大坡度无轨运输斜井交叉口反坡缓冲洞设计与应用研究

孙鹏飞

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

大坡度无轨运输斜井交叉口反坡缓冲洞设计与应用研究

孙鹏飞

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

结合大伙房水库输水工程11号支洞斜井控制段引水隧洞开挖施工，简要介绍大坡度无轨运输斜井交叉口反坡缓冲洞设计，为斜井运输提供良好的安全保障措施，为类似大坡度斜井施工提供较好的借鉴参考。

斜井；无轨运输；交叉口；缓冲洞；大坡度

1 工程概况

大伙房输水工程11号支洞投影长度1 576.68 m，坡度为18.4%，其主支洞交叉段总长29.858m，11号支洞与主洞交角44.606°，里程为1 km+546.78 m～1 km+576.64 m。其中过渡段长13.14 m，里程为1 km+546.78 m～1 km+559.92 m；喇叭口段长16.72 m，里程为1 km+559.92 m～1 km+576.64 m，断面形式为圆拱直墙形；主洞施工加强段长为30 m，里程为71 km+160.28 m～71 km+190.28 m，断面形式为马蹄形。11号支洞主支洞交叉处平面布置见图1，支洞过渡段断面图见图2。

图1 11号支洞主支洞交叉处平面布置

2 大坡度斜井安全隐患分析

1）行车道路路况差。

2）斜井洞内道路坡度大。

3）违章驾驶。

4）车辆超载、超高、超宽运输。

图2 支洞过渡段断面图

5）车辆频繁制动、刹车失灵，对刹车系统缺乏必要的保养，导制刹车失灵。由于严重超载，在重力加速度的作用下，加大了车辆运动惯性，直接导致刹车失灵。

6）车辆行驶过程中爆胎、方向失控、侧滑。

在上述情况发生后，主支洞交叉口安全防护处于薄弱环节，因此需充分利用环境因素，采用上坡自重减速原理设置交叉口反坡缓冲洞，以减小或控制此类安全隐患。

3 交叉口反坡缓冲洞设计

3.1 缓冲洞车道设计参数

紧急避险车道长度的确定是设计中的关键，设计的太长会增加成本，设计的太短则无法使失控的车辆以适合的减速率完全停下来，达到避险效果。其长度需根据车辆下坡运行速度及紧急避险车道纵坡来确定，不同材料的滚动阻力值R：水泥混凝土0.010，沥青混凝土0.012，松质砂土0.037，密实砂砾层0.015，松质砂砾0.100，松质碎集料0.050，砂0.150，豆砾石0.250。

紧急避险车道长度计算主要是利用力学推导，推导模式见图3。

图3 紧急避险车道长度推导简图

1）利用力学公式推导：

式中：a——车辆加速度，m/s2；t——刹车时间，s；g——重力加速度，取值9.8 m/s2；L——停车距离，m；v——驶出车速，km/h；G——避险车道纵坡；R——滚动阻力系数。联合上述公式，根据纵坡角度较小的特点，取sinA=G，cosA=1，代入g=9.8，求得应急避险车道长度计算公式为：

2）计算溜车速度（驶出速度）：

如果出渣车在距坡底300 m处开始溜车，滚动阻力值R按水泥混凝土路面取值，R=0.01。

根据力学公式：

式中：m——重量，kg；h——坡道距离，m；v0——车辆初速度，km/h。

车辆初始速度取值5 km/h，18.4%转化成角度值为10.4°。根据式（2）计算得 a=1.67 m/s2，故计算溜车最大时速v=32.1 km/h，反坡道按20%坡度考虑。

综上，停车距离L=8.98 m。同理，如果出渣车在距坡底600 m处开始溜车，则停车距离L=17.75 m；如果出渣车在距坡底800 m处开始溜车，则停车距离L=23.6 m。

故此方案设计反坡道长度足以满足800 m开始溜车紧急避险要求。

3.2 增设方案

1）11号斜井主支洞交叉里程71 km+168.34 m,增设应急避险车道方向与11号斜井同轴线,避险车道坡度设计坡度20%，长30 m。

2）避险车道开挖断面采用11号支洞主支洞交叉部位布置图C-C断面，净宽6.0 m。

3）初始开挖交叉部位设两榀并列的HW150型钢支撑，同时设HW150型钢横向托梁与左右侧既有钢支撑焊接，竖向支撑采用HW150型钢，间距100 cm，前5 m段设系统锚杆，间距1.2 m，单根长3.0 m。

4）应急避险车道前5 m设置HW150型钢支撑，间距100 cm，喷射混凝土厚150 cm，后25 m喷射10 cm厚C30混凝土，拱部设系统锚杆+网片。开挖后支护形式不能满足要求时，则根据围岩类别采取相应支护形式。

5）紧急避险车道沙坑填料采用滚动阻力值较大的豆砾石，粒径1.0～2.5 cm，沙坑深0.5～1.0 m，制动坡床起点采用10 cm，以30 m长度渐变至总

厚度。端部堆积1.5 m×1.5 m沙袋。

6）紧急避险车道设置完善的交通标识,如预告标识，反光标识，加强照明等。

图4 增设反坡缓冲洞布置图

增设反坡缓冲洞布置图见图4。

4 总结

通过设计该交叉口反坡缓冲洞，有效地控制了溜车等引起的交通事故，保证了大坡度斜井无轨运输的行车安全。针对类似采取汽车出渣的大坡度斜井，可以参考该设计方案在交叉口处设计缓冲洞，具体的支护、底板垫层等设计参数可以根据开挖围岩情况等进行确定。

［1］肖志军.避险车道设计与应用研究［D］.同济大学学报，2008.

［2］李华超，李忠海.公路失控车辆缓冲车道设计内容和方法［J］.山西建筑，2012（16）.

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2016-10-16