无轨运输斜井井底车场优化及挑顶施工技术

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1、无轨运输斜井井底车场优化及挑顶施工技术摘要：根据现场条件对石太客运专线太行山隧道8无轨运输斜井井底段的设计、施工方案进行了优化，提高了井底车辆的通行能力和运输效率，加快了施工进度，针对井底岔口段复杂的膏溶角砾岩地层，采用棚架法挑顶施工技术，采取小进尺、弱爆破、强支护等措施，确保挑顶的安全施工，达到了预期效果，可为今后类似的斜井隧道设计、施工提供参考。关键词：无轨运输斜井井底段施工中图分类号：U4534 文献标识码：B 为缩短建设工期，客运专线长大隧道采取“长隧短打”的方法，斜井的设置显得尤为重要。斜井承担着出碴、进料、通风的重任，井底段又成为隧道施工的咽喉地段，因此斜井坡度、平坡段、井底段、车

2、场的设计对正洞施工的进度、安全都起着至关重要的作用，下面结合太行山隧道8斜井井底段的设汁、施工进行分析。1 工程概况太行隧道8斜井洞口位于 314省道右侧，距离公路70m。(，8斜井长 80573 m(斜长)，井身倾角为664，平面交角为43，纵断面坡度l26。，斜井井身每210m，设置25m，平坡段，坡度3。斜井洞身按双车道断面设计，井底部分斜交双联为单车道，均采用曲墙式带仰拱衬砌断面。采用无轨运输方式。详见图l。图l 井底段平面设计图2 施工优化方案21 斜井分叉及井底与正洞相交处施工方案斜井原设计以曲线连接正洞与斜井加宽段，对运输车辆的通行视线造成一定困难，存在着一定的安全隐患。为提高井

3、底车辆的通行能力，运输效率，加快正洞施工进度。通过加长双车道断面长度，减短单车道衬砌断面长度，并将斜井由曲联调整为直联，以此对原井底段的设计方案进行优化。将直联膏溶角砾岩单车道衬砌断面由8797 m减短为4797 m，左右线间的横通道位置不变。将曲联膏溶角砾岩单车道衬砌断面8337 m减短为直联4858 m，并将与左线夹角43。调整为59，直联段与左线的交点里程为DK90+392，该处的横通道位置作相应调整。将分又加宽段膏溶角砾岩V级围岩衬砌断面由0+87971+1797调整至0+4797+7797。将双车道膏溶角砾岩V级围岩衬砌断面加长为0+7797J+1797，具体方案详见图2。图2 井底

4、平面布置图(优化)22本方案实施后的优点将斜井曲联调整为直联，运输车辆通行视线条件好，有利于行车安全。加长双车道断面长度，减短单车道衬砌断面长度，缩短了车辆在单车道的运行时间，可提高井底车辆的通行能力，提高运输效率，加快正洞施工进度。井底车场的调度管理相对容易些。减短了单车道与正洞交叉口问左线正洞的距离，有利于尽快打通此段，实现两个方向施工机械设备的相互调配。增大斜井与正洞的交角，可减小斜井与正涧交接处的跨度，有利于施工期问此段膏溶角砾岩的稳定。将斜井连接段长度缩短了约74 m，减少了斜井的投资成本。3斜井挑顶施工技术31工程概况从勘察和试验情况来看，8斜井与正洞交叉口段地层主要为V级膏溶角砾

5、岩，属于复杂的特殊软岩，具有强度低、土质不均、局部压缩性高等特点；其物质组成复杂，主要为泥灰岩、灰岩的碎屑、泥砾，并且岩体结构存在很大的差异，岩体强度不均匀，无胶结、不含角砾，呈土状，半胶结含少量角砾呈碎块或钙质胶结含角砾呈柱状，甚至局部地段呈散体状结构，开挖后稳定时间很短，易发生坍塌和大变形。同时客运专线单线正洞相当于以往的双线铁路隧道，开挖断面大，岔口处施工工序转换多，受力复杂，因而采用常规的施工方法风险较大，必须采取针对性的措施，以确保岔口段的施工。32施工方案根据实际围岩情况，在岔口处井口段先采用异型拱架进行过渡使与正洞中线平行，完成井口段的仰拱施工，并对岔口段的支护进行适当加固，确保

