地形，在距洞口30m处设砼拌和站。拌和系统由一台JS750 强制式搅拌机、骨料自动计量系统、水泥库和砂石料堆料场4 部分组成。总体布置为高差式。在进行斜井开挖时，拌和系统主要生产喷射砼，在进行二次衬砌时，则生产模筑砼。2钢筋加工系统为便于钢筋的集中快速加工，本工程修建了约300m2的钢筋加工车间。在车间内，配备了各类钢筋加工设备，可对钢筋、型钢、钢管等材料进行调直、弯曲、切割、焊接、滚丝等加工，加工合格的成品、半成品经检验合格后方可用于本工程。为防止钢材的锈蚀、玷污，储存钢材一般要垫高30cm，并要用防
9、水布等进行覆盖。3提升系统提升系统主要由提升设备、矿车及轨道组成。（1）提升设备本斜井共采用2 种方式进行提升，分别为10T 卷扬机和400KW双筒绞车。前期 10T 卷扬机由上海神力机械厂制造，左右线各一台，卷筒直径426mm ，拉力 100KN ，最大提升速度 0.5m/s ，钢丝绳直径30mm ，钢丝绳长度200m ，电机功率22KW ，总重 3200Kg，使用电压 380V。后期 400KW 双筒绞车由重庆矿山机械厂制造（其电控系统由洛阳源创电气有限公司制造），左右线各一台， 卷筒直径2500mm ，卷桶宽度 1500mm ，拉力 90KN ， 最大提升速度3.8m/s ，钢丝绳直径3
10、1mm（为右交捻绳） ，钢丝绳长度1000m，电机功率400KW ，总重 35943Kg，使用电压6000V。（2）矿车矿车采用运碴专用矿车，容量为4m3，理论运碴约6.5T ，左右线各2 台。钢丝绳与矿车采用绳卡连接（采用重型绳卡，数量不少于6 个） 。矿车的另一端可与支护用运输车连接，在支护作业时可简单安全的连接，在支护作业后便于及时摘除。（3）轨道布置轨道采用四轨双线布置，43kg/m 钢轨，轨距762mm ，L140 槽钢与220160mm 方木轨枕穿插，间距700mm ，轨枕长1400mm 。轨道靠洞口变坡点附近每1015m 设置大地滚，其他段按每15 25m米设置小地滚。卸碴曲轨设
11、置在栈桥碴仓处，曲轨处的轨枕长为3200mm ，间距 500 。在洞口停车处应设制阻车器，以防矿车在停车时因绞车系统刹车失灵而溜车。轨道安装扣件必须齐全、牢固并与轨型相符。轨道接头的间隙不得大于5 ，高低和左右错差不得大于2 。 2 条钢轨顶面的高低差，不得大于5 。轨枕的间距偏差不得超过50 ，道碴的粒度及铺设厚度应符合要求，轨枕下应捣实， 对道床应经常清理，应无杂物、 无积水。 采用 22， L=1.5m的地锚将轨枕固定于底板，以防轨道整体滑动。提升系统人员配备表序号工种数量左线右线1 轨道工14 人2 检修工4 人3 绳检工1 人4 绞车司机6 人6 人4风水电系统分为供风、供水、供电三
12、个系统；斜井中有高压风水管、通风管、运输轨道、排水管、动力及照明线路，管线布置要有利维修和更换。（1）供风系统斜井共配置20m3/min 活塞式空压机5 台，一般使用4 台，备用 1 台。高压风采用100mm 的钢管分别输送至斜井左右线作业面，在洞内管路每隔一段设置一阀门，便于已开挖段随时使用。（2）供水系统斜井高差大，洞内设1m3移动水箱，施工用水可利用井身高差形成水压；水箱位置安放于接力水泵站处，施钻用水由洞外引入水箱中，洞外无需设置高压水池，前期施工可以考虑增压的方式。（3）供电系统斜井洞口高压变电站集中设置在提升机房附近。前期用2 股 120mm2低压电缆进洞进行排水及照明。随着井身施
13、工的加深和施工抽水负荷的加大，在井中二级高压抽水站附近1020 米范围设置增压站，直接对低压进行升压后向前继续输送。5信号通讯系统信号通讯系统主要由电铃、指示灯、对讲机、内部电话和视频装置组成，在作业时，各种信号工具同时使用，可避免因某种工具损坏而影响绞车系统正常运行。信号在绞车房与井口、井底之间传输，绞车司机收到信号人员的操作指令，并确认轨道线路无障碍时，发出回应信号，再得到信号人员确认后，方可进行操作。严格遵守信号的发布程序，在停车状态，若收到不明确的信号，不能操作，只有指令正确，信号规范后方可运行矿车。信号系统人员配备表序号工种数量左线右线1 信号工6 人6 人6排水系统根据斜井的最大垂
14、直高度317 米，计划设4 处固定高扬程抽水站。每级高压泵站间设二级低压接力泵站，每两处接力站之间设1 处移动低压站，随施工进度移动。当开挖垂直高度达到60 米时施做一级高压排水站，一级高压站投入使用后一级接力站停用，二级接力站继续使用；垂直高度达到120 米时施做二级高压排水站，垂直高度达到180 米时施做三级高压排水站， 垂直高度达到240 米时施做四级高压排水站。每个排水站上均安装3 台大功率抽水机，先安装 2 台，并预留1 台的位置，可根据现场需要快速增加第3 套抽水机。左右线洞内分别设置3 趟150mm 排水管，在F4 断层带前，先安装2 趟管路，预留1 趟管路的位置，在开挖至断层带
15、或其他特殊段时，可根据现场情况安装第3 趟管路。排水系统人员配备表序号工种数量左线右线1 管子工6 人2 维修电工4 人3 抽水工10 人10 人7通风照明系统采用压入式通风，洞口设237KW 轴流式风机压入式通风，直径1.2 米软风管进洞。斜井内每隔8 米设置 100W照明灯一处（在曲线地段间距加密至5 米-6 米/ 处） ，在绞车系统信号间内设置高压钠灯以示区别。照明电力线路与排水管路、通风管路不能互相混杂，要独立布设，要有一定的安全距离。为保证施工安全，井身每隔50 多米设置应急照明灯一处。七、质量控制严格按相关施工技术规范和业主的有关技术要求进行质量控制，达到外美内实。（1）质量目标工
16、程质量达到优良。工程一次验收合格率100% ，优良率 95% 以上， 隧道工程达到不渗不漏不裂，外观光滑平整。满足全线创优规划的要求。做到开工必优，一次成优。（2）原材料用于本工程的各种原材料必须符合质量要求，其规格、 用量、 配合比等均满足设计及工程要求。八、安全措施由于斜井施工的特殊性，需制定严密可行的安全措施并严格遵守，才能确保施工人员的生命安全。1安全保证措施（1）加强施工人员的安全意识，进场人员必须配备安全帽、防护鞋、防尘口罩等防护用品；（2）高空作业要求平台架一定要牢固，平台周围设置防护栏；（3）加强量测，及时统计、分析量测结果，定期上报业主、监理；（4）严格遵守火工品管理、领取、使用、存放、退库制度；（5）严格遵守绞车信号制度；（6）对绞车、轨道、钢丝绳等严格按检查制度进行检查，并做好检查记录；（7） 绞车操作要贯彻执行主副司机制，对制动系统要在开车前进行检查，确认无故后方能使用；（8）绞车行使不得超速，要严格按信号及时减速、刹车，轨道要顺直、接缝平整；（9）在绞车出碴时，装载机等不得进入碴仓作业；（10）洞内电线要整齐
