隧道大坡度斜井机械化配套施工技术研究

王建军

(山西路桥市政工程有限公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

某隧道在整条路线中属于控制性工程，左、右线长度分别为11.489 km和11.456 km，起、迄桩号为ZK71+781～ZK83+270和K71+778～K83+234。该隧道的通风由一个斜井和两个竖井组成，斜井倾角为22.4°，长度为855.33 mm，设41.141%的纵坡。可见，该斜井的坡度相对较大，且距离很长，有地下水资源分布，无论是对施工技术与安全都提出了很高要求。

在坡度相对较大的斜井施工过程中，无轨出碴难以达到要求。因斜井坡度很大，装载机实际出碴效率将大幅降低，不仅使设备的损耗增大，而且废气很难排出，对施工人员身体健康有很大危害。对此，在做好技术攻关的基础上，创新相关施工技术，对施工设备进行适当的改进。

2 大坡度斜井机械化配套施工技术

2.1 基本原理

该技术是指对现有机械进行予以适当的整合与改装，以此形成一个适用于大坡度斜井施工的完整体系。相较于传统以无轨运输为主的方式，实现了显著的创新。

考虑到斜井的坡度很大，轮式开挖台车的实际行走可能存在安全隐患。相较于有轨运输方式，该配套技术主要采用钢混轨枕，采用轨距拉杆将钢轨相连后，对道板进行整体浇筑，使临时轨道成为永久轨道。采用临时与永久性轨道充分结合的形式，在隧道掌子面之后30 m处设置临时性轨道，而已经完成施工的段落则使用永久性轨道，伴随斜井不断开挖，将临时性轨道替换成永久性轨道。

在挖掘机的底盘通过焊接设置开挖台架，保证行走安全。为了从根本上解决废气污染问题，施工中所用大部分机械设备都应采用电力进行驱动，对掌子面开挖时，主要使用开挖台车与气腿凿眼机，在电力驱动下使矿车顺利且连续出碴，并通过道床修筑与轨道布置为运输提供安全保障。通过对信息化技术的引入，比如在斜井施工现场设置监控装置，能对斜井施工过程进行动态监控，保证全体作业人员自身安全。掌子面扒碴由挖掘机进行，碴料采用矿车及时清运。矿车提升机的控制引入了PLC单元，实现自动化控制，在上下行过程中通过视频监控实现协同指挥，采用绞车房提供牵引力，在洞外进行卸碴。

通过对一系列设备的适当改装和整合，即可形成整套技术，使斜井施工时的机械化水平得以大幅提高，在保证安全的基础上，提高质量与效率，适应更多更复杂的隧道工程，有着良好的推广与应用价值。

2.2 工艺流程

(1)施工准备：根据斜井实际情况选择适宜的提升机类型、型号及其它配套设施。(2)超前预报：采用地质雷达与电动潜孔钻进行；(3)测量定位：采用全站仪与激光定向仪进行；(4)钻孔爆破：采用改装台车按照定人定位的原则进行光面爆破；(5)轨道和设备检查：采用视频监控设备进行；(6)扒碴与出碴：采用挖掘机与提升矿车进行；(7)初期支护：采用混凝土湿喷机进行；(8)完成以上各道工序后开始进入下一循环。

2.3 技术实施

(1)施工准备

对于矿用提升机，其钢丝绳偏角不能超过1°30′，以此确保钢丝绳缠绕时可以自然排绳，避免咬绳与背绳，并便于摘挂钩，防止矿车脱轨。配置固定式天轮，并使钢丝绳和地面之间的夹角达到15°以上，确保提升机得以稳定可靠的提升。

(2)超前预报和轨道铺设

为使超前预报结果达到真实准确，需在地质雷达的基础上辅以超前钻孔。对有轨施工而言，其重点为轨道铺设，包括临时性与永久性轨道。所有钢轨都应设置防爬装置，钢轨之间的连接采用轨距拉杆进行。

对于临时性轨道，伴随掌子面进尺进行接长，钢轨之间的距离由规矩拉杆加以固定。每完成一次开挖，即需要根据实际的进尺长度选择长度适宜的轨排进行连接与安装，以此不断循环。在掌子面之后30 m处应使用临时性的轨道，而其它完成施工的部分则采用永久性的轨道。

对于永久性轨道，其道床采用整体式道床，将斜井的仰拱施工完成后开始轨枕的铺设。为避免轨道发生滑动，需使用锚杆将其锚固在底板处，锚杆按照8 m的间隔距离设置。在斜井的井口和底部还要设置阻车器，避免停车时由于绞车的刹车失灵造成溜车。轨道应布置成双线形式，根据实际的开挖进度进行铺设。

(3)测量定位和钻孔爆破

测量放样由全站仪完成。在放样过程中，在与掌子面相距相近的地方架设全站仪，然后采用正倒镜法在掌子面上准确放出两个点，使坡度大小与设计要求相符，再将方向线准确标出。在隧道掌子面后方约20 m的位置架设激光定向仪，并用全站仪对其位置进行校核与调整，确保激光的光束和采用全站仪放出的点位处于相同的位置，最后借助激光定向仪为爆破孔实施准确定位。

由于斜井的坡度很大，所以过去常用的轮式凿岩车无法完成钻孔，而如果采用人工，则会受到现场作业环境的极大限制。对此，通过调研，决定采取定人定位方法，即在固定位置安排固定人员进行作业，以有效防止超欠挖等现象的发生。

(4)轨道和设备检查

由于斜井有很大的坡度，所以传统开挖台车无法在斜井中保持正常行走，对此，为了使施工顺利完成，需在挖掘机底盘进行开挖台架的焊接，并在台架上的不同位置进行空心圆筒的安装，以便于顺利穿过钢筋，之后在钢筋基础上铺设一道格栅，同时用钢丝将其绑扎牢固，以此得到可在大坡度斜井施工中使用的新开挖台车。

施工中在左右两个方向展开台车，在施工结束后将其收拢，为挖掘机的进场与作业创造足够施工区域，从根本上解决由于施工区域狭窄造成的设备矛盾。设备采用电力进行驱动，在减小对钻孔造成的影响的同时，避免废气造成太大的空气污染。台车到达掌子面之前预定位置后，开始格栅搭设，施工人员使用气腿凿岩机实施钻孔。

(5)扒碴与出碴

将斜井中的轨道和监控设备都安装完成并检查确认合格后，开始用挖掘机进行扒碴，并用矿车进行清运。采用矿用提升机进行出碴的过程中，应安排专人加强不同部分之间的联系，并在斜井口处安装阻车器，由专人管理，只允许在放车的状态下打开。另外，在车身还要设置保险装置，避免断绳脱钩，以防矿车向下滑动。

(6)初期支护

出碴结束后，利用混凝土湿喷机实施初期支护。采用湿喷机相较于干喷，能极大的减少粉尘，并降低回弹率，而且混凝土水灰比的控制更加容易，能有效保证初支质量与效果。

3 结 语

综上所述，通过对以上机械化配套技术的引入，能有效保证大坡度斜井施工安全、质量与效率，提高企业经济与社会效益，从根本上解决以往施工中面临的各项问题，值得更多隧道工程参考借鉴和使用。