隧道大坡度斜井機械化配套施工技術(shù)研究

王建軍

(山西路橋市政工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

某隧道在整條路線中屬于控制性工程，左、右線長度分別為11.489 km和11.456 km，起、迄樁號為ZK71+781～ZK83+270和K71+778～K83+234。該隧道的通風(fēng)由一個斜井和兩個豎井組成，斜井傾角為22.4°，長度為855.33 mm，設(shè)41.141%的縱坡。可見，該斜井的坡度相對較大，且距離很長，有地下水資源分布，無論是對施工技術(shù)與安全都提出了很高要求。

在坡度相對較大的斜井施工過程中，無軌出碴難以達(dá)到要求。因斜井坡度很大，裝載機實際出碴效率將大幅降低，不僅使設(shè)備的損耗增大，而且廢氣很難排出，對施工人員身體健康有很大危害。對此，在做好技術(shù)攻關(guān)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新相關(guān)施工技術(shù)，對施工設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。

2 大坡度斜井機械化配套施工技術(shù)

2.1 基本原理

該技術(shù)是指對現(xiàn)有機械進(jìn)行予以適當(dāng)?shù)恼吓c改裝，以此形成一個適用于大坡度斜井施工的完整體系。相較于傳統(tǒng)以無軌運輸為主的方式，實現(xiàn)了顯著的創(chuàng)新。

考慮到斜井的坡度很大，輪式開挖臺車的實際行走可能存在安全隱患。相較于有軌運輸方式，該配套技術(shù)主要采用鋼混軌枕，采用軌距拉桿將鋼軌相連后，對道板進(jìn)行整體澆筑，使臨時軌道成為永久軌道。采用臨時與永久性軌道充分結(jié)合的形式，在隧道掌子面之后30 m處設(shè)置臨時性軌道，而已經(jīng)完成施工的段落則使用永久性軌道，伴隨斜井不斷開挖，將臨時性軌道替換成永久性軌道。

在挖掘機的底盤通過焊接設(shè)置開挖臺架，保證行走安全。為了從根本上解決廢氣污染問題，施工中所用大部分機械設(shè)備都應(yīng)采用電力進(jìn)行驅(qū)動，對掌子面開挖時，主要使用開挖臺車與氣腿鑿眼機，在電力驅(qū)動下使礦車順利且連續(xù)出碴，并通過道床修筑與軌道布置為運輸提供安全保障。通過對信息化技術(shù)的引入，比如在斜井施工現(xiàn)場設(shè)置監(jiān)控裝置，能對斜井施工過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，保證全體作業(yè)人員自身安全。掌子面扒碴由挖掘機進(jìn)行，碴料采用礦車及時清運。礦車提升機的控制引入了PLC單元，實現(xiàn)自動化控制，在上下行過程中通過視頻監(jiān)控實現(xiàn)協(xié)同指揮，采用絞車房提供牽引力，在洞外進(jìn)行卸碴。

通過對一系列設(shè)備的適當(dāng)改裝和整合，即可形成整套技術(shù)，使斜井施工時的機械化水平得以大幅提高，在保證安全的基礎(chǔ)上，提高質(zhì)量與效率，適應(yīng)更多更復(fù)雜的隧道工程，有著良好的推廣與應(yīng)用價值。

2.2 工藝流程

(1)施工準(zhǔn)備：根據(jù)斜井實際情況選擇適宜的提升機類型、型號及其它配套設(shè)施。(2)超前預(yù)報：采用地質(zhì)雷達(dá)與電動潛孔鉆進(jìn)行；(3)測量定位：采用全站儀與激光定向儀進(jìn)行；(4)鉆孔爆破：采用改裝臺車按照定人定位的原則進(jìn)行光面爆破；(5)軌道和設(shè)備檢查：采用視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行；(6)扒碴與出碴：采用挖掘機與提升礦車進(jìn)行；(7)初期支護(hù)：采用混凝土濕噴機進(jìn)行；(8)完成以上各道工序后開始進(jìn)入下一循環(huán)。

2.3 技術(shù)實施

(1)施工準(zhǔn)備

對于礦用提升機，其鋼絲繩偏角不能超過1°30′，以此確保鋼絲繩纏繞時可以自然排繩，避免咬繩與背繩，并便于摘掛鉤，防止礦車脫軌。配置固定式天輪，并使鋼絲繩和地面之間的夾角達(dá)到15°以上，確保提升機得以穩(wěn)定可靠的提升。

(2)超前預(yù)報和軌道鋪設(shè)

