豎井支洞提升大斷面隧洞快速施工技術(shù)應(yīng)用

任亞?wèn)|

摘? 要：KS10勘探試驗(yàn)洞包括一條深470 m豎井和一條長(zhǎng)1 200 m主隧洞，主隧洞的功能是為了處理不良地質(zhì)段，為下游側(cè)TBM掘進(jìn)機(jī)提供滑行通道。主隧洞斷面面積近70 m2，采用鉆爆法施工。豎井為主隧洞施工期間的通風(fēng)、供電、供排水、石渣提升、物料運(yùn)輸、人員上下的唯一通道，受豎井支洞空間限制，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法從主隧洞直通地面。通過(guò)對(duì)豎井的提升系統(tǒng)進(jìn)行改絞和主隧洞鉆爆法快速掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了大斷面隧洞快速掘進(jìn)與豎井提升運(yùn)輸耦合，提高了掘進(jìn)、排矸速度，實(shí)現(xiàn)了快速施工，達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：豎井支洞? 大斷面? 快速掘進(jìn)? 鉆爆法

中圖分類(lèi)號(hào)：TV55? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）02（b）-0094-03

Application of Rapid Construction Technology of Cross Section Tunnel Hoisted by Branch Tunnel of Shaft

REN Yadong

（Henan Jinyuan Construction Co.， Ltd.， Zhengzhou， Henan Province， 450000? China）

Abstract： The KS10 exploration and test tunnel consists of a 470 m deep shaft and a 1 200 m long main tunnel. The main tunnel is designed to treat the poor geological section and provide sliding passage for downstream TBM road header.The main tunnel has a cross-section area of nearly 70 m2 and is constructed by drilling and blasting method.During the construction of the main tunnel， the shaft is the only channel for ventilation， power supply， water supply and drainage， stone and slag lifting， material transportation， and personnel up and down. Due to the space limitation of the branch tunnel of the shaft， large mechanical equipment cannot be directly connected to the ground from the main tunnel.By changing the hoisting system of the shaft and optimizing the fast tunneling technology of the main tunnel by drilling and blasting， the coupling between the fast tunneling of the large section tunnel and the hoisting and transportation of the shaft is realized， the speed of excavation and waste disposal is improved， the fast construction is realized and the expected effect is achieved.

Key Words： Shaft support hole; Large section; Rapid excavation; Drilling and blasting

1? 工程概況

KS10勘探試驗(yàn)洞主隧洞長(zhǎng)度為1 200 m，主要作用為處理引水主洞段大斷裂周?chē)钠扑閲鷰r段，為方便后續(xù)TBM順利通過(guò)創(chuàng)造條件。該勘探試驗(yàn)洞包括豎井和主洞：豎井井深470 m，凈直徑6.8 m，采用混凝土襯砌支護(hù);主洞段全長(zhǎng)1 200 m，巖體穩(wěn)定條件差，為V類(lèi)圍巖，隧洞單向開(kāi)挖掘進(jìn)，設(shè)計(jì)斷面為平底馬蹄形，高9.1 m，斷面面積為69.8m2，坡比為1/2583。初期支護(hù)為錨網(wǎng)噴支護(hù)，永久支護(hù)為混凝土襯砌。該工程總體施工方案為以豎井為施工通道，主洞采用鉆爆法開(kāi)挖，機(jī)械配套設(shè)施出渣，永久混凝土支護(hù)。

2? 施工方案設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械選型布置

（1）根據(jù)豎井轉(zhuǎn)主洞的施工特點(diǎn)，要充分考慮到主洞段和豎井內(nèi)的施工運(yùn)輸條件及能力，設(shè)備的選型、布置和數(shù)量要滿(mǎn)足主洞快速機(jī)械化施工的要求。

（2）機(jī)械化設(shè)備要同時(shí)滿(mǎn)足全斷面和臺(tái)階開(kāi)挖施工工法的要求，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別破碎時(shí)，可由全斷面開(kāi)挖變?yōu)榕_(tái)階法開(kāi)挖。

（3）各施工設(shè)備之間的能力與性能應(yīng)相互匹配[1]，機(jī)械化水平相協(xié)調(diào)、施工設(shè)備與設(shè)施、主要工序與輔助工序機(jī)具配置成套，以發(fā)揮設(shè)備的綜合能力。

