三聯(lián)隧道輔助坑道優(yōu)化設(shè)計

摘要:針對六沾鐵路三聯(lián)隧道W4標(biāo)整體進(jìn)度滯后的現(xiàn)狀，為保證工期得以實現(xiàn)，通過科技創(chuàng)新和經(jīng)驗總結(jié)，將三聯(lián)隧道輔助坑道做進(jìn)一步的優(yōu)化，1#斜井10#、11#橫通道及區(qū)間平導(dǎo)擴(kuò)大為有軌雙車道斷面，2#斜井增設(shè)迂回平導(dǎo)等方式進(jìn)行切實可行的優(yōu)化，為三聯(lián)隧道現(xiàn)場施工提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵字:輔助坑道 迂回平導(dǎo) 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號： S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

0引言

隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，長大山嶺隧道不斷出現(xiàn)。為了縮短工程建設(shè)工期，長大隧道一般需要設(shè)置輔助坑道。通常采用的輔助坑道有橫洞、平行導(dǎo)坑、斜井和豎井4種型式來實施“長隧短打”方案。各類輔助坑道的凈空必須滿足運輸設(shè)備提升、設(shè)備進(jìn)洞、通風(fēng)、排水和安全間隙等要求，只有合理有效的利用輔助坑道才能實現(xiàn)“長隧短打，快速施工”的目的。

1工程概況

三聯(lián)隧道位于云南省境內(nèi)新背開柱車站出站端，為雙線隧道，進(jìn)口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全長12214m，設(shè)計行車速度160km/h，凈空限界并滿足通行雙層集裝箱要求。三聯(lián)隧道最大埋深約220m，地質(zhì)條件差，隧道區(qū)域發(fā)育6條斷層和1個向斜。隧道進(jìn)口下穿既有貴昆線，并位于丁家村滑坡及錯落體內(nèi)，隧道中部約1080m范圍分布宣威群煤系地層，含媒約20層，層厚0.02~2.37m，煤層瓦斯含量為10.59~12.87m3/t，煤層瓦斯壓力為0.3834~3.2290MPa，C2、C3層媒與瓦斯具突出危險性。1#斜井工區(qū)為高瓦斯工區(qū)。三聯(lián)隧道是改建鐵路貴昆線六盤水—沾益段全線最長隧道和最重要的控制性工程。合同工期為2008年6月13日至2011年12月12日，合計42個月。

2輔助坑道原設(shè)計情況

隧道進(jìn)口至D1K305+080段4693m隸屬外資3標(biāo)范圍，D1K305+080至隧道出口段7521m隸屬外資4標(biāo)范圍。全隧輔助坑道采用2個斜井+2段平導(dǎo)方案，各標(biāo)段的輔助坑道型式如圖1所示。

圖1 原設(shè)計各標(biāo)段輔助坑道型式圖

W3標(biāo)：隧道進(jìn)口端線路右側(cè)設(shè)置有軌單車道運輸平導(dǎo)一座，全長3108m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m高。

W4標(biāo)：隧道中部線路右側(cè)設(shè)置有軌單車道運輸平導(dǎo)一座，全長1342.95m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m高。1#斜井設(shè)于線路右側(cè)，主井與正洞相連，副井與中部平導(dǎo)相連，主井斜長411.56m，采用有軌雙車道運輸，凈空尺寸5.65m寬×3.4m高，副井斜長378.67m，采用有軌單車道運輸，凈空尺寸3.5m寬×3.3m高；2#斜井設(shè)于線路左側(cè)，斜長441.25m，采用無軌雙車道運輸，凈空尺寸7m寬×6.5m高。

3優(yōu)化設(shè)計原由

3.1 工期因素

三聯(lián)隧道于2008年6月開工，截止2009年11月10日，三聯(lián)隧道1#斜井、2#斜井正洞尚余4068m未開挖，平導(dǎo)還剩余159.95m未開挖，具體如下：

1#斜井工區(qū)：1#斜井主副井均已開挖完成；正洞掌子面里程D1K305+860，掘進(jìn)780m；中部平導(dǎo)掌子面里程PDK306+290，掘進(jìn)1183m；