6、岔口段的稳定，然后采取台阶挑顶逐步上抬进入正洞，挑顶采用棚架法小进尺施工，进尺按075 m进行控制，开挖后及时架立ll6的工字钢支护棚架，挑顶完成后再进行正洞上断面的施工。岔口段挑顶施工工序为：异型断面开挖支护锁口段开挖支护上半断面挑顶、棚架支护正洞上半断面初期支护正洞上半断面超前支护拆除棚架支腿架立正洞拱架下循环作业下半断面开挖支护正洞台阶法开挖支护33主要施工步骤331 异形断面开挖支护斜井施工至里程斜0+16时，采用l0榀异形格栅钢架过渡到与正洞中线平行的方向，钢架间距左侧02 m，右侧1 m。332锁口段开挖支护锁口段前三榀格栅钢架间距为075 m，继续施工至与正洞交接处再连续立23榀

7、钢架进行锁口，钢架间距020 m。与正洞交接处6 m范围内的斜井段及时进行仰拱施工，以封闭成环。异形断面和锁口段拱架布置见图3。图3 岔口施工平面图333挑顶开挖在井口前10m开始向上进行挑顶开挖，在向上挑口开挖的同时应随时进行钢架锚喷支护，并控制开口宽度不大于40m，采取中间开口为36m的拉槽法进洞。在挑顶开挖时必须严格控制开挖进尺不大于O5075 m，开挖时逐渐将底板抬高，保证拱部距底板约3540m的作业高度，在满足出碴要求的前提下，尽量减小开挖的跨度及高度。334挑顶棚架支护开挖后及时架立横向及直立工字钢，间距按05075m榀布置，拱部横向工字钢与直立工字钢采用牢固的焊接连接。其后初喷C

8、25混凝土，施做锁脚锚杆及系统锚杆，锚杆按1 ml m间距进行布置，挂设15 cm15cm的钢筋网，再复喷20cm厚度混凝土进行封闭。为了便于直立工字钢的拆除，边墙将锚杆施做完成后，初喷35 cm厚度混凝土封闭。为了确保直立工字钢的稳定，两边直立工字钢采用台阶架立，每进l m增加50 cm，并采用5组锚杆将直立工字钢锁在边墙上。岔口处棚架挑顶施工断面见图4。图4 岔口施工侧面图335正洞上半断面支护挑顶完成后，进行正洞环向工字钢的架设，拱架间距均为O75-n榀，并按设计要求将锚杆及钢筋网施做完成后，再喷射混凝土封闭，并对挑顶支护和正洞支护间的空洞进行回填并注浆加固。待混凝土形成一定强度并稳定后

9、，拆除两侧的直立工字钢，进行正洞上断面的开挖，随后即可进入正常断面的施工。34施工效果评价尽管8斜井岔口工程地质条件差，受力复杂，膏溶角砾岩开挖后稳定性差，易发生坍塌和大变形，但由于岔口段施工采取了小进尺、弱爆破、强支护，仰拱及时封闭等措施，围岩和支护较为稳定，没有发生坍塌和变形，喷射混凝土未出现开裂等现象，施工达到了预期的效果，从变形测试情况看，岔口段施工引起的拱顶下沉在5070 mm左右，且在允许的范围内。4 结束语因受斜井井口地形、正洞施工任务以及隧道长度的限制，斜井井底与正洞相交处往往处在围岩较差地段，且跨度较大，合理设置井底坡度、结构形式，安全、快速的完成井底段施工，及早进入正洞施工

10、，对完成施工任务起着关键的作用。 赵 勇 (中铁隧道集团太行山隧道Z5标项目部，山西盂县045108)隧道建设2007年6月增刊太行山隧道7#斜井工区施工运输方案的优化隧道网 (2007-7-15)来源：隧道建设摘要：根据太行山隧道设计参数及工程地质情况，从有轨和无轨运输的实际可行性，综合考虑施工进度、设备资源的合理利用以及提高运输的安全系数，使工程施工在质量、进度和安全等方面达到更合理有效的控制，对正洞有轨和无轨运输施工方案进行了综合比选，正洞无轨运输方式具有很大优势，工程综合效率得到明显提高，对同类工程施工有参考价值。关键词：隧道斜井施工运输方案优化中图分类号：U455；TD53 文献标识

