隧道大坡度斜井機械化配套施工技術研究

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430056）

1 工程概況

涪陵至豐都至石柱高速公路是《重慶市高速公路網規劃》的“三環十射三聯線”中“十射”的關鍵組成部分。項目為雙向四車道，設計速度80 km/h，主線建設中整體式路基寬24.5 m，分離式路基寬12.25 m；沿線橋涵建設工作中，汽車荷載等級為公路Ⅰ級。

2 隧道大坡度斜井機械化配套施工技術

2.1 工作原理與適用范圍

以現狀隧道斜井施工機械為立足點，經過合理的整合與改裝后，形成全新的斜井機械化配套技術體系，用于大坡度斜井的建設工作。

斜井坡度較大，傳統的普通輪式開挖臺車在井內運行構成中潛在諸多安全隱患，機械化配套施工技術注入了更多的創新理念。采用煤礦專用鋼筋混凝土軌枕，并通過應用軌距拉桿將鋼軌緊密連接，經整體澆筑后，形成完整的道板混凝土結構。

在掌子面后方30 m的位置布設臨時軌道，在已建設完成的施工段設置永久軌道，在斜井開挖進程持續推進下，以永久軌道逐步替換臨時軌道。開挖臺架經焊接后，應穩定連接在挖掘機底盤處，可保證行走的安全性。斜井內部配套豐富的施工機械，該部分采用電力驅動的方法，氣腿鑿巖機和開挖臺車共同參與至掌子面的開挖工作中，施工效率較高。

在電力驅動的動力機制下，可帶動有軌運輸礦車運行并及時出渣，保障了運行過程的安全性。依托現代信息技術，結合安全監控裝置等相關硬件，可營造安全的隧道施工環境。挖掘機在掌子面扒渣，由礦車裝載后出渣。根據礦車提升機的運行特點，配套PLC電控自動化系統，以便靈活調整，提高作業的精準性。

2.2 施工工藝流程

技術創新是大坡度斜井機械化配套中的突出特征，引入業內主流的TSP303地質雷達超前預報技術和全站儀激光定位技術，在多項技術的支持下，可提高施工的可控性。經焊接后將開挖胎架穩定至挖掘機底盤處，此方式可確保行走的安全性。

在斜井的掌子面開挖過程中，采取氣腿鑿巖機與開挖臺車協同作業的方案，將臨時軌道與永久軌道結合，礦車高效出渣。得到現代化信息技術的支持后，可配套硬件設施，如安全監控裝置，以滿足實時預警的要求[1]。

3 隧道大坡度斜井機械化配套施工技術實施方法

3.1 礦用提升機的布置與安裝

礦用提升機卷筒繩板至天輪之間鋼絲繩的內外偏角控制在1°30′內，在此空間關系下，可保證鋼絲繩順利纏繞，避免出現咬繩、背繩等異常現象，保障摘鉤和掛鉤的安全性和便捷性，礦車可穩定運行。天輪選用固定天輪，以地面的位置為參照基準，調整鋼絲繩夾角，保證其不小于15°，可改善礦用提升機的運行狀態。

絞車卷筒、天輪、洞口相對位置圖如圖1所示。

圖1 絞車卷筒、天輪、洞口相對位置

3.2 超前預報與軌道鋪設

通過地質雷達、TSP303、超前鉆孔的協同運用，可準確揭露斜井掌子面前方的地質情況，提高地質預報的精度，為施工提供參考。在斜井開挖施工中，軌道包含臨時軌道、永久軌道，每根鋼軌對應2組防爬設備，必要時可根據實際情況適當增加，每對鋼軌有3根軌距拉桿、安全閘等配套設施，按照規范將其與軌道同步鋪設到位。

隨施工進程的推進，掌子面進尺持續增加，臨時軌道隨之接長。通過軌距拉桿的應用，可有效固定鋼軌的距離，使其可維持穩定。應取長度為2、4、6 m的鋼軌，經組合后共同構成軌排，每循環開挖爆破后，以進尺情況為準，將合適長度的軌排安裝到位。掌子面30 m范圍內的區域，采用臨時軌道，其他成洞段均使用永久軌道。

軌道道床為整體式道床，完成斜井仰拱的澆筑作業后，按規范鋪設軌枕。為確保軌道穩定性，采用Ф22×1 500 mm錨桿，利用該裝置將軌枕錨固至底板基巖處。在井口、井底停車處兩個區域分別配套阻車器，可維持礦車運行的穩定性，以免在絞車系統剎車失靈的情況下出現溜車的情況[2]。

