西秦岭隧道店子坪一号斜井进正洞施工方案

周文静

1 工程概况

兰渝铁路是国家《中长期铁路网规划》中西北至西南的区际新通道,其中咽喉性控制工程西秦岭特长隧道采用两座单线隧道设计方案,两座隧道中心线间距40 m,线路整体呈西北—东南走向,全长28.234 km。隧道共设3座辅助坑道,其中店子坪一号斜井水平投影全长1 805 m,综合坡度11.29%,与西秦岭隧道左线洞身斜交于DIK399+350处,后穿越左线通过施工横通道斜交45°进入右线DIK399+390.81处进行右线施工,斜井与左线线路平面交角 137°53′32″。

2 主要施工方案

2.1 斜井进左线正洞施工

为确保施工安全,当斜井施工至斜00+50处时,采取台阶法继续向交叉口处掘进,同时在交叉口10 m段采用Ⅰ16钢架对井底进行锁口,至与左线贯通,支护参数为:采取拱墙设φ 22全螺纹砂浆锚杆,长2.5 m,间距 1.2 m×1.2 m,按梅花形布置,拱墙设φ 8@200钢筋网片,喷射C25混凝土 23 cm厚。

斜井与左线贯通前,在左线正洞内提前对DIK399+350开口处进行Ⅰ20工字钢门架支护加固,支护断面图见图1。交叉口锐角端在斜井及左线正洞各10 m范围内,将φ 22全螺纹砂浆锚杆改为φ 25中空注浆锚杆以加固锐角端,其余支护参数不变。

2.2 施工横通道进入右线施工

为了满足预计工期计划,主、副攻统筹兼顾,决定将原设计辅助施工通道斜交右线45°调整为垂直进入右线,交右线于DIYK399+350.81。为便于施工行车,施工横通道按高780 cm×宽690 cm开挖断面自左线DIK399+350进入,逐渐抬施工通道拱顶高程,接长钢架长度。于距左线线路中线21 m～22 m处以不大于30%坡度开始爬坡,采用上台阶(高450 cm)进入正洞洞身开挖,于正洞中线处达到拱顶高程,然后再逐步落底,扩挖至正洞标准断面。施工横通道进右线挑顶示意图见图2。由于施工横通道与左、右线交叉口段均为泥盆系下统钙质千枚岩,节理较发育,表层强风化,风化层,所以左、右线正洞在交叉口段落按设计要求均设有格栅钢架。正线格栅钢架锁口形式见图3。

2.3 右线施工运营方案

为更好的进行交通指挥,协调左、右线共3个掌子面、2个道路交叉口的车辆运营,提高左、右线出碴效率,加快施工进度,计划在施工横通道左、右两个交叉口处设置3处双向交通指示灯,应急照明灯2处,同时设专职交通指挥员3名,同时左、右线施工调度员加强安全联络,确保车辆运行安全、高效。

2.4 施工通风方案

2.4.1 洞内施工所需风量计算

1)按洞内同时工作的最多人数计算风量。

其中,q为洞内每人每分钟所需新鲜空气量,《隧规》规定按每人每分钟3 m3计算;m为洞内同时工作最多人数,副攻方向按45人考虑,主攻方向按60人考虑;K为风量调整系数,取 1.10～1.15。

计算结果为副攻方向需风量148.5 m3/min,主攻方向需风量198 m3/min。

2)按满足洞内允许最小风速要求计算风量。

其中,s为隧洞开挖断面,70 m2;v为允许最小风速,全断面开挖取0.15 m/s。

计算结果为主、副攻方向均需风量630 m3/min。

3)按同时爆破的最多炸药量计算。

其中,t为通风时间,30 min;A为一次爆破炸药消耗量,取192 kg;b为1 kg炸药爆破时所构成的一氧化碳体积,一般采用b=40 L。

计算结果为主、副攻方向均需风量1 280 m3/min。

4)按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算。

其中,A,t,b符号意义同前;K为风量备用系数,取1.10。

计算结果为主、副攻方向均需风量528 m3/min。

5)按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算。

其中,Q为柴油机废气排量。假定当一个工作面出碴时,洞内有自卸车6辆,3辆重车,3辆空车,ZL50C装载机1台。取重车及装载机的负荷率0.9,空车负荷率0.3;δ为稀释系数,取10.6;η为安全系数,取1.5。

计算结果为主、副攻方向均需风量1 771 m3/min。

取上述风量的最大值作为设计风量,故工作面所需风量应大于1 771 m3/min。

6)考虑漏风因素。

据风管厂提供的技术指标,百米漏风率正常时可控制在1.5%以内。本方案通风距离考虑主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m,据此计算漏风系数。

其中,L为通风距离,主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m;P100为百米漏风率,取1.5%。

计算结果为 P主攻=2.04,P副攻=1.77。

故计算结果为主、副攻方向需最大风量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3 134 m3/min。

2.4.2 系统风压计算

1)动压计算。

其中,γ为空气密度,取1.2 kg/m3;v为末端管口风速,按工作面最小风速折算 v=0.15S/(d2π/4)。

计算结果 H动=16 Pa。

2)静压计算。

管道摩擦阻力:

其中,λ为管道摩阻系数,0.015;v0为管道内平均风速,v0=符号意义同前;d为风管直径。

计算结果 h主静=10 595 Pa,h副静=9 193 Pa。

系统风压:

计算结果 H主=10 611 Pa,H副=9 209 Pa。

2.4.3 风机选择及系统布置

选用山西省侯马市鑫丰康风机有限公司SDF(D4)-No14型对旋式轴流风机,设计风量2 113 m3/min～4 116 m3/min,风压2 156 Pa～13 700 Pa,电动机功率 4×185 kW,三级调速,通风软管直径1.5 m,送风长度主攻方向3 400 m,副攻方向2 900 m。通风系统布置见图4。

3 施工注意事项

1)施工中必须加强围岩量测,根据量测结果及时反馈支护信息,确保支护措施安全合理。2)制定各项施工的安全应急预案,做好应急材料、物资的储备。3)在断层带施工时,严格控制循环进尺,不得冒进;尽量避免爆破扰动围岩。4)落底施工时间必须及时,以减少初支变形,上台阶开挖拱脚处严格控制超挖,必须保证上台阶钢架拱脚落于实底之上。

[1]TZ 231-2007,铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南[S].

[2]柴颖鹏.浅谈隧道施工中的关键要素[J].山西建筑,2008,34(12):321-322.

[3]范天吉.煤矿通风综合技术手册[M].长春:吉林电子出版社,2003.

[4]李 建.铁路建设工程施工现场十大员技术操作标准规范[M].长春:银声音像出版社,2005.