宋旭東

（山西水務(wù)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(biāo)為1#隧洞部分洞段，上接輸水線路施工一標(biāo)，標(biāo)段分界點(diǎn)為1#隧洞SBE5+340 m，下接輸水線路施工三標(biāo)，標(biāo)段分界點(diǎn)為1#隧洞SBE15+455 m，本標(biāo)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(shè)計(jì)縱坡35.69%(傾角19.64°)。設(shè)計(jì)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(dān)主洞施工任務(wù)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(jì)劃順利圓滿完成的關(guān)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(jìn)計(jì)劃，為保證掘進(jìn)施工成本控制和進(jìn)度要求，有以下三種方案可供選擇：

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

（2）平臺運(yùn)輸車方案：該方法在主洞內(nèi)采用自卸汽車裝渣，行進(jìn)到斜井平臺運(yùn)輸車上再用平臺運(yùn)輸車通過絞車牽引將自卸汽車運(yùn)到斜井口，最后自卸汽車直接開往棄渣場完成渣料運(yùn)送，該方案實(shí)現(xiàn)了主洞、斜井、洞外出渣一條龍作業(yè)，可加快施工進(jìn)度，但該方案對斜井底板基礎(chǔ)和軌道鋪設(shè)質(zhì)量更高，現(xiàn)有的出渣軌道不能滿足平臺運(yùn)輸車通行要求，需要全部更換，同時(shí)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(jìn)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(gè)凹槽，礦斗車在該凹槽內(nèi)等候裝渣，主洞內(nèi)采用扒渣機(jī)配合自卸汽車聯(lián)合運(yùn)渣，自卸汽車將渣石運(yùn)至凹槽上緣通過溜槽倒入礦斗車內(nèi)（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(jìn)度要求。

圖1 自卸車與絞車配合出渣方案

經(jīng)過對上述三個(gè)方案的比選，從施工成本控制和施工進(jìn)度考慮選定方案三為本工程出渣方案。

4 設(shè)備的選型及配置

4.1 裝料和運(yùn)料設(shè)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(jī)裝小型自卸汽車運(yùn)輸?shù)街Ф葱本撞?，再利?m3曲軌側(cè)卸式礦斗車+絞車運(yùn)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(cè)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(yùn)行時(shí)的阻力系數(shù)主要為摩擦力，其中有軸承時(shí)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(yùn)輸車自重5.355 t，C25混凝土單位重量：2.45 t/m3，混凝土運(yùn)輸總重量：5.355+2.45×4=15.155 t，礦斗車沿軌道運(yùn)行時(shí)的阻力系數(shù)主要為摩擦力，其中有軸承時(shí)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(jīng)過計(jì)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(yīng)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(shè)備安全系數(shù)），取值K=5.5。

通過計(jì)算：5.30=0.85×R÷5.5R=34.29 t=342.9 kN，故經(jīng)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(qiáng)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(jì)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(gè)掌子面共用一個(gè)出渣通道，為充分利用斜井出渣設(shè)備的利用率，兩個(gè)掌子面鉆爆、出渣工序必須錯(cuò)開交叉進(jìn)行。

（2）為了盡量減少出渣所用時(shí)間，在每次循環(huán)響炮前，出渣設(shè)備、人員必須全部準(zhǔn)備到位，在掌子面響炮排煙后出渣設(shè)備在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)掌子面進(jìn)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(cuò)車需要，提高出渣效率。

（4）對設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)應(yīng)加大力度，以確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及工作效率。

（5）及時(shí)排除主洞內(nèi)的積水，派專人及時(shí)修整出渣道路，避免妨礙車輛通行。

（6）加強(qiáng)通風(fēng)排煙，及時(shí)排除安全隱患。

6 安全保證措施

（1）絞車操作手必須經(jīng)過安全教育培訓(xùn)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(shí)掌握洞內(nèi)情況。

（3）洞內(nèi)安裝電話和電鈴，保證洞內(nèi)外通訊暢通。

7 結(jié)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(zhì)條件復(fù)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(guān)重要，是決定工程的施工成本和進(jìn)度的關(guān)鍵因素。該工程根據(jù)現(xiàn)場及實(shí)際特點(diǎn)，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(jìn)行。