東山供水隧洞工程利用自卸汽車與絞車聯(lián)合從斜井中出渣的方案

宋旭東

（山西水務潞澤河湖工程有限公司 山西太原 030006）

1 工程概況

山西省晉中東山供水工程輸水線路施工二標為1#隧洞部分洞段，上接輸水線路施工一標，標段分界點為1#隧洞SBE5+340 m，下接輸水線路施工三標，標段分界點為1#隧洞SBE15+455 m，本標段主洞段約10.115 km，施工布置3條支洞〔支洞長分別為602.8 m、374.85 m、536.97 m)。1#隧洞為無壓輸水隧洞，斷面形式為城門洞型（凈寬2.5 m，凈高2.9 m），采用全斷面鋼筋混凝土襯砌。

2 1-3 #斜井主洞開挖施工概述

1-3#斜井總長536.97 m，其中斜井段長度506.97 m，設計縱坡35.69%(傾角19.64°)。設計凈斷面Ⅲ類圍巖為3.85 m×3.1 m，Ⅴ類圍巖為4.69 m×4.04 m，承擔主洞施工任務4 007 m,其中上游1 778 m，下游2 229 m。斜井長且坡度大，對于是否能夠保證該工程按計劃順利圓滿完成的關鍵因素之一是出渣方案的合理選擇。

3 出渣方案

根據(jù)主洞掘進計劃，為保證掘進施工成本控制和進度要求，有以下三種方案可供選擇：

（1）主、支洞有軌運輸方案：該方案主洞內采用小火車牽引礦斗車運輸?shù)叫本蕉炊卧偻ㄟ^斜井洞口的絞車牽引運送到斜井口，該方案的好處是與汽車運輸相比尾氣排放量少，對洞內通風排煙有利，但該方案需鋪設軌道，對底板基礎要求較高，否則基礎容易產生不均勻沉降造成軌道變形使礦斗車經常跳道，嚴重影響出渣效率，進而影響開挖進度。該洞地質巖層多為泥巖且裂隙水較為發(fā)育需要對底板進行處理，這樣會造成投資加大且對底板處理影響施工進度，因此該方案不能滿足施工成本控制和進度要求。

（2）平臺運輸車方案：該方法在主洞內采用自卸汽車裝渣，行進到斜井平臺運輸車上再用平臺運輸車通過絞車牽引將自卸汽車運到斜井口，最后自卸汽車直接開往棄渣場完成渣料運送，該方案實現(xiàn)了主洞、斜井、洞外出渣一條龍作業(yè)，可加快施工進度，但該方案對斜井底板基礎和軌道鋪設質量更高，現(xiàn)有的出渣軌道不能滿足平臺運輸車通行要求，需要全部更換，同時需要配備更大噸位的絞車和更粗的鋼絲繩，這樣也會加大投資且影響工期，因此該方案也不能滿足施工成本控制和進度要求。

（3）自卸車與絞車配合方案：該方案在斜井開挖到平洞后繼續(xù)按原坡度開挖形成一個凹槽，礦斗車在該凹槽內等候裝渣，主洞內采用扒渣機配合自卸汽車聯(lián)合運渣，自卸汽車將渣石運至凹槽上緣通過溜槽倒入礦斗車內（圖1），再用絞車牽引至洞外。這樣既能利用斜井原有的軌道又免去了對主洞底板的處理，有利于施工成本控制和進度要求。

圖1 自卸車與絞車配合出渣方案

經過對上述三個方案的比選，從施工成本控制和施工進度考慮選定方案三為本工程出渣方案。

4 設備的選型及配置

4.1 裝料和運料設備

考慮到主洞開挖成型后斷面較小，故采用150型履帶式扒渣機裝小型自卸汽車運輸?shù)街Ф葱本撞浚倮?m3曲軌側卸式礦斗車+絞車運送到洞外卸料區(qū)。

4.2 絞車

1-3#施工支洞斜井最大傾角為19.64°，綜合考慮斜井工程出渣和后期混凝土澆筑施工受力情況：

（1）考慮斜井出渣施工：采用4 m3曲軌側卸式礦斗車自重3.85 t，石渣單位重量1.85 t/m3,斜井工程出渣總重量為：3.85+1.85×4=11.25 t：礦斗車沿軌道運行時的阻力系數(shù)主要為摩擦力，其中有軸承時的阻力系數(shù) μ=0.01～0.015， 取0.015， 摩擦力為0.015×11.25×cos19.64°=0.16 t，在斜井工程所需牽引拉力：

（2）考慮后期混凝土澆筑施工：擬定4 m3混凝土運輸車自重5.355 t，C25混凝土單位重量：2.45 t/m3，混凝土運輸總重量：5.355+2.45×4=15.155 t，礦斗車沿軌道運行時的阻力系數(shù)主要為摩擦力，其中有軸承時的阻力系數(shù)μ=0.01～0.015，取0.015，摩擦力為0.015×15.155×cos19.64°=0.21 t,在斜井所需牽引拉力：

綜上所述，經過計算選用10 t礦用絞車滿足要求。

4.3 鋼絲繩配置

根據(jù)鋼絲繩的容許拉力應滿足下式要求：

式中：Sg——鋼絲繩容許拉力；Sg=5.30 t；

α——鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)（或受力不均勻系數(shù)）；α取值0.85；

R——鋼絲繩破斷拉力總和；

K——鋼絲繩安全系數(shù)；K取5～6（根據(jù)用于電動起重設備安全系數(shù)），取值K=5.5。

通過計算：5.30=0.85×R÷5.5R=34.29 t=342.9 kN，故經過查閱鋼絲繩規(guī)格表，鋼絲繩選取Φ21.5 mm（6×19+1）鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強度2 000 N/mm2。鋼絲繩單位重量1.658 kg/m，長度600 m。鋼絲繩總重：1.658×600/1 000=0.995 t， 單鋼絲繩總重0.995×sin19.64°=0.334 t。

綜合考慮合計牽引力：5.30+0.334=5.63 t＜10 t，滿足要求。

5 施工保證措施

（1）主洞上下游兩個掌子面共用一個出渣通道，為充分利用斜井出渣設備的利用率，兩個掌子面鉆爆、出渣工序必須錯開交叉進行。

（2）為了盡量減少出渣所用時間，在每次循環(huán)響炮前，出渣設備、人員必須全部準備到位，在掌子面響炮排煙后出渣設備在最短的時間內到達掌子面進行出渣作業(yè)。

（3）在主洞施工期間，每隔200 m開挖一避車道，以滿足錯車需要，提高出渣效率。

（4）對設備的保養(yǎng)和維護應加大力度，以確保設備的正常運轉及工作效率。

（5）及時排除主洞內的積水，派專人及時修整出渣道路，避免妨礙車輛通行。

（6）加強通風排煙，及時排除安全隱患。

6 安全保證措施

（1）絞車操作手必須經過安全教育培訓并持證上崗。

（2）將高清監(jiān)控探頭布置在斜井及斜井與主洞交叉處，便于絞車操作手隨時掌握洞內情況。

（3）洞內安裝電話和電鈴，保證洞內外通訊暢通。

7 結語

引水隧洞主要具有以下特征：距離長、橫斷面大、埋藏較深、水文地質條件復雜、工期長、施工難度大。特別對于本文所論述的工期長、難度大的斜井施工隧洞，出渣方案的選取至關重要，是決定工程的施工成本和進度的關鍵因素。該工程根據(jù)現(xiàn)場及實際特點，斜井主洞出渣選擇自卸車與絞車配合的方案，不僅能節(jié)約成本，而且能滿足工期要求及保證施工的順利進行。