鋼軌級別為43 kg/m，使用200 mm×160 mm×3 000 mm鋼筋混凝土枕作枕木，按照800 mm的間距標準依次設置；在地輥處配備16號槽鋼軌枕，使用適量的螺栓將軌道與鋼枕穩定連接，地輥距軌面40 mm。

3.3 測量定位與鉆孔爆破

斜井測量定位工作選用全站儀，在掌子面處架設儀器，由專員精準操作。在掌子面后方20 m的位置配套激光定向儀，待其安裝到位后，開啟儀器，準確掌握激光束的位置。使用全站儀復核，若存在偏差應及時調整，直至光束與全站儀放射的點重合為止。確定掌子面的爆破孔孔位，隧道斜井施工現場的坡度較大，常規的輪式鑿巖臺車缺乏可行性，不宜作為鉆孔設備使用[3]。

斜井施工具有較高的難度，人工鉆孔的方式易受到現場空間的限制，鉆孔方向的控制難度較大，若缺乏全方位的控制措施，易出現超欠挖現象。經詳細分析后，提出“定人定位”的方法，根據斜井施工現場的實際情況，固定鉆孔作業人員的具體工位，各自負責自身范圍內的控制工作，以規避質量問題。

3.4 檢查工作

斜井的坡度較大，若采用輪式開挖臺車，難以在斜井上穩定行走。在PC160挖掘機的基礎上進行改進，在底盤處焊接開挖臺階，并配套多個空心圓筒，以便鋼筋穿過。在鋼筋上緊密鋪設鋼筋格柵，適度綁扎鋼絲，提高整體穩定性[4]。

經過改裝作業后，開挖臺車可根據需求展開相關工作，完成相應的工作后收攏，按照既定的施工路線駛離斜井施工掌子面，進而組織出渣等后續的工作。在采取該改造方案后，可解決施工受限于現場作業空間的問題。可引入電力驅動的方式，以提供充足的動力支持，在大坡度斜井段仍可正常開挖鉆孔[5]。

3.5 扒渣、出渣

全面檢查軌道、監控設備等相關設施后，若無誤應啟用挖掘機，進行扒渣，使用礦車裝渣外運。全過程中各崗位工作人員密切配合，斜井底信號工經檢查且確認無誤后，與斜井口信號工溝通，發出開車信號。在經過斜井口信號工的檢查且確保無誤后，可進一步與礦用提升機司機取得聯系，并向其發出信號，由其選擇擋位并有序開車，經過提升操作后，轉至洞外斜渣點。

在礦用提升機出渣過程中，專職信號員應密切關注現場情況，積極與斜井底、斜井口的工作人員溝通。在斜井口處配套阻車器，安排專員采取管理措施，正常情況下阻車器呈關閉的狀態，存在放車需求時則開啟[6]。

在車身上配套斷繩脫鉤保險器，通過該裝置的應用，若現場出現斷繩脫鉤的情況，抓鉤可及時做出響應，自動下落并鉤住軌枕，以免礦車非正常下滑。洞外設置有卸渣點，在該處配備裝載機和自卸車，兩者聯合作業，將施工產生的棄渣有序轉移至指定的堆放場所。

3.6 初期支護

出渣后，若現場條件良好，可及時使用濕式噴漿機噴漿，在該裝置運行期間，機旁及噴嘴外的粉塵濃度均較低，符合環保施工的理念，可減輕對現場作業人員身體健康的威脅。

濕噴施工的可控性較好，可根據實際情況靈活控制水灰比，混凝土的綜合性能較佳，可保證噴射混凝土的質量。相關人員應以現場施工需求為準，由洞外攪拌機生產混凝土，遵循隨拌隨用原則，及時轉移至施工現場，用于噴射施工。

4 結語

綜上所述，隧道大坡度斜井的施工具有作業條件差、干擾因素多、難度高等特點，通過機械化配套施工技術的應用，可充分發揮信息技術的軟件應用優勢，結合視頻監控設施等相關硬件，有效改善作業環境，以便在安全的前提下高效施工。通過PLC控制系統的應用，可以大幅度提高礦井提升機的運行性能，充分彰顯斜井施工的綜合效益，該機械化配套施工技術的應用效果較佳，具有參考價值。