盾構(gòu)法隧道在平姚輸煤通道的應(yīng)用

張 亞 利

(中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

盾構(gòu)法隧道在平姚輸煤通道的應(yīng)用

張 亞 利

(中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

以平姚輸煤通道施工項目為例，通過對工期、地質(zhì)條件、規(guī)劃等施工難點的分析，選用盾構(gòu)法隧道施工方案，并對該方案的施工特點及具體施工過程進行了論述，探討了盾構(gòu)法運用于輸煤通道的意義及制約因素，以供類似工程參考借鑒。

盾構(gòu)法，輸煤通道，隧道，煤炭行業(yè)

1 項目概況

平煤七星公司至姚孟電廠皮帶輸煤通道(以下簡稱平姚通道)由鐵路車場、配煤中心和輸煤通道三個部分組成，其中鐵路卸車場、配煤中心于2010年完工。

輸煤通道全長2 438 m，皮帶寬1.6 m，能力為6.00 Mt/年，皮帶方向為由北向南，起點為3號轉(zhuǎn)運站，終點為5號轉(zhuǎn)運站，兩點之間設(shè)4號轉(zhuǎn)運站，平面布置為折線形，其中3號～4號段長860 m，為淺埋框架結(jié)構(gòu)，采用明挖施工；4號～5號段由地下通道和廠區(qū)地面棧橋兩部分構(gòu)成，因該段條件復雜，未能與3號～4號段同時開工，如何能快速、安全、可靠地建成該段通道成為亟待解決的問題。

2 方案比選

4號～5號段地下通道原設(shè)計有過棧橋、淺埋框架明挖、礦山法隧道等方案，該段地面較為復雜，自北向南通道依次與建設(shè)路、湛河、二趟110 kV高壓線、南(京)洛(陽)高速公路、國鐵孟(廟)寶(豐)線、南環(huán)路等交叉，并且該段地面附著物多，各種苗圃密集。

2.1 盾構(gòu)之前方案

因建設(shè)路以南為平頂山市新規(guī)劃生態(tài)控制區(qū)，不允許新建建筑物，因此棧橋方案不可行。

淺埋框架方案明挖施工拆遷量大，協(xié)調(diào)時間長，使得工程一直難以展開，影響了整個項目建設(shè)的進度，最終放棄。

2.2 盾構(gòu)方案選擇

為加快進度，主要應(yīng)用于地鐵、公路隧道的盾構(gòu)法隧道進入備選方案。盾構(gòu)法施工對鐵路、高速、市政道路、河流等交叉工程影響相對小，能滿足工期的要求，解決了礦山法隧道方案存在的兩個難點，質(zhì)量、安全也較其他方案更優(yōu)，主要不利因素是工程造價高，礦山法隧道工程投資為6 839.73萬元，盾構(gòu)法為9 925.37萬元，盾構(gòu)法比礦山法方案投資多3 085.64萬元，但工期縮短10個月；另一方面，通道建成后，可提前發(fā)揮配煤中心的配煤效益，因電煤綜合運輸成本低，電廠也可增加效益，最終采用盾構(gòu)法隧道方案。

3 盾構(gòu)法隧道實施

3.1 盾構(gòu)施工特點

盾構(gòu)施工是在一個能支撐地層壓力而又能在地層中推進的圓形(或矩形和馬蹄形等特殊形狀)鋼筒結(jié)構(gòu)的掩護下，完成挖掘、出土、隧道支護等工作，它最大的特點就是整個隧道掘進過程都是在這個被稱作護盾的鋼結(jié)構(gòu)的掩護下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。與傳統(tǒng)的隧道掘進技術(shù)相比，盾構(gòu)法施工具有安全可靠、機械化程度高、工作環(huán)境好、土方量少、進度快、施工成本低等優(yōu)點。

3.2 平姚通道盾構(gòu)方案

4號～5號段地下通道長1 578 m，其中盾構(gòu)段長1 417 m(含接收井)，廠區(qū)棧橋段長161 m。

盾構(gòu)法隧道起訖里程為K0+860.00～K2+277.00，隧道全長1 417 m，區(qū)間縱坡為-1.49%～-0.77%～+0.36%。區(qū)間線路隧道頂面最大埋深約10 m，最小埋深約5 m，隧道全部為直線走向。

隧道斷面設(shè)計為圓形(見圖1)，采用單層管片襯砌，材料為鋼筋混凝土。隧道外徑為6 000 mm，內(nèi)徑為5 400 mm；襯砌塊寬度1 500 mm，厚300 mm，襯砌管片混凝土設(shè)計強度為C50，抗?jié)B強度等級P10；襯砌管片每環(huán)六塊，由一塊封頂塊、兩塊鄰接塊、三塊標準塊拼裝而成。管片組合方式為直線環(huán)+左轉(zhuǎn)彎環(huán)+右轉(zhuǎn)彎環(huán)，拼裝方式為錯縫拼裝。管片螺栓為M27彎螺栓。

