长赣高铁山岭隧道深大竖井快速出碴技术

唐俊松

(中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300450)

1 工程概况

长赣高铁连接湖南东部和江西西南部，是是高速铁路网"八纵八横"之一厦渝通道的重要组成部分。其中，上栗隧道采用暗线长隧道方案。上栗隧道位于长沙市东部，工程范围为DIK1660+786～DIK1670+902里程段，隧道总长10116 m，其中暗线长9940 m，全隧道共设置两座竖井和二座斜井，两座竖井深度都超过60 m。

2#竖井中心里程为DIK1664+830，竖井直接坐落在线路正上方。竖井净空尺寸为16.8×8 m，开挖面积达200 m2，竖井深度53.85 m。竖井主要施工方法采用明挖逆作法施工，从上往下开挖初支一环，衬砌一环（每循环长度4.5 m），土石方开挖量为1.1万m3。

2 提升设备选型

深大竖井作为一种辅助坑道，碴土快速运出至关重要，提升设备选择的是否恰当会很大程度制约正洞的开挖进程。并且提升设备选择要多方位周密部署，包括碴土上提速率、大型机器设备下入井中和施工材料下入井中。

上栗隧道2#竖井在提升设备的部署中，根据实际情况考察，配套四台带大型吊钩的天车，其中两台主要用于提吊施工材料、器具下入井中。另外两台主要用于把开挖的碴土运到地表。这种配置同时可以完成出碴及运送材料所需，而且规避了出碴与提吊施工材料交叉使用出碴斗的转化，大大省去了不必要的时间。如果重型设备下沉竖井时，可能一台天车输送能力达不到，则使用四台天车一起参与工作，体现四点协同联动的高效率。

向地表以外运送碴土时，可以按照工期指定的进程提前待定了竖井提升机具的提升速率和提升功率，同时恰当配套碴斗。

依据碴土外运、重型机械及施工材料下入竖井的需要，上栗隧道2#竖井提升机具匹配参数包括：

门吊种类，双梁门吊式提升机械；天车，4台套，每台天车向上输送能力30 t；提升速率，30 m/min；碴土吊斗容积6 m3。提升机械如图1～2所示。

图1 竖井附近提升机械配置

图2 碴土吊斗自动卸碴装置

3 自动卸碴系统设置

上栗隧道2#竖井工区暗挖隧道全长1511 m，土石方总量达26万m3，开挖土方全部采用安装在竖井口的提升设备进行吊装出井。提升设备配置4台起重天车，依据天车的起重能力，每台各配置一个6 m3的吊桶进行出碴。根据工期要求，提升设备需满足日出碴量不小于1300 m3，每台天车循环出碴时间不超过10分钟一次。

2#竖井深度为53.85 m，起重天车的运行额定速度为25 m/s，吊斗从下往上、从上往下及平移至卸土区卸碴总运行时间为6分钟，井底装碴时间为每斗3分钟，因此要求吊斗卸碴时间不得大于1分钟。6 m3吊斗空斗重3.5 t，装碴后重量12.5 t，吊斗卸碴时如采用人工卸碴，无法在1分钟内完成，于是我方采用了安装在竖井口的自动卸碴装置，使吊斗提升出竖井后能顺利通过该装置进行自动卸碴，卸碴时间仅需10 s左右时间。竖井自动卸碴如图3所示。

图3 碴土自动卸碴示意图

3.1 起重天车起吊系统的配置

为克服起重钢丝长度大易缠绕、吊重物时起重挂钩易扭动的缺点，天车起吊系统采用了扁担梁三点起吊的方式进行设置。天车起重钢丝绳设置6根直径18.5 mm的光面双向防缠绕钢丝绳，扁担梁两端、中间分别装设三个定滑轮，钢丝绳通过天车滚筒与扁担梁定滑轮相连，扁担梁两端为4根起重钢丝，中间定滑轮为2根平衡钢丝绳，以自动调节横梁两端的起升高度，保证钢丝绳受力均匀。天车起吊系统配置如图所示。

3.2 吊斗及吊具设置

根据天车的起重能力及天车3-2起吊系统的配置方法，吊斗制作成方形，长、宽、高尺寸为2×2×1.8 m，容量为6m3。为保证吊斗在提升过程中受力均匀，防止吊斗旋转，在吊斗上口两边正中位置各设置1个直径φ10cm吊耳，采用两点起吊方式进行起吊，并吊斗底部两端各设置1个直径φ10 cm偏心轴。

吊具的设置方法，采用柔用结构，用直径φ32 mm的钢丝绳通过吊柄与起升横梁和吊斗吊耳进行连接。使吊具能与天车起吊系统一起灵活摆动，有效避开吊斗在井下装碴时对装碴车的干扰。

吊斗及吊具配置如图5所示。

图4 天车起吊系统配置图

图5 吊斗及吊具配置示意图

3.3 卸碴墙及卸碴槽的设置

根据吊斗满荷载卸碴重量及天车的平移速度，在提升设备卸碴区域设置自动卸碴墙和卸碴槽。设置方法：卸碴墙采用预埋型钢构柱混凝土墙，混凝土墙厚1.35 m，墙高2 m，预埋型钢构柱伸入基底1 m。埋型钢构柱采用双拼［20槽钢进行焊接。卸碴槽采用2 cm厚钢板加工成槽形，并通过双拼［20槽钢与卸碴墙钢构柱焊连。

卸碴墙及卸碴槽设置方法如图6所示。

图6 卸碴墙及卸碴槽设置示意图

3.4 自动卸碴与传统卸碴优越性比较

在一般城市地铁竖井、地下基坑、碴土提升或重物吊装时，多采用固定式龙门架配备10 t电动葫芦和2 m3吊斗的方式进行人工底卸出碴。这种方法较为传统，一是人工卸碴速度非常慢，卸碴时间长；二是荷载重，打开吊斗底板难于操作，劳动强度大，需消耗大量劳动力资源；三是通过人工卸碴，操作人员直接暴露在高空作业危险区域内，安全风险高；四是无法完成大型设备下井，如挖掘机、自卸汽车、砼罐车等。

而2#竖井通过对提升设备起吊系统、吊斗、吊具的设计优化及设置自动卸碴墙，较好的解决了深大竖井出碴速度慢、大型设备下井困难等技术难题。使碴土的提升、卸碴过程全部实现了在控制室内自动化操作，整个卸碴过程不到10 s之内完成，且大大降低了安全风险。

4 结语

通过在长赣高铁山岭隧道中深大竖井快速出碴技术的试验，获得了很高的出渣效率，创造了可观的经济效益。

（1）依据隧道长度和坡度以及施工进度，确定竖井提升设备的选型及出碴能力，并宜早安装投入使用。

（2）自动卸碴装置目前在同类工程中尚属首次运用，该装置结构简单，操作简便，安全风险小，值得推广。