11、码：B1 工程概况新建石家庄至太原铁路客运专线太行山隧道设计为双洞单线铁路隧道，两正洞线间距为35 m，隧道全长27 839 m，是本线的重点控制工程。太行山隧道是目前我国设计的最长山岭隧道。石太客运专线z5标段太行山隧道7斜井工区承建施工任务为：主、副斜井和正洞左、右线各l 928 m。主、副斜井长度均为38108 m，井身倾角为l843。主井采用小矿车双车道断面形式，副井采用小矿车单车道断面形式，均采用有轨运输方式。2 正洞运输方案21 有轨运输7斜井工区正洞采用有轨运输方式进行施工，采用装载机装碴，12t电瓶车牵引14 m3梭式矿车至主斜井底栈桥立体转载，通过绞车牵引8 m3矿车至洞外栈

12、桥，自卸汽车转运弃碴至弃碴场。正洞内钢筋、钢构件及部分机料等通过副井用绞车运输，具体有轨运输轨道布置见图1。有轨运输的难点：正线隧道设计纵坡为143，隧道膏溶角砾岩地段长，隧底比较软弱，铺轨平整度控制很难，电瓶车牵引出碴重矿车，长距离运输难度很大；另外，在仰拱施作地段由于设置仰拱栈桥，存在“坡度叠加”问题，上坡行车更加困难。22无轨施工正洞掌子面采用ZLC50C装载机装碴，挖装机配合，15 t自卸汽车运输至斜井井底临时存碴场卸碴。主斜井作为专用的出碴通道，铺设四轨双线轨道，采用25 m直径卷筒双筒绞车提升8 m3矿车出碴，井底临时存碴场采用ZLC50C装载机装碴，井外卸碴栈桥卸碴，15 t白卸

13、汽车倒运至弃碴场。副井作为进料与人员上下通道。副井铺设双轨单线轨道，采用20m直径卷筒单筒绞车提升6m3矿车或平板车运输正洞施工用材料(包括钢材、防水材料、火工品、喷浆料)和机具，用人车运输人员上下。衬砌混凝土在地面自动计量拌合站拌和，垂直投料孔投料人正洞混凝土搅拌运输车内，运输至混凝土灌注工作面。图1 洞内有轨运输轨道布置23方案选择为加强太行山隧道7斜井工区施工组织，综合考虑施工进度、设备资源的合理利用以及提高有轨运输的安全系数，使工程施工在质量、进度和安全达到更合理有效的控制，拟采用“斜井井身有轨运输提升，井底转载，正洞无轨运输”的有轨与无轨相结合施工运输方案。3 方案优化31 正洞无轨

14、运输的技术可行性正洞衬砌后净空断面高宽=76 m885 m，完全可满足无轨运输机械车辆错车需要，正洞每300m左右均设有施工横洞或电力洞室，可满足无轨运输机械车辆调头需要。主、副斜井贯通后，自然形成主井进新鲜空气，副井排出污浊烟尘的循环气流，可安装轴流通风机于主井井底，采用压人式通风方式。无轨运输条件下，独头通风最大距离1 878 m，主井通风断面为32 m2，新鲜风的供应完全能够满足要求，副井断面为l2 m2，单独作为污风通道，可以很好地解决通风问题，而且，还可以利用投料孔作为排烟“天窗”。斜井井底有临时存碴的场地，在井底转载有充裕的作业空间。井底车场布置及主、副斜井井底纵断面详见图2、3、

15、4。图2 井底车场布置图图3 副井井底纵断面布置图(单位：m)图4 主井井底纵断面布置图(单位：m)32 正洞有轨与无轨方案比较321安全和质量无轨运输组织较简单，可操作性强，安全度高；而有轨运输对轨道、车辆、操作人员要求相对较高，施工组织难度较大，安全度较低。无轨运输条件下，仰拱作业可以紧跟开挖掌子面，结构能及时封闭，有利于文明施工，有利于提高仰拱施工质量，有利于施工安全。而有轨运输条件下，仰拱作业面施工组织难度非常大，成为影响开挖运输作业的“瓶颈”。不仅严重制约施工进度，而且仰拱工作面施工距掌子面的距离会很长，不能及时封闭结构，这对文明施工、质量、安全都不利。322工作效率隧道施工作业主要