為使超前預(yù)報結(jié)果達(dá)到真實準(zhǔn)確，需在地質(zhì)雷達(dá)的基礎(chǔ)上輔以超前鉆孔。對有軌施工而言，其重點為軌道鋪設(shè)，包括臨時性與永久性軌道。所有鋼軌都應(yīng)設(shè)置防爬裝置，鋼軌之間的連接采用軌距拉桿進(jìn)行。

對于臨時性軌道，伴隨掌子面進(jìn)尺進(jìn)行接長，鋼軌之間的距離由規(guī)矩拉桿加以固定。每完成一次開挖，即需要根據(jù)實際的進(jìn)尺長度選擇長度適宜的軌排進(jìn)行連接與安裝，以此不斷循環(huán)。在掌子面之后30 m處應(yīng)使用臨時性的軌道，而其它完成施工的部分則采用永久性的軌道。

對于永久性軌道，其道床采用整體式道床，將斜井的仰拱施工完成后開始軌枕的鋪設(shè)。為避免軌道發(fā)生滑動，需使用錨桿將其錨固在底板處，錨桿按照8 m的間隔距離設(shè)置。在斜井的井口和底部還要設(shè)置阻車器，避免停車時由于絞車的剎車失靈造成溜車。軌道應(yīng)布置成雙線形式，根據(jù)實際的開挖進(jìn)度進(jìn)行鋪設(shè)。

(3)測量定位和鉆孔爆破

測量放樣由全站儀完成。在放樣過程中，在與掌子面相距相近的地方架設(shè)全站儀，然后采用正倒鏡法在掌子面上準(zhǔn)確放出兩個點，使坡度大小與設(shè)計要求相符，再將方向線準(zhǔn)確標(biāo)出。在隧道掌子面后方約20 m的位置架設(shè)激光定向儀，并用全站儀對其位置進(jìn)行校核與調(diào)整，確保激光的光束和采用全站儀放出的點位處于相同的位置，最后借助激光定向儀為爆破孔實施準(zhǔn)確定位。

由于斜井的坡度很大，所以過去常用的輪式鑿巖車無法完成鉆孔，而如果采用人工，則會受到現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的極大限制。對此，通過調(diào)研，決定采取定人定位方法，即在固定位置安排固定人員進(jìn)行作業(yè)，以有效防止超欠挖等現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)軌道和設(shè)備檢查

由于斜井有很大的坡度，所以傳統(tǒng)開挖臺車無法在斜井中保持正常行走，對此，為了使施工順利完成，需在挖掘機底盤進(jìn)行開挖臺架的焊接，并在臺架上的不同位置進(jìn)行空心圓筒的安裝，以便于順利穿過鋼筋，之后在鋼筋基礎(chǔ)上鋪設(shè)一道格柵，同時用鋼絲將其綁扎牢固，以此得到可在大坡度斜井施工中使用的新開挖臺車。

施工中在左右兩個方向展開臺車，在施工結(jié)束后將其收攏，為挖掘機的進(jìn)場與作業(yè)創(chuàng)造足夠施工區(qū)域，從根本上解決由于施工區(qū)域狹窄造成的設(shè)備矛盾。設(shè)備采用電力進(jìn)行驅(qū)動，在減小對鉆孔造成的影響的同時，避免廢氣造成太大的空氣污染。臺車到達(dá)掌子面之前預(yù)定位置后，開始格柵搭設(shè)，施工人員使用氣腿鑿巖機實施鉆孔。

(5)扒碴與出碴

將斜井中的軌道和監(jiān)控設(shè)備都安裝完成并檢查確認(rèn)合格后，開始用挖掘機進(jìn)行扒碴，并用礦車進(jìn)行清運。采用礦用提升機進(jìn)行出碴的過程中，應(yīng)安排專人加強不同部分之間的聯(lián)系，并在斜井口處安裝阻車器，由專人管理，只允許在放車的狀態(tài)下打開。另外，在車身還要設(shè)置保險裝置，避免斷繩脫鉤，以防礦車向下滑動。

(6)初期支護(hù)

出碴結(jié)束后，利用混凝土濕噴機實施初期支護(hù)。采用濕噴機相較于干噴，能極大的減少粉塵，并降低回彈率，而且混凝土水灰比的控制更加容易，能有效保證初支質(zhì)量與效果。

3 結(jié) 語

綜上所述，通過對以上機械化配套技術(shù)的引入，能有效保證大坡度斜井施工安全、質(zhì)量與效率，提高企業(yè)經(jīng)濟與社會效益，從根本上解決以往施工中面臨的各項問題，值得更多隧道工程參考借鑒和使用。