談供熱工程中陡坡斜井井底施工方法

常 亮

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030012)

我國北方各大城市在應(yīng)對(duì)冬季供暖與環(huán)境問題時(shí)越來越傾向于通過長輸供熱管線來緩解兩者間的矛盾。長輸供熱管線在設(shè)計(jì)施工中往往要克服山川、河流等自然地理環(huán)境對(duì)工程帶來的種種難題。在穿越高山時(shí)，往往采用和公路、鐵路工程同樣的修建隧道的處理方式。供熱隧道在施工過程中要綜合考慮地形地貌、施工場地、施工難易程度以及施工經(jīng)濟(jì)投入等多方面因素，以保證供熱隧道工程的實(shí)用性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。斜井作為隧道施工過程中的重要部分，對(duì)保證隧道主洞的施工期間的通風(fēng)、增加施工作業(yè)面、出渣和施工順序的有序保障起著至關(guān)重要的作用。本文以太原市太古供熱工程3號(hào)供熱隧道內(nèi)陡坡斜井的井底施工方法為例。

1 工程概況

太古供熱工程3號(hào)隧道全長11.04 km，整個(gè)隧道分為2個(gè)標(biāo)段，該斜井位于隧道起止里程為K10+400～K15+490，長度為5.09 km的第2標(biāo)段內(nèi)。該標(biāo)段從 K10+400～K11+070采用－0.4%縱坡，K11+070～K15+550段，采用 －0.3%縱坡。為了滿足施工工期要求，增加陡坡斜井1條。該斜井井口地面標(biāo)高為1 222.122 m，斜井井底標(biāo)高為 915.873，高差為 306.249 m，斜井水平長為657 m，斜長為725 m，坡度約為－46.6%。其中，Ⅲ級(jí)圍巖共計(jì)181 m，Ⅳ級(jí)圍巖共計(jì)334 m，Ⅴ級(jí)圍巖共計(jì)142 m。該斜井不但在施工期間承擔(dān)著正洞K10+400～K12+400范圍內(nèi)的1.61 km的正洞施工任務(wù);而且在施工結(jié)束后作為整條3號(hào)供熱隧道的通風(fēng)斜井將被永久保留。

2 施工工藝原理及技術(shù)特點(diǎn)

本施工方法在不改變?cè)O(shè)計(jì)線路的基礎(chǔ)上，盡可能利用隧道原設(shè)計(jì)施工斷面，或局部根據(jù)施工需要加寬斷面，布設(shè)正洞施工所需的各種設(shè)施設(shè)備，例如井底渣場、卸料場、信號(hào)間以及施工所需的各類管線。做好斜井與主洞交叉口處的施工工作，同時(shí)保證主洞施工所需的設(shè)施設(shè)備安全到位，施工期間合理進(jìn)行施工組織，保證設(shè)施設(shè)備作業(yè)中互不干擾，盡可能達(dá)到快速施工的目的。

施工方法技術(shù)特點(diǎn):

1)克服了斜井高差和坡度大，施工作業(yè)面陡且空間小的問題。2)在斜井地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，受不良地質(zhì)條件影響較大，開挖和襯砌難度較大，各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)施工難度大的情況下，能保證穩(wěn)步快速施工，縮短施工工期。3)通過良好的施工組織設(shè)計(jì)解決了各個(gè)施工工序交叉、機(jī)械設(shè)備使用率低和施工安全的重要問題。4)本施工方法應(yīng)用范圍廣、操作簡便，能有效縮短施工周期。

3 施工工序及施工難點(diǎn)

3.1 施工工序

1)根據(jù)斜井坡度的大小，采用提升絞車的方式進(jìn)行出渣。根據(jù)提升絞車和斜井的長度，在K0+006.25處開始設(shè)置豎曲線，曲線長12.5 m。