2#斜井已經(jīng)開挖完成，向進(jìn)口方向正洞掌子面里程為D1K309+735，掘進(jìn)1490 m，向出口方向掌子面里程為D1K312+413，掘進(jìn)1188m；

正洞還剩余4068m未開挖，平導(dǎo)還剩余159.95m未開挖。

施工現(xiàn)狀具體見圖2。

圖2 施工現(xiàn)狀圖

根據(jù)近年來各線鐵路施工現(xiàn)狀調(diào)查、工程經(jīng)驗及工程類比，并結(jié)合三聯(lián)隧道本身的地質(zhì)特點，施工圖中各級圍巖采用的綜合進(jìn)度指標(biāo)如表1。

表1綜合進(jìn)度指標(biāo)（m/月）

正洞 圍巖 普通地段 煤系地段

Ⅲ 130

Ⅳ 90

Ⅴ 50 40

平導(dǎo) 圍巖 有軌單車道

Ⅳ 200

Ⅴ 150

斜井 圍巖 有軌單車道 有軌雙車道 無軌雙車道

Ⅲ 230 200 200

Ⅳ 180 150 150

Ⅴ 120 100 100

按照設(shè)計施工組織，三聯(lián)隧道兩工區(qū)實際開挖日期推算截止2009年11月10日各工區(qū)的掌子面里程：

1#斜井工區(qū)：1#斜井主副井本身均已開挖完成，正洞掌子面里程D1K306+735，掘進(jìn)1655m，中部平導(dǎo)掘進(jìn)完畢，掘進(jìn)1342.95m；

2#斜井工區(qū)：2#斜井本身已經(jīng)開挖完成，向進(jìn)口方向正洞掌子面里程D1K309+572，掘進(jìn)1653m，向出口方向正洞掌子面里程D1K312+164，掘進(jìn)939m。

由此可以看出現(xiàn)場施工情況：

1#斜井工區(qū)：因1#斜井工區(qū)正洞及平導(dǎo)變形較為嚴(yán)重，進(jìn)度緩慢，正洞掘進(jìn)滯后875m，中部平導(dǎo)掘進(jìn)滯后159.95m；

2#斜井工區(qū)正洞掘進(jìn)滯后54m。

根據(jù)施工現(xiàn)狀及實際統(tǒng)計綜合進(jìn)度指標(biāo)分析：

中部平導(dǎo)綜合進(jìn)度120m/月、揭煤地段平導(dǎo)進(jìn)度60m/月；正洞Ⅲ級圍巖120m/月、Ⅳ級圍巖75m/月、Ⅴ級圍巖45m/月、揭煤地段正洞35m/月。從2009年11月10日起，完成隧道剩余的4068m需27.04個月，即土建工程完工日期為2012年2月11日，該工期不能滿足業(yè)主要求的工期，將推遲約4.5個月。

3.2 高瓦斯安全因素

根據(jù)2009年4月8日，《成都局六沾復(fù)線高瓦斯隧道方案研討會專家意見》確定三聯(lián)隧道為一級風(fēng)險隧道，為提高瓦斯突出隧道施工安全度，采取加大瓦斯工區(qū)通風(fēng)能力的方式，進(jìn)一步降低瓦斯的安全風(fēng)險。

1）通風(fēng)系統(tǒng)的百米漏風(fēng)率由設(shè)計的1.8%改為按《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》上限2.0%取值，以提高通風(fēng)的保證率。

2）瓦斯涌出不均衡系數(shù)取高值2.0，以提高通風(fēng)系統(tǒng)對瓦斯異常涌出的適應(yīng)性。

根據(jù)正洞揭煤的工況對隧道的施工通風(fēng)進(jìn)行計算，可以得出通過宣威群煤層時所需的風(fēng)機(jī)及風(fēng)管參數(shù)，見表2。

表2 通過群煤層的風(fēng)機(jī)及風(fēng)管參數(shù)

項目 需風(fēng)量（m3/min） 風(fēng)機(jī)風(fēng)量（m3/min） 風(fēng)管風(fēng)速（m/s） 平導(dǎo)回風(fēng)速（m/s）