16、是解决掌子面的作业空间问题，采用无轨运输正洞内转运，能加快出碴速度，较有轨运输出碴组织简单。掌子面的石碴在最短时间内转运至井底临时存碴场，斜井提升采用不摘钩双筒提升，只要洞内有存碴，可保证全天候不间断提升。正洞内如采用有轨运输方式，则车辆在运输过程中的调度要占很大一部分时间，车辆在调度运输过程中的误时，也会影响到斜井提升能力的发挥。同时，铺设轨道的材料进洞，也要占用相当大的时间和空间；施工辅助工序的增加，将降低有效作业效率。因而，无轨运输的条件下，开挖运输较有轨运输效率高。无轨运输条件下，仰拱作业面跨度小，仰拱施工组织较简单，施工速度快，对开挖面出碴进料影响最小；而有轨运输条件下，仰拱作业面跨

17、度大，仰拱施工组织非常复杂，特别是拨道顺道工作量大且很频繁，仰拱施工速度慢；对开挖面出碴进料、设备调动影响非常大。因而，无轨运输条件下，仰拱施工对开挖面的施工干扰较有轨运输小的多，因此施工效率较高。无轨运输条件下，衬砌混凝土罐车运输量大，速度快，效率高，对混凝土质量性能保障较好；而有轨运输条件下，轨行式混凝土罐车运量小，速度慢，效率低。323施工进度无轨：斜井提升组织模式不变，正洞的施工方法与工艺不变，掌子面的进、出料时间要大大提前。在绞车出现故障时，临时存碴场可保证正洞两茬炮的存碴量；出碴时无轨车辆的调车时间与距离是可控的，井底车场能保证全天不间断转载提升，施工进度能得到充分保证。有轨：虽然

18、提升模式没变，但是有轨车辆的倒运调度要占很大一部分时间，车辆在调度运输过程中的耽误也会影响到转载提升能力，从真正意义上说，转载提升能力不能得到充分发挥，掌子面的进度难以保证。根据有轨和无轨施工特点及资源组织，从进度指标上作出比较见表l。表1 无轨与有轨运输开挖进度指标对比表324资源组织无轨：无轨运输的隧道施工组织是有经验的，不需要作论证。有轨：有轨运输隧道施工组织也是有经验的，但是井底立交转载与提升，工区有类似工作经验的人员不多。有轨运输设备需要的维修、保养和轨道布置人员水平参差不齐，尤其是电路部分修理人员要求也较高。另外，有轨机械配件不属于本地常用件，需要厂家直供，时效性上也不满足使用要求

19、；所以，有轨运输的施工技术要求要高得多。4实施效果41 进度实际隧道围岩均为V级，通过对已完工程施工进度的统计，得出的进度指标如表2。表2 无轨与有轨运输进度指标对比表42实施成本通过对有轨与无轨运输相结合的方案优化，机械运输成本得到很大的节约。由于有轨运输施工机械和机料具的投人相对较大，且维修及配件的成本很高，对施工进度形成了很大的制约。无轨运输的灵活性发挥了很大的作用，机械设备等资源得到合理的配置，规模效益很大，根据对已完工程的综合评估，施工成本节约总价的3左右。5 结束语无轨运输较有轨运输机动灵活，施工干扰小，作业效率高，在施工组织和施工进度上发挥了很明显的优势。太行山隧道7。斜井总工期

20、提前了近6个月，此方案的优势在实际中得到了很好的验证，同时，也给同类工程施工起到很好的借鉴作用。参考文献：1铁道部第-r程局铁路工程施工技术手册隧道M北京：中国铁道出版社，l9952 时思鹏石垭隧洞斜井提升机械设备的选型配套技术J隧道建设。200626(4)：9192 陈军，时思鹏 (中铁隧道集团二处有限公司，河北三河065201)隧道建设2007年6月增刊有轨运输斜井设备配套及井底车场布置隧道网 (2007-7-5)来源：隧道建设摘 要：着重介绍了石太客运专线太行山隧道7斜井装碴、运输、提升等主要设备的配置方案。并将7斜井以往常规的正洞有轨运输优化为“正洞无轨运输、井底转载、斜井井身有轨运输