2)掘進(jìn)至斜井K0+000處，沿斜井直線方向向正洞小里程為送風(fēng)段，沿小里程方向向左拐直接與正洞相連接的為排風(fēng)段。送風(fēng)段右設(shè)置信號(hào)硐室，卸料區(qū)加寬段(按Ⅳ加強(qiáng)斷面開挖、支護(hù));排風(fēng)段亦為加寬段(按Ⅳ級(jí)圍巖加強(qiáng)加寬斷面開挖、支護(hù)，為洞渣堆放處，可存放洞渣470 m3，一循環(huán)大、小里程2個(gè)掌子面出渣量為540 m3)，施工平面如圖1所示。

3)施工至里程SK0+063.513處，在掘進(jìn)方向右側(cè)進(jìn)行井底信號(hào)間的開挖，開挖尺寸為3 m×3 m×3 m。

4)斜井里程SK0+67.111～SK0+54.274處為送風(fēng)段及排風(fēng)段交叉口。里程SK0+000處為送風(fēng)段起點(diǎn)里程。送風(fēng)道施工直到經(jīng)過送風(fēng)段及排風(fēng)段交叉口后，兩段同時(shí)進(jìn)行施工作業(yè)。送風(fēng)段至排風(fēng)段橫通道挑頂采用小凈距工字鋼橫梁支撐開挖。

5)施工至里程SK0+48.023處，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，開挖平整出卸料場;隨后開始進(jìn)行加寬段的施工，加寬段為在施工方向右側(cè)加寬開挖3 m至SK0+24.523處。

6)送風(fēng)道和排風(fēng)道施工采用全斷面開挖，待開挖支護(hù)完成后進(jìn)行斜井內(nèi)的鋪軌工作。井底共鋪設(shè)3條軌道，1號(hào)、2號(hào)為出渣軌道，3號(hào)線為運(yùn)輸軌道。1號(hào)、2號(hào)線鋪設(shè)至排風(fēng)橫通道口K0+36.996處，3號(hào)鋪設(shè)至送風(fēng)道加寬段。

7)送風(fēng)段按圖紙斷面開挖、支護(hù)。

圖1 斜井井底施工平面圖

8)開挖井底泵站。布設(shè)井底風(fēng)、水、電路。

9)送風(fēng)段、排風(fēng)段施工完成后，進(jìn)行供熱隧道正洞大里程及小里程方向的掘進(jìn)。正洞開挖采用鉆眼、爆破方式，正洞采用挖掘機(jī)配合自卸汽車的無軌運(yùn)輸方式，自卸汽車將渣土運(yùn)輸?shù)叫本椎霓D(zhuǎn)渣場，倒入礦車內(nèi)，采用有軌運(yùn)輸至洞外，洞外再采用汽車運(yùn)輸?shù)街付壴鼒觥?/p>

3.2 施工技術(shù)難點(diǎn)

3.2.1 斜井與排風(fēng)道交叉口施工

在斜井施工過程中，施工至與排風(fēng)道交叉處繼續(xù)向小里程施工，直到完全預(yù)留出排風(fēng)道位置時(shí)，再向前施工至送風(fēng)道加寬段后，送風(fēng)道與排風(fēng)道同時(shí)施工，在該段施工斜井主體時(shí)面向小里程左側(cè)進(jìn)行鋼拱架支護(hù)，支護(hù)完成后，頂部噴射混凝土，豎向鋼支撐不需進(jìn)行噴射混凝土。該段鋼拱架在拱頂斷開，使用連接板連接，并在每榀鋼拱架的右側(cè)打設(shè)2根長為3.5 m的鎖腳錨桿，方便隨后安全拆除鋪設(shè)在小里程左側(cè)的鋼拱架。在施工斜井與排風(fēng)道交叉口時(shí)，先在斜井中心對(duì)應(yīng)每榀鋼拱架架設(shè)一根Ⅰ20a工字鋼作為臨時(shí)支撐，待頂端焊接牢固，再拆除左側(cè)型鋼拱架。

在臨時(shí)支撐加固完成后，開挖圖2中1部分，在斜井緊貼正洞開挖輪廓線的位置架設(shè)2榀型號(hào)為Ⅰ20a的鋼架，2榀鋼架緊鄰布置并與斜井中心線保持平行。隨后將2榀Ⅰ20a型的鋼橫梁焊接在上述鋼架上，兩端用螺栓進(jìn)行連接，組成斜井架立鋼架的落腳平臺(tái)。