條件一 條件二 條件三 條件四

宣威群煤 正洞 230 1258 746 1880 2038 9.23 3.88

通過計算可知，由于隧道需風(fēng)量加大需選用2根φ1.5m的風(fēng)管，更有利于保證施工安全。僅考慮通風(fēng)需要，不考慮工期要求時，平導(dǎo)斷面在施工圖的凈空基礎(chǔ)上需加高1.35m，凈空尺寸為3.5m寬×4.95m高；如果同時兼顧瓦斯排放及揭煤、過煤施工通風(fēng)和工期要求，10#橫通道作為從平導(dǎo)至11#橫通道進(jìn)入正洞掌子面施工的運輸通道，為盡量爭取多開工作面，加快施工進(jìn)度，將10#、11#橫通道及區(qū)間370m平導(dǎo)斷面加寬1m，兼有有軌雙車道運輸功能，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。

中部平導(dǎo)擴(kuò)大平面示意圖見圖3。

圖3 中部平導(dǎo)擴(kuò)大平面示意圖

凈空圖見圖4。

圖4 平導(dǎo)凈空斷面圖

4優(yōu)化方案的比選

4.1方案1：新增3#斜井方案

采用無軌運輸，此方案經(jīng)現(xiàn)場多次實地堪測，初步擬定了兩個新增3#斜井的方案，由于新增用地困難較大，該方案投資大，斜井自身長度1.5km，工期不能保證，在專家論證會時予以否定。

4.2方案2：延長中部平導(dǎo)方案

將平導(dǎo)從1342.95m（平導(dǎo)端里程D1K306＋450）延長至1992.65m（D1K307＋100）（增加650m），通過揭煤段另開工作面，見圖5三聯(lián)隧道1#斜井中部平導(dǎo)延長平面示意圖 。

圖5 三聯(lián)隧道1#斜井中部平導(dǎo)延長平面示意圖

中部平導(dǎo)進(jìn)入煤系地層后實際圍巖地質(zhì)較差，平導(dǎo)開挖初支后，還必須進(jìn)行及時施工仰拱砼，并對部分圍巖進(jìn)行注漿加固，因此進(jìn)度指標(biāo)在設(shè)計Ⅴ級150m/月的基礎(chǔ)上折減30%，僅達(dá)到100m/月。

平導(dǎo)揭煤瓦斯排放時間暫按2個月計算，平導(dǎo)揭煤進(jìn)度指標(biāo)按設(shè)計Ⅴ級150m/月的基礎(chǔ)上折減50%，按75m/月預(yù)計。平導(dǎo)穿過煤層進(jìn)入正洞考慮受有軌運輸、斜井提升，以及正洞揭煤瓦斯排放施工干擾等因素，施工進(jìn)度指標(biāo)按設(shè)計Ⅳ級90m/月的基礎(chǔ)上折減20%，按70m/月預(yù)計，土建工程完工日期為2011年9月30日，能滿足工期要求。

但由于需要二次揭煤，安全風(fēng)險大，在專家論證會時予以否定。

4.3方案3： 2#斜井內(nèi)增加平導(dǎo)方案

由于1#斜井為高瓦斯工區(qū)，按原施工圖要求施工至D1K307+740時，施工能力已飽和，沒有能力承擔(dān)更多的施工任務(wù)，為保證工期，原由1#斜井承擔(dān)的部分施工任務(wù)調(diào)整由2#斜井工區(qū)施工。在2#斜井內(nèi)正洞D1K309+330里程處，向進(jìn)口方向增設(shè)單車道無軌運輸平導(dǎo)，增設(shè)橫通道，可滿足工期要求。但是增設(shè)平導(dǎo)，2#斜井工區(qū)的壓入式通風(fēng)長度超過4000m，無軌運輸通風(fēng)困難，因此該方案必須增設(shè)通風(fēng)豎井（直徑180cm、深度約100m）。