21、提升”的综合方案。、综合了有轨运输系统与无轨运输系统的优点，两个系统相对独立，可发挥各自的优势，保证全天候不问断提升，加快施工进度。关键词：有轨运输 斜井 提升 设备配套 井底车场 布置中图分类号：TD55 文献标识码：B1 工程概况太行山隧道7斜井(西山头)长38108 m，与正线交于DK89+180，斜井平面与正线(大里程方向)夹角40，斜井倾角l 843，最大坡度为3658，综合坡度3332。设计为有轨运输，没主副斜井，主、剐斜井线间距20m。主井断面按小矿车双车道设汁，副井断面按小矿车单车道设计，在底部均设35m井底车场。其承担正线l 928双延m的施工任务。斜井断面尺寸、围岩分级情况

22、详见表1、表2。2 有轨提升主要设备配套选型和配置2.1 配置方案2.1.1 斜井施工阶段7斜井井口段15m均采用装载机出碴，主井井身段采用DH550挖掘机装碴，2.0 m单筒提升机提升6m3矿车运碴至井外卸碴栈桥，自卸汽车倒运至弃碴场。7副斜井井身洞口段15 m采用装载机出碴；井身段采用PB60耙斗装岩机装碴，1.2 m单筒提升机提升2 m3侧卸式矿车出碴。表1 斜井断面尺寸表表2 7斜井围岩级别划分表主、副斜井内均布置双轨单线。2.1.2 正洞施工阶段主斜井负责出碴，副斜井负责进料、人员上下。正洞采用ZLC50装载机装碴，l8t自卸汽车运碴至井底碴仓，装载机二次倒运至8m3侧卸式矿车，2.

23、5m双筒提升机提升8m3矿车运碴至井外卸碴栈桥，自卸汽车倒运至弃碴场。副斜井配置2.0 m单筒提升机提升6 m3侧卸式矿车或平板车负责进料。人员从人行道上下。主斜井内布置四轨双车道，副斜井内布置双轨单线。钢轨：38 kg/m；轨距：762mm。轨枕采用钢枕，间距0.7m，轨枕长1.16m，道岔处设长木枕。7斜井井身装碴、运输设备配置见表3。主、副井提升纵断面图见图1、图2。表3 7斜井井身装碴、运输设备配备表图1 7主斜井提升纵断面图(单位：m)图2 7副斜井提升纵断面图(单位：m)2.2主斜井提升设备2.2.1采用双钩提升主斜井主要负责出碴，布置双车道，因此采用双钩提升，不仅可以加快提升速度

24、，而且耗电量可以减少3040。2.2.2提升容器的选择(1)提升计算 日提升量Vmax：Vmax=正洞最高月开挖量松散系数月工作天数 (1) 代人数据计算得Vmax=150 851.4 230=1 190 m3一次提升时间t：选用绳速4.8 m/s的提升机，考虑提升起动、停车前后加减速和卸车影响，经计算提升循环时间为263 s。(2)提升容器大小计算提升容器的容积V双钩： 式中：V双钩为双钩提升时提升容器的提升量，m3；K1为容器装满系数，取0.9；K2为提升不均匀系数，取1.2；Vmax为最大提升量，取1190m3；t为一次提升时间，取263s；T为每日提升时间，取14 h。经计算：V双钩=

25、8.28 m3。考虑斜井设计断面和井底设备等，最终选择8 m3侧卸式矿车，每次提升l辆。2.2.3提升机选择(1)最大静张力Fmax Fmax=n(Ql+Q2)(sin+f1COS)+PkL(sin+f2cos) (3)式中：n为一次提升车数，取1；Q1为提升容器及连接装置的自重，为6 000 kg；Q2为提升容器的有效载重，为12 000 kg；为斜井倾角，18.43；f1为提升容器的阻力系数，用0.015；f2为钢丝绳移动的阻力系数，用0.25；Pk为提升钢丝绳的单位长度重量，计算暂选用31钢丝绳，取3.383 kg/m；L为钢丝绳提升长度，为410m。经计算：Fmax=6 714.25