圖2 斜井與排風(fēng)道交叉口斷面圖（單位：m）

斜井左側(cè)頂部鋼拱架左側(cè)與已施工的鋼拱架連接，右側(cè)與橫梁連接。最后拆除斜井中間臨時(shí)支撐。左側(cè)頂部噴射鋼纖維混凝土，以確保安全。

3.2.2 送風(fēng)道、排風(fēng)道與正洞交叉口挑頂施工

圖3 交叉口處挑頂斷面圖

1)交叉口處的支護(hù)措施。排風(fēng)道施工至臨近正洞交叉口處時(shí)，施工過程中開始逐漸抬高排風(fēng)道的拱頂高程，待施工至正洞中線處，正好與正洞拱頂高程重合。施工采用小導(dǎo)坑形式進(jìn)入正洞，施工過程中預(yù)留足夠的變形量，以滿足圍巖變形和臨時(shí)支護(hù)的厚度要求。

在斜井緊貼正洞開挖輪廓線的位置架設(shè)2榀型號(hào)為Ⅰ18的鋼架，2榀鋼架緊鄰布置并與正洞中心線保持平行。隨后將2榀Ⅰ18型的鋼橫梁焊接在上述鋼架上，兩端用螺栓進(jìn)行連接，組成正洞架立鋼架的落腳平臺(tái)。交叉口處挑頂斷面圖見圖3，交叉口鋼架落腳平臺(tái)立面圖見圖4。

圖4 交叉口鋼架落腳平臺(tái)立面圖

2)進(jìn)入正洞內(nèi)施工順序及方法。a.排風(fēng)道、送風(fēng)道施工至與正洞交叉口處后，開挖掘進(jìn)坡率設(shè)置為25%。b.掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制進(jìn)尺，將每循環(huán)進(jìn)尺控制在1 m～1.5 m，每循環(huán)掘進(jìn)后立即進(jìn)行混凝土的初噴工作，一部臺(tái)階開挖完成后及時(shí)架立鋼架，并根據(jù)圍巖情況及時(shí)進(jìn)行量測，必要時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。c.正洞中線右側(cè)上導(dǎo)坑開挖施工過程中采用上述交叉口處的支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后，采用4根3.5 m長的42鎖腳錨桿對(duì)靠近正洞一側(cè)的拱架接頭進(jìn)行固定，并同步做好系統(tǒng)錨桿，加強(qiáng)固定拱部鋼拱架。鋼架采用Ⅰ18工字鋼，沿線路方向80 cm一榀。d.待第一個(gè)單元拱架部位支護(hù)工作完成后，再以垂直于正洞方向向前開挖支護(hù)拱頂部位的第二個(gè)單元，開挖方式與支護(hù)方式同c.和d.。e.采用同樣的開挖支護(hù)方式完成上導(dǎo)坑剩余的左側(cè)部位。f.在上導(dǎo)坑支護(hù)施工完成后和拆除臨時(shí)支護(hù)措施后，通過上導(dǎo)坑進(jìn)行正洞的雙向開挖掘進(jìn)作業(yè)。在單向開挖掘進(jìn)超過10 m后，開始組織進(jìn)行下導(dǎo)坑的開挖支護(hù)施工作業(yè)。

4 結(jié)語

1)根據(jù)供熱隧道中陡坡斜井在施工期受到地形地貌的局限、高差大、坡度陡提供了可實(shí)施的依據(jù)。2)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工特點(diǎn)，總結(jié)得出了陡坡井底施工的各個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，提供了可參考的解決方案。3)陡坡斜井采用此井底施工技術(shù)，通過有效的施工組織設(shè)計(jì)，既實(shí)現(xiàn)了人員、材料、機(jī)械的合理使用，保證了人員和機(jī)械設(shè)施設(shè)備的安全，又保證了施工質(zhì)量，縮短了施工進(jìn)度，一定程度上實(shí)現(xiàn)了快速施工。