此方案經(jīng)2009年4月8日及2009年4月14日專家論證，已確定推薦采用該方案。

方案比選情況見表2預(yù)選方案對比表

表2 預(yù)選方案對比表

方案名稱 經(jīng)濟(jì)造價 優(yōu)點 缺點 備注

方案1：

新增3#斜井方案 3450萬元 1、避開了二次揭煤風(fēng)險；

2、減輕了2#斜井端工期壓力。 1、按最大限坡考慮，斜井至少1.5Km，工期過長，不能保證工期；

2、需增加一套機(jī)具、臨時設(shè)施，增加管理人員；

3、新增用地困難。 由于工期不能保證，在專家論證會時予以否定。

方案2：

延長中部平導(dǎo)方案 1350萬元 1、工地集中便于管理，所有臨時設(shè)施可利用現(xiàn)有1#斜井資源；

2、工期相對有保障。 1、需要二次揭煤，安全風(fēng)險大；

2、平導(dǎo)煤層走向及傾角不確定，穿越煤層長度不確定；

3、增加較多的瓦斯檢查、通風(fēng)費用。 由于需要二次揭煤，安全風(fēng)險大，在專家論證會時予以否定。

方案3：

2#斜井內(nèi)增加平導(dǎo)方案 3050萬元

1、工地集中便于管理，所有臨時設(shè)施可利用現(xiàn)有2#斜井資源；

2、可以工期保障。 1、通風(fēng)困難，需要增加新的通風(fēng)豎井；

2、需要新增加碴場用地；

3、平導(dǎo)長度較長。 在專家論證會時推薦選用。

經(jīng)濟(jì)造價的測算是采用2007年8月價格水平編制。

5輔助坑道優(yōu)化方案

5.1由于10#橫通道作為平導(dǎo)至11#橫通道進(jìn)入正洞掌子面施工的運輸通道，將10#、11#橫通道及PDK305+880~PDK306+250段平導(dǎo)擴(kuò)大為有軌雙車道斷面，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。同時，將D1K305+115處水倉移至D1K305+120處，水倉容積由原來的30m3調(diào)整為180m3，并在平導(dǎo)PDK305+190處增加9-1#橫通道，橫通道凈空尺寸為3.5m寬×3.6m高。

1#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖見圖6。

圖61#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖

5.2對2#斜井工區(qū)正洞里程D1K309+330處增加一段1900m的無軌單車道迂回平導(dǎo)，平導(dǎo)范圍為PDK307+370.34~ PDK309+270.34，此時，2#斜井工區(qū)壓入式通風(fēng)長度超過4000m，此時無軌運輸通風(fēng)的困難，為了解決通風(fēng)問題，在迂回平導(dǎo)起點往出口方向后退18m處增設(shè)一直徑為φ180cm、深度約100m的通風(fēng)豎井。

2#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖見圖7。

圖72#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖

6優(yōu)化后實施效果

截止2011年1月18日，三聯(lián)隧道迂回平導(dǎo)施工870m，剩余1030m，11月份170.3m（折5.7m/d），12月份200.3m（折6.7m/d），1月份203.7m（折6.8m/d），2月份（春節(jié)放假2天）完成192m（折6.9m/d）。正洞關(guān)鍵線路剩余2105m，按目前進(jìn)度指標(biāo)施工，能滿足工期要求，優(yōu)化方案后施工情況見圖8三聯(lián)隧道施工平面示意圖。

圖8三聯(lián)隧道施工平面示意圖

7結(jié)束語

目前在隧道工程建設(shè)中，對于工期控制性工程，為了滿足工期要求，一般是通過增設(shè)輔助坑道來增加工作面和提高施工進(jìn)度指標(biāo)兩種途徑來實現(xiàn)，三聯(lián)隧道輔助坑道優(yōu)化設(shè)計后，能提高斜井的出碴運輸能力以及斜井的通風(fēng)能力，更加合理地利用現(xiàn)有資源，加快施工進(jìn)度，保證施工工期。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道輔助坑道技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，1995.

[2]張健儒.龍廈鐵路象山隧道輔助坑道優(yōu)化設(shè)計[J].隧道建設(shè)，2010，30（1）：33-36.

[3]賴滌泉.施工通風(fēng)與防塵[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[4]李志平.關(guān)角隧道單車道無軌斜井施工方案優(yōu)化[J].隧道建設(shè)，2010，30（1）：53-57.

作者簡介：葉建文（1972.4-），男，工程師，2000年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，現(xiàn)任中鐵隧道集團(tuán)四處五公司項目經(jīng)理。