蔡 陽 （中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030032）

0 前言

大坡度斜井運(yùn)輸是長大隧道施工中存在的重大危險(xiǎn)源之一。隧道施工場所相對狹小，光線昏暗，各工序作業(yè)相對獨(dú)立，人員較為集中，且人員通行及各種車輛運(yùn)輸共用通道，如何做好交通安全防護(hù)，規(guī)避通安全事故，對保護(hù)人員生命、財(cái)產(chǎn)、現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備安全及維護(hù)項(xiàng)目穩(wěn)定具有重要意義。在已檢索到的文獻(xiàn)中，孫鵬飛在大坡度無軌運(yùn)輸斜井交叉口處設(shè)計(jì)反坡緩沖段，并對其安全性進(jìn)行驗(yàn)算[1]。徐正帥以蘭渝鐵路西秦嶺隧道羅家理斜井為依托，對斜井發(fā)生溜車事故的原因進(jìn)行分析，分別從防溜墩設(shè)置、道路設(shè)計(jì)、管線布置、車輛及司機(jī)管理及行車安全等5個(gè)方面對斜井安全運(yùn)輸進(jìn)行技術(shù)探討，為長大隧道緩坡斜井無軌運(yùn)輸工程建設(shè)提供參考[2]。趙鵬飛以東湖電站引水隧洞8#支洞為背景，其中主支洞交叉口安全防護(hù)處于薄弱環(huán)節(jié)，為杜絕安全事故的發(fā)生，采用上坡自重減速原理設(shè)置應(yīng)急避險(xiǎn)車道，為支洞提供良好的安全運(yùn)輸環(huán)境[3]。

1 工程概況

秦嶺天臺(tái)山隧道全長15560m，其建設(shè)規(guī)模（雙向六車道）目前居世界第一，是全線重點(diǎn)、控制性工程。該合同段位于寶雞市鳳縣境內(nèi)，工程范圍：隧道正洞工程（左、右線各5065m）、3號(hào)通風(fēng)斜井（左線1935.1m，右線 1540m）。

3#通風(fēng)斜井左、右線縱向坡度均為13%，凈寬9.6m，凈高7.2m，結(jié)構(gòu)形式為噴錨加二次模筑襯砌。其中左線是正洞施工過程中人、料、機(jī)等運(yùn)輸?shù)奈ㄒ煌ǖ溃饕\(yùn)輸工程量有隧道土石方170萬m3，一次及二次襯砌混凝土40萬m3。當(dāng)前進(jìn)入隧道各類運(yùn)輸車輛50輛，由于作業(yè)面多，預(yù)計(jì)施工高峰期斜井最大交通量將達(dá)500車次/天，交通運(yùn)輸作業(yè)極為頻繁。

2 交通運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

目前，國內(nèi)大多數(shù)長大隧道采用斜井等輔助坑道進(jìn)行出渣、運(yùn)料、通風(fēng)等作業(yè)，而斜井是其中最常見的一種，一旦發(fā)生溜車事故，可能造成群死群傷重大安全事故。秦嶺天臺(tái)山隧道3#斜井左側(cè)布設(shè)了高壓風(fēng)管、高壓水管、污水管、通風(fēng)管路，右側(cè)布置了動(dòng)力線路、照明線路、配電洞室，均為工程推進(jìn)的基本保障，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，工程施工都將受到制約，甚至導(dǎo)致停工。同時(shí)斜井內(nèi)還有二襯臺(tái)車、作業(yè)臺(tái)架及水箱等施工設(shè)備，加之斜井本身為連續(xù)大坡度，一旦出現(xiàn)車輛失控的緊急情況，不管是撞上側(cè)墻還是直接沖至井底，都難免造成人員傷亡和洞內(nèi)各種施工管線和機(jī)械設(shè)備破壞。經(jīng)對隧道工程實(shí)際情況分析，具體交通運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有以下幾條：

①行車道路路況差；

②斜井洞內(nèi)道路坡度大；

③違章駕駛；

④車輛超載、超高、超寬運(yùn)輸；

⑤車輛頻繁制動(dòng)、剎車失靈，對剎車系統(tǒng)缺乏必要的保養(yǎng)，導(dǎo)制剎車失靈。由于嚴(yán)重超載，在重力加速度的作用下，加大了車輛運(yùn)動(dòng)慣性，直接導(dǎo)致剎車失靈。

3 防撞設(shè)施設(shè)計(jì)與施工

為了防止斜井內(nèi)車輛下行剎車失靈或長距離滑溜造成交通事故，根據(jù)相關(guān)要求需在斜井中部設(shè)置防撞設(shè)施抵擋各種運(yùn)輸車輛滑行，結(jié)合以往的單側(cè)間隔混凝土擋墻+緩沖設(shè)施防護(hù)，經(jīng)綜合考慮，本項(xiàng)目采用砂袋筑墻+廢棄輪胎緩沖防護(hù)，呈“S”型分設(shè)斜井兩側(cè)，既經(jīng)濟(jì)適用，又施工簡單，拆除便捷。