26、kg66 kN(2)最大静拉力差F差 F差=Fmax一nQ1(sin一fl COS) (4)式中参数已知，代入后计算得 F差=4805 kN选用2JK2.5 1.520型提升机，配280 kW电动机，最大静拉力为88.2 kN，最大静拉力差637 kN，完全可以满足提升计算。2.2.4钢丝绳选择钢丝绳安全系数按煤矿安全规程用7.5，要求钢丝绳破断拉力总和： 7.5 Fmax=495 kN选用31钢丝绳，抗拉强度l 700 MPa，钢丝绳破断拉力总和为596.33 kN。2.2.5 天轮直径(d)选择采用游动天轮，要求d=(4060)绳，采用直径2 000 mm天轮完全可以满足要求。2.3副斜井

27、提升设备2.3.1采用单钩提升副斜井主要负责进料及人员上下，布置单车道，因此采用单钩提升。，2.3.2提升容器的选择(1)日提升量计算计算式同式(1)，代人数据汁算得 Vmax=(17.681502+11.47120 2)30=269 m3(2)一次提升时t选用绳速3.4 m/s的提升机，考虑提升起动、停车、前后加减速和卸车影响，提升循环时间为： t=2L/V均+2L上/V平+2L下/V平+2t平，式中：t为一次提升所用时间，s；L为斜井长度，取350m；V均为斜井内提升的平均速度，m/s；L上为斜井井口以上提升长度，取40m；V平为平坡段平均提升速度，取1.5 m/s；L下为斜井井底平坡段长

28、度，取35m；t平为在平坡段的休止时间，取30S。经计算t=400 S(3)提升容器大小的计算计算式同式(2)，代人数据计算得 根据斜井功能、设计断面和井底设备，选用6 m3矿车或平板车单钩提升。2.3.3提升机选择最大静张力(Fmax)按式(3)代人数据计算得Fmax =1(44.1 kN+88.2 kN)(sin18.43+0.015cos18.43)+2.165 kg/m 381 m(sin18.43+0.25cos18.43)=48.40 kNPk计算暂选用24.5钢丝绳，取2.165 kg/m。选用CKT22.530型提升机，配218 kW电动机，最大静拉力为588 kN，完全可以满

29、足提升要求。2.3.4钢丝绳选择钢丝绳安全系数按煤矿安全规程用7.5，要求钢丝绳破断拉力总和为7.5Fmax =363 kN。选用24.5钢丝绳，抗拉强度1700 MPa，钢丝绳破断拉力总和为381.22 kN。2.3.5天轮直径(d)选择同主斜井。3 井底车场布置方案因有轨运输井底车场布置困难，井底车辆调度复杂，仰拱施作地段电瓶车牵引出碴重车上坡困难、辅助工序多，施工组织难度较大，安全管理难度大等因素，采用“正洞无轨运输，井底转载，斜井井身有轨运输提升”的施工运输方案。其技术上可行，且有利于正洞施工安全及仰拱施工质量，有效提高工作效率，加快施工进度，缩短工期。井身采用有轨运输提升、井底转载，

30、正洞采用无轨运输，二者结合，两个系统相对独曲：，发挥各自的优势，有利于施工组织和施工进度。主井铺设四轨双线，采用25m双筒提升机提升8m3侧卸式矿车出磷，采用不摘钩方式。利用正洞左线DK89+180+230作为临时存碴仓(2 000 m3)，进行井底转载，掌子而的石磷在最短时间内转运至井底临时存碴场，只要洞内有存碴，可保证全天候不问断提升。具体方案见图3、图4。主井平坡段采用双直道方案，装载机正、反向进行装碴作业。主井井底与正洞交叉段划出禁止行人区，只允许车辆通行。右线所有施工人员均从DK89+011横通道进入左线，以保证安全。图3 主井井底转载纵断面图图4 井底转载平面布置图4 结束语7斜井的施工实践证明，有轨运输斜井在井底车场布置方案合理、设备配置合理、施工组织得当的情况下，其正洞开挖支护施工能力与无轨运输斜井相当，但有轨斜井二次衬砌混凝土进料方式有待进一步研究和探讨。参考文献：1 铁道部第二工程局铁路工程施工技术手册一隧道M北京：中国铁道出版社，2004 赵玉良 (中铁隧道集团太行山隧道Z5标项目部，山西盂县045108)隧道建设2007年6月增刊