乌鞘岭隧道左线出口正洞平导快速掘进施工

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1、乌鞘岭隧道左线出口正洞平导快速掘进施工乌鞘岭经理部 张群健【提 要】本文结合乌鞘岭隧道左线出口平 导的施工实际 ,介绍 了采用常规 钻爆法,精心组织,快速掘进施工的情况。【关键词】 乌鞘岭隧道平导 钻 爆法 快速掘进施工1、工程概况1.1乌鞘岭隧道简介乌鞘岭特长隧道位于既有兰新线兰州S武威段打柴沟车站和龙沟车站之间，设计为两座 单线隧道，隧道长度为20050m，为目前亚洲最长的山岭隧道线间距为40m；设11%。的单面 纵坡，洞身最大埋深1100 米。根据设计意图，左线隧道先期按平导施工，作为右线隧道施 工的辅助坑道，待右线隧道贯通后，再将平导扩挖为左线隧道。平导的设计应考虑地质探洞、 施工通风

2、、运输、排水和增加工作面等多项功能。主要地质情况为泥岩夹砂砾岩，砂岩夹泥 岩及砾岩，遇水易软化和风化，具有弱膨胀性。总指要求全力抢平导进度,月进度指标 340m/ 月,并计划2003年 12 月 16日左线出口平导与12#斜井贯通。1.2 隧道出口平面示意图（见图1）1.3平导与隧道的断面关系图（见图 2）1.4进度情况乌鞘岭隧道左线出口横洞于 2003 年 3 月 9 日开工,4 月 12 日掘进至正洞交点里程 DK182+900,自4月13日至8月25日，一直是从横洞进入正洞平导施工,8月26日以后，左线 出口与正洞平导的有轨运输正式形成,故弃碴直接运至隧道正洞洞口。自 4 月 13 日至

3、 11 月 4日正洞平导与12#斜井贯通，历时206天，平导掘进2377m,日平均进尺11.54m，其中9月 份月掘进 411m, 为集团公司平导掘进历史最好成绩, 在乌鞘岭隧道平导大战中反响强烈, 得 到总指一致好评。具体进度见表1。图1：出口平面示意图日期天数进度(m)日完成(m)表1:平导施工进度表2003.4.134.2513755.774.26s5.253032510.835.26s6.253134811.236.26s7.253035611.877.26 s8.253136011.61& 26s9.253137812.199.26s10.253041113.710.26sll.41

4、012412.4平导合计206237711.542、施工方法隧道采用自制简易钻爆平台，人工手持风钻钻眼，全断面开挖，WZ160挖装机装碴,P50 轨双线有轨运输,湿喷砼临时支护,考虑到尽量避免给今后扩挖带来困难,故仅在局部围岩破 碎段布设锚杆挂网, 喷砼时增加微纤维掺量。3、施工组织3.1 施工循环网络图根据平导地质情况、空压机风力、供水及机械运输能力，确定掏槽眼深度为4.0m，其它 炮眼深度为3.8m,每循环进尺3.5m左右，实行二班制作业，一天四循环。各工序具体时间安 排详见（图 3：平导作业循环施工网络图）。3.2资源配备3.3.1主要机械配备表（见表2）3.3.2 各班人员情况表（见表

5、 3）3.3 钻爆法开挖3.3.1 开挖施工部署自制简易钻爆平台长6.0m,宽5.0m,轨距4.3m,为了铺设时简便,平台轨道采用P24轨。 平台为两个作业层，底层高3.1m,上部最大作业高度2.41m,除最顶部3个炮眼外，其余炮眼 均在合适的高度上施钻。打眼时坚持定人、定机、定位的原则，一旦确定，不允许变动。 2 个钻眼区域工作内容见表4图3：平导作业循环网络图拉软风水管15（两个钻眼区域工作内容表）Q局部设锚杆50出碴准备15G(5)装碴接台车道测量、画弓丿100 牛 10 丰 1510!:亠、喷混凝土！台车逐渐靠拢I 局部找顶80Q钻眼眼+130、眼炮洗D5道车台清02进入下道工序退台车

6、、点炮10511说明：1、双箭头线路为关键线路2 、时间单位以分钟计 , 一循环为 340 分钟。3 、炮眼深度为 3.8m, 一环进尺 3.5m 。4、装碴机两台一前一后同时挖装，装一矿为 8min ，一茬炮大约为 9 矿。5 、开挖、运输各二个小班组，一天 4 个循环。3.3.2 钻 爆 设计 良好的爆破效果是平导掘进的关键,多次实践证明:采用双层楔形掏槽方 式能取得最佳效果,每循环 3.5m 左右的进尺,能很好地同装碴、 运输能力相配 套。可以看到，平导开挖轮廓圆顺，超欠挖得到有效控制，基本上能达到光 爆要求。(钻爆设计见图 4)3.4 运 输采用 P50 轨双线运输,轨距 900mm,