投入1臺海瑞克復合式土壓平衡盾構(gòu)機，盾構(gòu)機由5號向4號轉(zhuǎn)運站方向掘進，4號轉(zhuǎn)運站作為接收井。掘進過程中順利下穿孟寶鐵路、南洛高速公路、平頂山市建設(shè)路和湛河，通道按期貫通，扣除始發(fā)井的時間，區(qū)間實際只用了7個月完成，體現(xiàn)出盾構(gòu)高效、安全的特點。采用盾構(gòu)法的優(yōu)點還有：施工和運營安全性好，施工過程對高速公路、鐵路、市政道路、河流影響基本沒有加固、防護等措施。

4 選擇盾構(gòu)方案的因素

輸煤通道斷面較小，盾構(gòu)斷面要大得多，一般不會選擇盾構(gòu)隧道斷面，并且盾構(gòu)相比礦山法造價高，因此整個煤炭行業(yè)選用盾構(gòu)施工的鮮有工程實例，本項目之所以選擇盾構(gòu)有以下因素：

1)用煤終端已經(jīng)存在，需要用煤，使得加快通道建設(shè)進度就是增加效益，盾構(gòu)正好有此優(yōu)勢，這是最主要的因素；2)施工單位有盾構(gòu)設(shè)備，承建方為平煤集團建井公司，該公司有數(shù)臺盾構(gòu)機；3)盾構(gòu)襯砌所需管片，在鄭州有預制管片廠，平頂山距鄭州約150 km，運距不遠。

以上幾個條件很重要，因為通道的終端用戶姚孟電廠早已投產(chǎn)，需要用煤，若是新建電廠，采用礦山法施工進度也能跟上；施工單位早已招標確定，若改盾構(gòu)施工，需另找施工隊伍，同時與既有施工單位存在違約問題，操作起來不易；相比城市地鐵建設(shè)的盾構(gòu)所用管片量，本項目管片用量較小，專為此建預制管片廠，投資過高，附近有管片廠是一個必要條件。綜上，平姚通道能夠采用盾構(gòu)由以上各種因素促成，需根據(jù)項目的實際情況選擇。

5 盾構(gòu)法應(yīng)用輸煤通道的意義及制約因素

安全問題一直以來是煤炭行業(yè)的重中之重，輸煤通道采用盾構(gòu)隧道施工法，通道施工期間作業(yè)環(huán)境明顯改善，安全隱患大幅降低，同時施工質(zhì)量有保證，進度明顯加快。通道后期維護費用低，安裝工程施工作業(yè)面寬，方便施工，也為以后改擴建預留了空間。通過平姚通道的實踐，盾構(gòu)體現(xiàn)出來的安全、高效、綠色環(huán)保等明顯優(yōu)勢，讓一直從事煤炭開采、運輸?shù)脑S多人士對盾構(gòu)施工方法有了一次直觀、深入的認識，對煤炭行業(yè)引入盾構(gòu)技術(shù)有了積極的看法，使盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于煤炭行業(yè)有了一個良好的開端。

通過盾構(gòu)法的實踐也清楚看到，對于煤炭行業(yè)引入盾構(gòu)技術(shù)尚存在改進的地方，主要有兩點：1)煤炭的巷道或是輸煤通道的斷面較小，而目前主流的盾構(gòu)機斷面是根據(jù)公路、地鐵等需要設(shè)計，斷面較大，適合煤炭行業(yè)用的盾構(gòu)需要特殊設(shè)計，相應(yīng)成本高；2)巷道或輸煤通道中經(jīng)常有超過10%以上的坡，而盾構(gòu)的爬坡能力較小，實際最大為5%左右，平姚通道也為此優(yōu)化了縱斷面設(shè)計，將陡坡段設(shè)置在棧橋段。

6 結(jié)語

平姚輸煤通道于2013年1月貫通，當年6月進入試生產(chǎn)，目前運營良好。平姚輸煤通道4號～5號段實施盾構(gòu)法加快了建設(shè)進度，解決了施工用地問題和穿越公路、鐵路、河流等難點問題，對城市的正常功能及周圍環(huán)境的影響很小，整個過程中沒有出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題，達到了預期的效果，為輸煤通道的運營打下了良好的基礎(chǔ)，該項目的建設(shè)對類似工程有一定的借鑒意義。

[1] 朱 偉，陳仁俊.盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望(第1講)——盾構(gòu)隧道基本原理及在我國的使用情況[J].巖土工程界,2001,4(11):19-21.

On application of shield tunnel in Pingyao coal conveying tunnel

Zhang Yali

(WuhanDesignResearchInstituteCo.,Ltd,ChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430064,China)

Taking Pingyao coal conveying tunnel project as the example, the paper analyzes its construction difficulties, including construction period, geological conditions, and planning, selects the shield tunnel construction scheme, indicates the construction features and factual construction process of the scheme, and explores the significance of adopting the shield tunnel in the coal conveying tunnel and its limited factors, so as to provide some reference for similar projects.

shield method, coal conveying tunnel, tunnel, coal industry

2014-11-26

張亞利(1975- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)04-0160-02

U445.43

A