东山供水隧洞工程利用自卸汽车与绞车联合从斜井中出渣的方案

宋旭东

（山西水务潞泽河湖工程有限公司 山西太原 030006）

1 工程概况

山西省晋中东山供水工程输水线路施工二标为1#隧洞部分洞段，上接输水线路施工一标，标段分界点为1#隧洞SBE5+340 m，下接输水线路施工三标，标段分界点为1#隧洞SBE15+455 m，本标段主洞段约10.115 km，施工布置3条支洞〔支洞长分别为602.8 m、374.85 m、536.97 m)。1#隧洞为无压输水隧洞，断面形式为城门洞型（净宽2.5 m，净高2.9 m），采用全断面钢筋混凝土衬砌。

2 1-3 #斜井主洞开挖施工概述

1-3#斜井总长536.97 m，其中斜井段长度506.97 m，设计纵坡35.69%(倾角19.64°)。设计净断面Ⅲ类围岩为3.85 m×3.1 m，Ⅴ类围岩为4.69 m×4.04 m，承担主洞施工任务4 007 m,其中上游1 778 m，下游2 229 m。斜井长且坡度大，对于是否能够保证该工程按计划顺利圆满完成的关键因素之一是出渣方案的合理选择。

3 出渣方案

根据主洞掘进计划，为保证掘进施工成本控制和进度要求，有以下三种方案可供选择：

（1）主、支洞有轨运输方案：该方案主洞内采用小火车牵引矿斗车运输到斜井平洞段再通过斜井洞口的绞车牵引运送到斜井口，该方案的好处是与汽车运输相比尾气排放量少，对洞内通风排烟有利，但该方案需铺设轨道，对底板基础要求较高，否则基础容易产生不均匀沉降造成轨道变形使矿斗车经常跳道，严重影响出渣效率，进而影响开挖进度。该洞地质岩层多为泥岩且裂隙水较为发育需要对底板进行处理，这样会造成投资加大且对底板处理影响施工进度，因此该方案不能满足施工成本控制和进度要求。

（2）平台运输车方案：该方法在主洞内采用自卸汽车装渣，行进到斜井平台运输车上再用平台运输车通过绞车牵引将自卸汽车运到斜井口，最后自卸汽车直接开往弃渣场完成渣料运送，该方案实现了主洞、斜井、洞外出渣一条龙作业，可加快施工进度，但该方案对斜井底板基础和轨道铺设质量更高，现有的出渣轨道不能满足平台运输车通行要求，需要全部更换，同时需要配备更大吨位的绞车和更粗的钢丝绳，这样也会加大投资且影响工期，因此该方案也不能满足施工成本控制和进度要求。

（3）自卸车与绞车配合方案：该方案在斜井开挖到平洞后继续按原坡度开挖形成一个凹槽，矿斗车在该凹槽内等候装渣，主洞内采用扒渣机配合自卸汽车联合运渣，自卸汽车将渣石运至凹槽上缘通过溜槽倒入矿斗车内（图1），再用绞车牵引至洞外。这样既能利用斜井原有的轨道又免去了对主洞底板的处理，有利于施工成本控制和进度要求。

图1 自卸车与绞车配合出渣方案

经过对上述三个方案的比选，从施工成本控制和施工进度考虑选定方案三为本工程出渣方案。

4 设备的选型及配置

4.1 装料和运料设备

考虑到主洞开挖成型后断面较小，故采用150型履带式扒渣机装小型自卸汽车运输到支洞斜井底部，再利用4m3曲轨侧卸式矿斗车+绞车运送到洞外卸料区。

4.2 绞车

1-3#施工支洞斜井最大倾角为19.64°，综合考虑斜井工程出渣和后期混凝土浇筑施工受力情况：

（1）考虑斜井出渣施工：采用4 m3曲轨侧卸式矿斗车自重3.85 t，石渣单位重量1.85 t/m3,斜井工程出渣总重量为：3.85+1.85×4=11.25 t：矿斗车沿轨道运行时的阻力系数主要为摩擦力，其中有轴承时的阻力系数 μ=0.01～0.015， 取0.015， 摩擦力为0.015×11.25×cos19.64°=0.16 t，在斜井工程所需牵引拉力：

（2）考虑后期混凝土浇筑施工：拟定4 m3混凝土运输车自重5.355 t，C25混凝土单位重量：2.45 t/m3，混凝土运输总重量：5.355+2.45×4=15.155 t，矿斗车沿轨道运行时的阻力系数主要为摩擦力，其中有轴承时的阻力系数μ=0.01～0.015，取0.015，摩擦力为0.015×15.155×cos19.64°=0.21 t,在斜井所需牵引拉力：

综上所述，经过计算选用10 t矿用绞车满足要求。

4.3 钢丝绳配置

根据钢丝绳的容许拉力应满足下式要求：

式中：Sg——钢丝绳容许拉力；Sg=5.30 t；

α——钢丝绳破断拉力换算系数（或受力不均匀系数）；α取值0.85；

R——钢丝绳破断拉力总和；

K——钢丝绳安全系数；K取5～6（根据用于电动起重设备安全系数），取值K=5.5。

通过计算：5.30=0.85×R÷5.5R=34.29 t=342.9 kN，故经过查阅钢丝绳规格表，钢丝绳选取Φ21.5 mm（6×19+1）钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度2 000 N/mm2。钢丝绳单位重量1.658 kg/m，长度600 m。钢丝绳总重：1.658×600/1 000=0.995 t， 单钢丝绳总重0.995×sin19.64°=0.334 t。

综合考虑合计牵引力：5.30+0.334=5.63 t＜10 t，满足要求。

5 施工保证措施

（1）主洞上下游两个掌子面共用一个出渣通道，为充分利用斜井出渣设备的利用率，两个掌子面钻爆、出渣工序必须错开交叉进行。

（2）为了尽量减少出渣所用时间，在每次循环响炮前，出渣设备、人员必须全部准备到位，在掌子面响炮排烟后出渣设备在最短的时间内到达掌子面进行出渣作业。

（3）在主洞施工期间，每隔200 m开挖一避车道，以满足错车需要，提高出渣效率。

（4）对设备的保养和维护应加大力度，以确保设备的正常运转及工作效率。

（5）及时排除主洞内的积水，派专人及时修整出渣道路，避免妨碍车辆通行。

（6）加强通风排烟，及时排除安全隐患。

6 安全保证措施

（1）绞车操作手必须经过安全教育培训并持证上岗。

（2）将高清监控探头布置在斜井及斜井与主洞交叉处，便于绞车操作手随时掌握洞内情况。

（3）洞内安装电话和电铃，保证洞内外通讯畅通。

7 结语

引水隧洞主要具有以下特征：距离长、横断面大、埋藏较深、水文地质条件复杂、工期长、施工难度大。特别对于本文所论述的工期长、难度大的斜井施工隧洞，出渣方案的选取至关重要，是决定工程的施工成本和进度的关键因素。该工程根据现场及实际特点，斜井主洞出渣选择自卸车与绞车配合的方案，不仅能节约成本，而且能满足工期要求及保证施工的顺利进行。