西秦嶺隧道店子坪一號(hào)斜井進(jìn)正洞施工方案

周文靜

1 工程概況

蘭渝鐵路是國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中西北至西南的區(qū)際新通道,其中咽喉性控制工程西秦嶺特長隧道采用兩座單線隧道設(shè)計(jì)方案,兩座隧道中心線間距40 m,線路整體呈西北—東南走向,全長28.234 km。隧道共設(shè)3座輔助坑道,其中店子坪一號(hào)斜井水平投影全長1 805 m,綜合坡度11.29%,與西秦嶺隧道左線洞身斜交于DIK399+350處,后穿越左線通過施工橫通道斜交45°進(jìn)入右線DIK399+390.81處進(jìn)行右線施工,斜井與左線線路平面交角 137°53′32″。

2 主要施工方案

2.1 斜井進(jìn)左線正洞施工

為確保施工安全,當(dāng)斜井施工至斜00+50處時(shí),采取臺(tái)階法繼續(xù)向交叉口處掘進(jìn),同時(shí)在交叉口10 m段采用Ⅰ16鋼架對(duì)井底進(jìn)行鎖口,至與左線貫通,支護(hù)參數(shù)為:采取拱墻設(shè)φ 22全螺紋砂漿錨桿,長2.5 m,間距 1.2 m×1.2 m,按梅花形布置,拱墻設(shè)φ 8@200鋼筋網(wǎng)片,噴射C25混凝土 23 cm厚。

斜井與左線貫通前,在左線正洞內(nèi)提前對(duì)DIK399+350開口處進(jìn)行Ⅰ20工字鋼門架支護(hù)加固,支護(hù)斷面圖見圖1。交叉口銳角端在斜井及左線正洞各10 m范圍內(nèi),將φ 22全螺紋砂漿錨桿改為φ 25中空注漿錨桿以加固銳角端,其余支護(hù)參數(shù)不變。

2.2 施工橫通道進(jìn)入右線施工

為了滿足預(yù)計(jì)工期計(jì)劃,主、副攻統(tǒng)籌兼顧,決定將原設(shè)計(jì)輔助施工通道斜交右線45°調(diào)整為垂直進(jìn)入右線,交右線于DIYK399+350.81。為便于施工行車,施工橫通道按高780 cm×寬690 cm開挖斷面自左線DIK399+350進(jìn)入,逐漸抬施工通道拱頂高程,接長鋼架長度。于距左線線路中線21 m～22 m處以不大于30%坡度開始爬坡,采用上臺(tái)階(高450 cm)進(jìn)入正洞洞身開挖,于正洞中線處達(dá)到拱頂高程,然后再逐步落底,擴(kuò)挖至正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面。施工橫通道進(jìn)右線挑頂示意圖見圖2。由于施工橫通道與左、右線交叉口段均為泥盆系下統(tǒng)鈣質(zhì)千枚巖,節(jié)理較發(fā)育,表層強(qiáng)風(fēng)化,風(fēng)化層,所以左、右線正洞在交叉口段落按設(shè)計(jì)要求均設(shè)有格柵鋼架。正線格柵鋼架鎖口形式見圖3。

2.3 右線施工運(yùn)營方案

為更好的進(jìn)行交通指揮,協(xié)調(diào)左、右線共3個(gè)掌子面、2個(gè)道路交叉口的車輛運(yùn)營,提高左、右線出碴效率,加快施工進(jìn)度,計(jì)劃在施工橫通道左、右兩個(gè)交叉口處設(shè)置3處雙向交通指示燈,應(yīng)急照明燈2處,同時(shí)設(shè)專職交通指揮員3名,同時(shí)左、右線施工調(diào)度員加強(qiáng)安全聯(lián)絡(luò),確保車輛運(yùn)行安全、高效。

2.4 施工通風(fēng)方案

2.4.1 洞內(nèi)施工所需風(fēng)量計(jì)算

1)按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量。

其中,q為洞內(nèi)每人每分鐘所需新鮮空氣量,《隧規(guī)》規(guī)定按每人每分鐘3 m3計(jì)算;m為洞內(nèi)同時(shí)工作最多人數(shù),副攻方向按45人考慮,主攻方向按60人考慮;K為風(fēng)量調(diào)整系數(shù),取 1.10～1.15。