2.2 豎井提升系統(tǒng)改絞

施工現(xiàn)場(chǎng)已安裝豎井施工期間的JKZ-3? 2.5/15.5型提升機(jī)配套4 m3吊桶單鉤提升設(shè)備，吊桶采用規(guī)格由4 m3改為5 m3。考慮到主洞施工期間的物料運(yùn)輸、人員上下情況，單單依靠鑿井期間的吊桶作為提升設(shè)備[2]，不安全且不方便，有效提升能力低。

基于以上因素，借鑒煤礦二期井巷施工改絞經(jīng)驗(yàn)，對(duì)豎井提升系統(tǒng)進(jìn)行改絞，具體如下。

增加一套罐籠提升系統(tǒng)，安裝一臺(tái)JK-2.0*1.5絞車(chē)配備GLS1/6/1/1型立井單繩罐籠和Φ2 m天輪，同時(shí)對(duì)封口盤(pán)、天輪平臺(tái)進(jìn)行改造，安裝井底水窩封口盤(pán)和罐籠穩(wěn)繩2條，以滿(mǎn)足主洞施工期間的人員、物料上下。

2.3 開(kāi)挖方式選擇

該工程地質(zhì)圍巖處于Ⅲ類(lèi)B、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)之間，其中Ⅲ類(lèi)B和Ⅴ類(lèi)為主要類(lèi)別，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露圍巖勘查及安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析，該區(qū)域內(nèi)的Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)在開(kāi)挖后初期支護(hù)前能夠保持自身穩(wěn)定?？紤]到快速施工的理念和鑒于各種施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)，項(xiàng)目部決定圍巖情況良好的狀態(tài)下選擇全斷面開(kāi)挖的施工法[2]，如果圍巖發(fā)生破碎變化時(shí)，及時(shí)變更臺(tái)階法開(kāi)挖。

2.4 爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化

提高鉆爆質(zhì)量同樣也是實(shí)現(xiàn)快速隧洞施工的關(guān)鍵[3]。為有效地避免超挖或者控制對(duì)斷面周邊圍巖的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，綜合研究圍巖地質(zhì)層結(jié)構(gòu)情況，該工程爆破參數(shù)要求。

（1）光面爆破。根據(jù)揭露的圍巖特點(diǎn)合理布置周邊眼的間距和極限抵抗線(xiàn);嚴(yán)格控制周邊眼鉆孔的裝藥量，使得裝藥量沿著鉆眼全長(zhǎng)均勻布置;采用毫秒級(jí)微差的順序操作起爆程序，保證周邊爆破時(shí)具有最好的臨空爆破面;借助于導(dǎo)爆索實(shí)現(xiàn)間隔裝藥程序。

（2）采用楔形掏槽，從斷面中部左、右兩個(gè)方向掏槽。中心掏槽眼的布置尤為重要，是爆破臨空面的決定因素，嚴(yán)重影響著循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)度。

3? 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 主隧洞設(shè)備選型

設(shè)備選型的限制因素主洞段運(yùn)輸設(shè)備的選型要基于全斷面開(kāi)挖滿(mǎn)足斷面尺寸、安全排險(xiǎn)、出渣運(yùn)輸量的同時(shí)還要考慮混凝土襯砌工序的平行作業(yè)，此外，主洞施工設(shè)備的入井需要通過(guò)主提升機(jī)懸吊入井，設(shè)備的選型還要滿(mǎn)足主體拆解后的大小尺寸能夠順利通過(guò)主提升的井蓋門(mén)、重量要滿(mǎn)足主提升機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)[4]。

（1）拆解后的主體在安全懸吊的前提下，能夠穿過(guò)2.9×2.3 m的矩形井蓋門(mén)。

（2）拆解后的主體單件重量不得大于12 500 kg（參照主提升機(jī)安全提升驗(yàn)算的鋼絲繩終端載荷）。

（3）如果主洞開(kāi)挖和混凝土襯砌平行作業(yè)時(shí)，運(yùn)輸設(shè)備能夠順利、安全地通過(guò)鋼模臺(tái)車(chē)門(mén)架。

（4）主洞開(kāi)挖期間，運(yùn)輸車(chē)輛可在主洞內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全錯(cuò)車(chē)，2.5 m深的車(chē)輛調(diào)頭硐室可一次實(shí)現(xiàn)車(chē)輛調(diào)向。

