大坡度斜井無軌運輸防撞設施應用研究

蔡 陽 （中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032）

0 前言

大坡度斜井運輸是長大隧道施工中存在的重大危險源之一。隧道施工場所相對狹小，光線昏暗，各工序作業相對獨立，人員較為集中，且人員通行及各種車輛運輸共用通道，如何做好交通安全防護，規避通安全事故，對保護人員生命、財產、現場機械設備安全及維護項目穩定具有重要意義。在已檢索到的文獻中，孫鵬飛在大坡度無軌運輸斜井交叉口處設計反坡緩沖段，并對其安全性進行驗算[1]。徐正帥以蘭渝鐵路西秦嶺隧道羅家理斜井為依托，對斜井發生溜車事故的原因進行分析，分別從防溜墩設置、道路設計、管線布置、車輛及司機管理及行車安全等5個方面對斜井安全運輸進行技術探討，為長大隧道緩坡斜井無軌運輸工程建設提供參考[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處于薄弱環節，為杜絕安全事故的發生，采用上坡自重減速原理設置應急避險車道，為支洞提供良好的安全運輸環境[3]。

1 工程概況

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

3#通風斜井左、右線縱向坡度均為13%，凈寬9.6m，凈高7.2m，結構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、機等運輸的唯一通道，主要運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。當前進入隧道各類運輸車輛50輛，由于作業面多，預計施工高峰期斜井最大交通量將達500車次/天，交通運輸作業極為頻繁。

2 交通運輸環境風險分析

目前，國內大多數長大隧道采用斜井等輔助坑道進行出渣、運料、通風等作業，而斜井是其中最常見的一種，一旦發生溜車事故，可能造成群死群傷重大安全事故。秦嶺天臺山隧道3#斜井左側布設了高壓風管、高壓水管、污水管、通風管路，右側布置了動力線路、照明線路、配電洞室，均為工程推進的基本保障，任何環節出現問題，工程施工都將受到制約，甚至導致停工。同時斜井內還有二襯臺車、作業臺架及水箱等施工設備，加之斜井本身為連續大坡度，一旦出現車輛失控的緊急情況，不管是撞上側墻還是直接沖至井底，都難免造成人員傷亡和洞內各種施工管線和機械設備破壞。經對隧道工程實際情況分析，具體交通運輸環境風險有以下幾條：

①行車道路路況差；

②斜井洞內道路坡度大；

③違章駕駛；

④車輛超載、超高、超寬運輸；

⑤車輛頻繁制動、剎車失靈，對剎車系統缺乏必要的保養，導制剎車失靈。由于嚴重超載，在重力加速度的作用下，加大了車輛運動慣性，直接導致剎車失靈。

3 防撞設施設計與施工

為了防止斜井內車輛下行剎車失靈或長距離滑溜造成交通事故，根據相關要求需在斜井中部設置防撞設施抵擋各種運輸車輛滑行，結合以往的單側間隔混凝土擋墻+緩沖設施防護，經綜合考慮，本項目采用砂袋筑墻+廢棄輪胎緩沖防護，呈“S”型分設斜井兩側，既經濟適用，又施工簡單，拆除便捷。

具體設計方案如下。

①防撞設施布置：結合斜井設計情況，每500m設置30m長的緩坡段，在緩坡上坡方向斜井一側設置一處安全防護設施，在另一側且按照距離緩坡安全防護不超過250m的位置增設一處安全防護設施。具體布置見圖1。

圖1 安全防撞設施平面布置圖

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

圖2 安全防撞設施立面圖

③緩沖設施。在砂袋上坡一側采用雙排汽車廢棄輪胎柔性墻作為撞擊緩沖設施，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設施的導向、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，駕駛人員能通過輔助措施快速找到安全防護設施的位置，車輛通過柔性碰撞消能，最終停止。輔助措施具體如下：在每處安全防護墻位置設置警示燈帶，讓防護墻在光線不足的環境里更加明顯；在距離防護墻100m、50m處分別設置熒光安全提示牌，安全牌受燈光照耀，更加醒目，使駕駛員對安全防護墻的位置做到心中有數。

4 安全性驗算

緊急避險防撞設施長度的確定是設計中的關鍵，設計的太長會增加成本，設計的太短則無法使失控的車輛以適合的減速率完全停下來，達不到避險效果。其長度需根據車輛下坡縱坡長度和溜車坡度來確定，不同材料的滾動阻力值R不同，本文隧道中水泥混凝土路面考慮一些滑動因素R取值0.10[5]。車輛下坡運行速度主要利用力學推導，推導模型簡圖見圖3。

圖2 安全防撞設施立面圖

①利用力學公式推導[4]：

式中：a—車輛加速度，m/s2；

t—駛出時間，s；

g—重力加速度，取值9.8 m/s2；

v—駛出車速，km/h；

R—滾動阻力系數。

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

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

②溜車速度計算

如果出渣車在距防撞設施最遠處250 m開始溜車，根據力學公式：

式中：m—車輛重量，kg；

h—坡道距離，m；

v0—車輛初速度，m/s；

v—溜車最大時速，m/s。支撐內力的測試、地下水位的觀測、周邊管線監測。同時地鐵相關管理部門對11號線隧道等進行了監測，隧道最大累計沉降變形為2.0mm，見圖5。監測結果表明：本基坑工程的開挖施工過程中，基坑本身的圍護結構、11號線隧道、周邊環境的變形均在安全可控的范圍之內。

圖4 基坑圍護剖面圖（地墻加長）

其中地下三層B區臨近地鐵位置的地墻身測斜最大變形值為51.5mm，遠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的地墻變形，這表明臨近地鐵側采用坑內裙邊加固、支撐采用十字對撐措施對減少基坑圍護墻變形有明顯作用。

5 結語

圖5 地鐵隧道累計變化曲線圖

本文以上海一臨近地鐵的工程實例為背景，通過圍護設計采用的技術措施及監測數據對比分析，研究了臨近地鐵深基坑變形控制措施。采用整體分區、地下連續墻結合多道混凝土水平支撐、坑內加固、承壓水處理等技術措施，監測分析表明：臨近地鐵側采用坑內裙邊加固、支撐采用十字對撐措施對減少基坑圍護墻變形有明顯作用。本工程的成功實施，可以為臨近地鐵深基坑變形控制提供一定的參考依據。