盾构法隧道在平姚输煤通道的应用

张 亚 利

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

盾构法隧道在平姚输煤通道的应用

张 亚 利

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

以平姚输煤通道施工项目为例，通过对工期、地质条件、规划等施工难点的分析，选用盾构法隧道施工方案，并对该方案的施工特点及具体施工过程进行了论述，探讨了盾构法运用于输煤通道的意义及制约因素，以供类似工程参考借鉴。

盾构法，输煤通道，隧道，煤炭行业

1 项目概况

平煤七星公司至姚孟电厂皮带输煤通道(以下简称平姚通道)由铁路车场、配煤中心和输煤通道三个部分组成，其中铁路卸车场、配煤中心于2010年完工。

输煤通道全长2 438 m，皮带宽1.6 m，能力为6.00 Mt/年，皮带方向为由北向南，起点为3号转运站，终点为5号转运站，两点之间设4号转运站，平面布置为折线形，其中3号～4号段长860 m，为浅埋框架结构，采用明挖施工；4号～5号段由地下通道和厂区地面栈桥两部分构成，因该段条件复杂，未能与3号～4号段同时开工，如何能快速、安全、可靠地建成该段通道成为亟待解决的问题。

2 方案比选

4号～5号段地下通道原设计有过栈桥、浅埋框架明挖、矿山法隧道等方案，该段地面较为复杂，自北向南通道依次与建设路、湛河、二趟110 kV高压线、南(京)洛(阳)高速公路、国铁孟(庙)宝(丰)线、南环路等交叉，并且该段地面附着物多，各种苗圃密集。

2.1 盾构之前方案

因建设路以南为平顶山市新规划生态控制区，不允许新建建筑物，因此栈桥方案不可行。

浅埋框架方案明挖施工拆迁量大，协调时间长，使得工程一直难以展开，影响了整个项目建设的进度，最终放弃。

2.2 盾构方案选择

为加快进度，主要应用于地铁、公路隧道的盾构法隧道进入备选方案。盾构法施工对铁路、高速、市政道路、河流等交叉工程影响相对小，能满足工期的要求，解决了矿山法隧道方案存在的两个难点，质量、安全也较其他方案更优，主要不利因素是工程造价高，矿山法隧道工程投资为6 839.73万元，盾构法为9 925.37万元，盾构法比矿山法方案投资多3 085.64万元，但工期缩短10个月；另一方面，通道建成后，可提前发挥配煤中心的配煤效益，因电煤综合运输成本低，电厂也可增加效益，最终采用盾构法隧道方案。

3 盾构法隧道实施

3.1 盾构施工特点

盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形(或矩形和马蹄形等特殊形状)钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称作护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点。

3.2 平姚通道盾构方案

4号～5号段地下通道长1 578 m，其中盾构段长1 417 m(含接收井)，厂区栈桥段长161 m。

盾构法隧道起讫里程为K0+860.00～K2+277.00，隧道全长1 417 m，区间纵坡为-1.49%～-0.77%～+0.36%。区间线路隧道顶面最大埋深约10 m，最小埋深约5 m，隧道全部为直线走向。

隧道断面设计为圆形(见图1)，采用单层管片衬砌，材料为钢筋混凝土。隧道外径为6 000 mm，内径为5 400 mm；衬砌块宽度1 500 mm，厚300 mm，衬砌管片混凝土设计强度为C50，抗渗强度等级P10；衬砌管片每环六块，由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块拼装而成。管片组合方式为直线环+左转弯环+右转弯环，拼装方式为错缝拼装。管片螺栓为M27弯螺栓。

投入1台海瑞克复合式土压平衡盾构机，盾构机由5号向4号转运站方向掘进，4号转运站作为接收井。掘进过程中顺利下穿孟宝铁路、南洛高速公路、平顶山市建设路和湛河，通道按期贯通，扣除始发井的时间，区间实际只用了7个月完成，体现出盾构高效、安全的特点。采用盾构法的优点还有：施工和运营安全性好，施工过程对高速公路、铁路、市政道路、河流影响基本没有加固、防护等措施。

4 选择盾构方案的因素

输煤通道断面较小，盾构断面要大得多，一般不会选择盾构隧道断面，并且盾构相比矿山法造价高，因此整个煤炭行业选用盾构施工的鲜有工程实例，本项目之所以选择盾构有以下因素：

1)用煤终端已经存在，需要用煤，使得加快通道建设进度就是增加效益，盾构正好有此优势，这是最主要的因素；2)施工单位有盾构设备，承建方为平煤集团建井公司，该公司有数台盾构机；3)盾构衬砌所需管片，在郑州有预制管片厂，平顶山距郑州约150 km，运距不远。

以上几个条件很重要，因为通道的终端用户姚孟电厂早已投产，需要用煤，若是新建电厂，采用矿山法施工进度也能跟上；施工单位早已招标确定，若改盾构施工，需另找施工队伍，同时与既有施工单位存在违约问题，操作起来不易；相比城市地铁建设的盾构所用管片量，本项目管片用量较小，专为此建预制管片厂，投资过高，附近有管片厂是一个必要条件。综上，平姚通道能够采用盾构由以上各种因素促成，需根据项目的实际情况选择。

5 盾构法应用输煤通道的意义及制约因素

安全问题一直以来是煤炭行业的重中之重，输煤通道采用盾构隧道施工法，通道施工期间作业环境明显改善，安全隐患大幅降低，同时施工质量有保证，进度明显加快。通道后期维护费用低，安装工程施工作业面宽，方便施工，也为以后改扩建预留了空间。通过平姚通道的实践，盾构体现出来的安全、高效、绿色环保等明显优势，让一直从事煤炭开采、运输的许多人士对盾构施工方法有了一次直观、深入的认识，对煤炭行业引入盾构技术有了积极的看法，使盾构技术应用于煤炭行业有了一个良好的开端。

通过盾构法的实践也清楚看到，对于煤炭行业引入盾构技术尚存在改进的地方，主要有两点：1)煤炭的巷道或是输煤通道的断面较小，而目前主流的盾构机断面是根据公路、地铁等需要设计，断面较大，适合煤炭行业用的盾构需要特殊设计，相应成本高；2)巷道或输煤通道中经常有超过10%以上的坡，而盾构的爬坡能力较小，实际最大为5%左右，平姚通道也为此优化了纵断面设计，将陡坡段设置在栈桥段。

6 结语

平姚输煤通道于2013年1月贯通，当年6月进入试生产，目前运营良好。平姚输煤通道4号～5号段实施盾构法加快了建设进度，解决了施工用地问题和穿越公路、铁路、河流等难点问题，对城市的正常功能及周围环境的影响很小，整个过程中没有出现安全和质量问题，达到了预期的效果，为输煤通道的运营打下了良好的基础，该项目的建设对类似工程有一定的借鉴意义。

[1] 朱 伟，陈仁俊.盾构隧道施工技术现状及展望(第1讲)——盾构隧道基本原理及在我国的使用情况[J].岩土工程界,2001,4(11):19-21.

On application of shield tunnel in Pingyao coal conveying tunnel

Zhang Yali

(WuhanDesignResearchInstituteCo.,Ltd,ChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430064,China)

Taking Pingyao coal conveying tunnel project as the example, the paper analyzes its construction difficulties, including construction period, geological conditions, and planning, selects the shield tunnel construction scheme, indicates the construction features and factual construction process of the scheme, and explores the significance of adopting the shield tunnel in the coal conveying tunnel and its limited factors, so as to provide some reference for similar projects.

shield method, coal conveying tunnel, tunnel, coal industry

2014-11-26

张亚利(1975- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)04-0160-02

U445.43

A