3.2 施工工藝流程

Ⅲ類(lèi)圍巖段可采用實(shí)行“兩掘一噴”[5]，掌子面初噴先行、錨網(wǎng)與出渣平行作業(yè)的施工方式。錨網(wǎng)支護(hù)距離工作面20～25 m，工作面進(jìn)行出渣清底時(shí)，支護(hù)人員在后方進(jìn)行錨網(wǎng)作業(yè)。工藝流程：測(cè)量放線(xiàn)→鉆孔爆破→通風(fēng)→安全排險(xiǎn)→初噴→出渣清底→測(cè)量放線(xiàn)→鉆孔爆破→安全排險(xiǎn)→出渣清底→初噴支護(hù)→錨網(wǎng)支護(hù)→噴漿支護(hù)。

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖段實(shí)行“一掘一噴”，永久支護(hù)緊跟工作面。工藝流程：測(cè)量放線(xiàn)→鉆孔爆破→通風(fēng)→安全排險(xiǎn)→出渣清底→立拱架→錨網(wǎng)支護(hù)→噴漿支護(hù)。

3.3 鉆孔爆破

3.3.1 施工機(jī)具

YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，長(zhǎng)度5 m、 4.5 m六角中空鉆桿，Φ40 mm“一”字型合金鉆頭。

3.3.2 鉆孔布置

借助于鑿孔臺(tái)架[5]的格局分布，工作面實(shí)現(xiàn)10臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)施工：1、2、3層均布置2臺(tái)風(fēng)鉆，4層布置4臺(tái)風(fēng)鉆，互不影響。

3.3.3 爆破材料

Φ32的巖石乳化炸藥、毫秒延期導(dǎo)爆管、瞬時(shí)電雷管、導(dǎo)爆索。

3.3.4 裝藥方式

周邊孔采用正向不耦合裝藥，間隔距離孔內(nèi)平均分配，且小于30 cm;其他炮孔采用正向耦合裝藥;此外，周邊孔采用導(dǎo)爆索隔孔連線(xiàn)。

3.4 出渣清底

出渣采用1臺(tái)L936型左向側(cè)翻裝載機(jī)配合3輛自卸車(chē)進(jìn)行出渣，裝載機(jī)將渣石裝至自卸車(chē)后，自卸車(chē)將渣石運(yùn)至馬頭門(mén)處渣場(chǎng)，馬頭門(mén)處渣場(chǎng)同樣布置一臺(tái)L936型左向側(cè)翻裝載機(jī)，直接向5 m3吊桶內(nèi)裝渣，渣石裝滿(mǎn)后經(jīng)主提升機(jī)提升至地面渣場(chǎng)。

為方便主洞內(nèi)車(chē)輛掉頭，加快出渣速度，距馬頭門(mén)50 m處施工一個(gè)錯(cuò)車(chē)洞，此后每間隔200 m施工1個(gè)錯(cuò)車(chē)洞。

工作面清底主要采用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)[6]，挖掘機(jī)使用挖斗將底板輪廓線(xiàn)以上的渣石扒出來(lái)成堆，裝載機(jī)將其裝至自卸車(chē)內(nèi)。

4? 現(xiàn)場(chǎng)施工效果

在以上施工方案基礎(chǔ)上，通過(guò)強(qiáng)化輔助系統(tǒng)增加配置和現(xiàn)場(chǎng)管理，最大程度組織平行作業(yè)，并取得了良好的效果，平均施工進(jìn)度113 m/月;最高月進(jìn)度為150 m/月，連續(xù)2個(gè)月施工進(jìn)度超過(guò)130 m/月。

5? 效果總體評(píng)價(jià)

該技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，合理進(jìn)行機(jī)械化選型配套，加之鉆爆工藝設(shè)計(jì)，在鑿巖、裝巖、支護(hù)、提升運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工序流程進(jìn)行銜接施工，使得機(jī)械設(shè)備綜合配合能力得到最大限度的發(fā)揮，減少了無(wú)功時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了快速施工的預(yù)期效果。

6? 結(jié)語(yǔ)

該套施工技術(shù)在KS10勘探試驗(yàn)洞主洞施工中，充分考慮主洞施工因素，合理地進(jìn)行豎井提升系統(tǒng)改造，為主洞安全、快速施工提供必要條件;根據(jù)施工條件及其現(xiàn)場(chǎng)因素，合理地選型機(jī)械化配備，使整個(gè)工程機(jī)械化程度得到極大的提高;加之現(xiàn)場(chǎng)制定可靠的施工方案及工藝流程、強(qiáng)化輔助系統(tǒng)和施工現(xiàn)場(chǎng)管理，使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程順暢、流利，且能保持快速的施工進(jìn)度，為今后類(lèi)似豎井轉(zhuǎn)主洞大斷面鉆爆法施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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