計(jì)算結(jié)果為副攻方向需風(fēng)量148.5 m3/min,主攻方向需風(fēng)量198 m3/min。

2)按滿足洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計(jì)算風(fēng)量。

其中,s為隧洞開挖斷面,70 m2;v為允許最小風(fēng)速,全斷面開挖取0.15 m/s。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量630 m3/min。

3)按同時(shí)爆破的最多炸藥量計(jì)算。

其中,t為通風(fēng)時(shí)間,30 min;A為一次爆破炸藥消耗量,取192 kg;b為1 kg炸藥爆破時(shí)所構(gòu)成的一氧化碳體積,一般采用b=40 L。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1 280 m3/min。

4)按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計(jì)算。

其中,A,t,b符號(hào)意義同前;K為風(fēng)量備用系數(shù),取1.10。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量528 m3/min。

5)按稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計(jì)算。

其中,Q為柴油機(jī)廢氣排量。假定當(dāng)一個(gè)工作面出碴時(shí),洞內(nèi)有自卸車6輛,3輛重車,3輛空車,ZL50C裝載機(jī)1臺(tái)。取重車及裝載機(jī)的負(fù)荷率0.9,空車負(fù)荷率0.3;δ為稀釋系數(shù),取10.6;η為安全系數(shù),取1.5。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1 771 m3/min。

取上述風(fēng)量的最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量,故工作面所需風(fēng)量應(yīng)大于1 771 m3/min。

6)考慮漏風(fēng)因素。

據(jù)風(fēng)管廠提供的技術(shù)指標(biāo),百米漏風(fēng)率正常時(shí)可控制在1.5%以內(nèi)。本方案通風(fēng)距離考慮主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m,據(jù)此計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)。

其中,L為通風(fēng)距離,主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m;P100為百米漏風(fēng)率,取1.5%。

計(jì)算結(jié)果為 P主攻=2.04,P副攻=1.77。

故計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向需最大風(fēng)量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3 134 m3/min。

2.4.2 系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算

1)動(dòng)壓計(jì)算。

其中,γ為空氣密度,取1.2 kg/m3;v為末端管口風(fēng)速,按工作面最小風(fēng)速折算 v=0.15S/(d2π/4)。

計(jì)算結(jié)果 H動(dòng)=16 Pa。

2)靜壓計(jì)算。

管道摩擦阻力:

其中,λ為管道摩阻系數(shù),0.015;v0為管道內(nèi)平均風(fēng)速,v0=符號(hào)意義同前;d為風(fēng)管直徑。

計(jì)算結(jié)果 h主靜=10 595 Pa,h副靜=9 193 Pa。

系統(tǒng)風(fēng)壓:

計(jì)算結(jié)果 H主=10 611 Pa,H副=9 209 Pa。

2.4.3 風(fēng)機(jī)選擇及系統(tǒng)布置

選用山西省侯馬市鑫豐康風(fēng)機(jī)有限公司SDF(D4)-No14型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī),設(shè)計(jì)風(fēng)量2 113 m3/min～4 116 m3/min,風(fēng)壓2 156 Pa～13 700 Pa,電動(dòng)機(jī)功率 4×185 kW,三級(jí)調(diào)速,通風(fēng)軟管直徑1.5 m,送風(fēng)長度主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m。通風(fēng)系統(tǒng)布置見圖4。

3 施工注意事項(xiàng)

1)施工中必須加強(qiáng)圍巖量測,根據(jù)量測結(jié)果及時(shí)反饋支護(hù)信息,確保支護(hù)措施安全合理。2)制定各項(xiàng)施工的安全應(yīng)急預(yù)案,做好應(yīng)急材料、物資的儲(chǔ)備。3)在斷層帶施工時(shí),嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺,不得冒進(jìn);盡量避免爆破擾動(dòng)圍巖。4)落底施工時(shí)間必須及時(shí),以減少初支變形,上臺(tái)階開挖拱腳處嚴(yán)格控制超挖,必須保證上臺(tái)階鋼架拱腳落于實(shí)底之上。

[1]TZ 231-2007,鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業(yè)指南[S].

[2]柴穎鵬.淺談隧道施工中的關(guān)鍵要素[J].山西建筑,2008,34(12):321-322.

[3]范天吉.煤礦通風(fēng)綜合技術(shù)手冊(cè)[M].長春:吉林電子出版社,2003.

[4]李 建.鐵路建設(shè)工程施工現(xiàn)場十大員技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[M].長春:銀聲音像出版社,2005.