具體設(shè)計(jì)方案如下。

①防撞設(shè)施布置：結(jié)合斜井設(shè)計(jì)情況，每500m設(shè)置30m長的緩坡段，在緩坡上坡方向斜井一側(cè)設(shè)置一處安全防護(hù)設(shè)施，在另一側(cè)且按照距離緩坡安全防護(hù)不超過250m的位置增設(shè)一處安全防護(hù)設(shè)施。具體布置見圖1。

圖1 安全防撞設(shè)施平面布置圖

②砂袋筑墻。砂袋在料場裝好（一般砂袋裝砂量不超過一半），車輛運(yùn)至設(shè)計(jì)位置后，人工堆碼緊密，尺寸為6.5m（縱向）×4.5m（橫向）×1.8m（高）（根據(jù)車輛前檔高度確定，為保證安全，適當(dāng)高于車輛前擋高度）。具體布置見圖2。

圖2 安全防撞設(shè)施立面圖

③緩沖設(shè)施。在砂袋上坡一側(cè)采用雙排汽車廢棄輪胎柔性墻作為撞擊緩沖設(shè)施，柔性墻高略低于砂袋墻。

④輔助安全措施。輔助措施是對安全防護(hù)設(shè)施的導(dǎo)向、提醒。主要有警示燈帶、安全防撞墻距離提示牌[4]。在車輛失控的緊急情況下，駕駛?cè)藛T能通過輔助措施快速找到安全防護(hù)設(shè)施的位置，車輛通過柔性碰撞消能，最終停止。輔助措施具體如下：在每處安全防護(hù)墻位置設(shè)置警示燈帶，讓防護(hù)墻在光線不足的環(huán)境里更加明顯；在距離防護(hù)墻100m、50m處分別設(shè)置熒光安全提示牌，安全牌受燈光照耀，更加醒目，使駕駛員對安全防護(hù)墻的位置做到心中有數(shù)。

4 安全性驗(yàn)算

緊急避險(xiǎn)防撞設(shè)施長度的確定是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)的太長會(huì)增加成本，設(shè)計(jì)的太短則無法使失控的車輛以適合的減速率完全停下來，達(dá)不到避險(xiǎn)效果。其長度需根據(jù)車輛下坡縱坡長度和溜車坡度來確定，不同材料的滾動(dòng)阻力值R不同，本文隧道中水泥混凝土路面考慮一些滑動(dòng)因素R取值0.10[5]。車輛下坡運(yùn)行速度主要利用力學(xué)推導(dǎo)，推導(dǎo)模型簡圖見圖3。

圖2 安全防撞設(shè)施立面圖

①利用力學(xué)公式推導(dǎo)[4]：

式中：a—車輛加速度，m/s2；

t—駛出時(shí)間，s；

g—重力加速度，取值9.8 m/s2；

v—駛出車速，km/h；

R—滾動(dòng)阻力系數(shù)。

其中斜井13%坡度轉(zhuǎn)化成角度值為7.4，則sin A=sin7.4=0.13 ，cosA=0.99。

聯(lián)合上述公式，則車輛下坡溜車加速度a=g sin A-R g cos A=0.3m/s2。

②溜車速度計(jì)算

如果出渣車在距防撞設(shè)施最遠(yuǎn)處250 m開始溜車，根據(jù)力學(xué)公式：

式中：m—車輛重量，kg；

h—坡道距離，m；

v0—車輛初速度，m/s；

v—溜車最大時(shí)速，m/s。支撐內(nèi)力的測試、地下水位的觀測、周邊管線監(jiān)測。同時(shí)地鐵相關(guān)管理部門對11號(hào)線隧道等進(jìn)行了監(jiān)測，隧道最大累計(jì)沉降變形為2.0mm，見圖5。監(jiān)測結(jié)果表明：本基坑工程的開挖施工過程中，基坑本身的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、11號(hào)線隧道、周邊環(huán)境的變形均在安全可控的范圍之內(nèi)。

圖4 基坑圍護(hù)剖面圖（地墻加長）

其中地下三層B區(qū)臨近地鐵位置的地墻身測斜最大變形值為51.5mm，遠(yuǎn)離地鐵位置的地墻測斜最大變形值為60.5mm，平均變形值為52.3mm，明顯普遍超過臨近地鐵側(cè)的地墻變形，這表明臨近地鐵側(cè)采用坑內(nèi)裙邊加固、支撐采用十字對撐措施對減少基坑圍護(hù)墻變形有明顯作用。

5 結(jié)語

圖5 地鐵隧道累計(jì)變化曲線圖

本文以上海一臨近地鐵的工程實(shí)例為背景，通過圍護(hù)設(shè)計(jì)采用的技術(shù)措施及監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，研究了臨近地鐵深基坑變形控制措施。采用整體分區(qū)、地下連續(xù)墻結(jié)合多道混凝土水平支撐、坑內(nèi)加固、承壓水處理等技術(shù)措施，監(jiān)測分析表明：臨近地鐵側(cè)采用坑內(nèi)裙邊加固、支撐采用十字對撐措施對減少基坑圍護(hù)墻變形有明顯作用。本工程的成功實(shí)施，可以為臨近地鐵深基坑變形控制提供一定的參考依據(jù)。