7、 相邻两线钢轨间距 1300mm, 正线每 250m 左右设一道岔,充分利用重矿下坡,空矿上坡的自然坡度优势,经过现场 精心组织,合理调配,取得了较好的效果。出碴时间控制在 2小时以内，基本杜 绝了电瓶车、 梭矿掉道现象的发生。表2:主要机械设备配备表序号机械名称型号数量备注1空压机Y31M2-8620m 32内燃发电机400GFB-W42备用3电瓶车三环、克林顿104梭矿SD-14105充电机KGA-120/260106风钻Y128307简易钻爆台车自制18扒碴机WZ1604其中2台备用9湿喷机DK9613其中1台备用10砼搅拌站HJZJ2521台为喷砼料11注浆泵YSB-41备用12轨行式

8、灌车JCGY-6313多级抽水30kw214潜水泵4掌子面抽水用15装载机ZLC40B216自卸汽车康明斯1017鼓风机110KW2天津产18简易喷砼平台自制1表3:各.班 人.员.-情况工序开挖（含锚杆布设）运输（含喷砼运料）接养 道喷砼搅拌 站综合 班合计人员46423016816158表4:两个钻眼区域工作内容表区域J钻眼人 数风钻台 数炮眼 个数装药量（kg）备注下层1275898.7局部底部掏碴上层1063842.75局部布设锚杆表5： III级围岩光爆装药参数表孔位 代号炮眼分类炮眼 个数雷管段数炮眼长 度米炮眼装药量每孔药卷 卷单孔装药量 Kg合计药量 Kg1掏槽眼11214.0

9、162.428.82掏槽眼21034.0142.121.03扩槽眼1533.8101.89.04扩槽眼21353.881.519.55周边辅助眼2073.881.224.06周边眼27113.850.7520.257底板眼9113.8142.118.9合计96141.45图4:平导钻爆设计图260rl260III级围岩炮眼布置图表6： III级围岩光爆经济指标表序号项目单位数量1开挖断面积m228.042预计每循环进尺m3.503每循环爆破石方量m398. 144炮眼总数个96.005钻孔总长度m369.26毫秒雷管用量个105.007炸药用量Kg141.458比钻眼数个/ m30.9789比

10、钻眼量m/ m33.7610比装药量Kg/ m31.4411单位体积岩体耗用雷管发/ m31.0712预计炮眼利用率%92.103.5 通 风乌鞘岭属于高原 地区，海拔 2500m 以上 ，对于独头掘进的平 导来说，当 掘 进 超 过 1000m 以 后 ，通 风 显 得 愈 加 重 要 。采 用 两 台 110kw 鼓 风 机 串 联 安 设 在横洞洞口，压入式通风至掌子面，直至 2377m 平导贯通。通 风管为柔性风 筒布，直径 为 110cm ，挂设 在线路 左侧 拱脚处。 采用拉 链及反 边接头连接， 端头离掌子面不超过 15m ，一般在 15min 内可以使掌子面空气得到净化。软 风

11、管有专人负责连接，一旦发现破损及时进行修补，使之做到紧、直、顺、 严，确保通风效果。4、结束语乌鞘岭隧道平导的施工实践，为钻爆法有轨运输提供了经验。左线平导 的提前胜利贯通，极大地鼓舞着我们去争取更大的成功。山隧道工程管理部 邹凯摘 要 通过测量终南山隧道的动力供风风压，计算所需风量，从而确定满足施工所需 的空压机数量，并进行动力供风方案设计。关键词：隧道 动力供风 设计西安至安康的高速公路是陕西省在2001 年底开始投资兴建的连接陕南地区的一项重点 工程，它的建成通车将为陕南地区经济的腾飞发挥深远的影响。秦岭终南山特长公路隧道全 长18020m，位于陕西省长安与柞水两县之间的秦岭山区，北口里

12、程为K64+796,位于长 安县石砭峪乡石砭峪河右岸；南口里程为K82+816,位于柞水县营盘镇太峪河右岸，是亚 洲第一长公路隧道。它是该项工程的重中之重，该隧道的贯通直接关系到整个工程的竣工。 我单位目前正在施工该隧道的第一标段，本标段为K64+796-K67+796,长3000米的全部土 建工程。该隧道设计开挖断面面积为III类围岩106.14m2, IV类围岩88.23m2, V类围岩85.82 m2 （围岩分类按铁道部旧标准）。工程施工采取单口掘进方式，开工日期为2002年2月18 日，竣工日期为 2003 年 8 月 31 日。1 最初的施工方案在最初的终南山隧道施工组织设计中，隧道

13、开挖采用新奥法施工，洞口II类围岩采 用大管棚预注浆超前支护上下台阶法开挖，必要时上台阶留核心土。上台阶钻眼采用风钻钻 眼，人工翻碴至隧道下部。下台阶钻眼采用Super316G三臂台车III、V及V类围岩采用全 断面开挖，开挖时采用一台三臂台车和一台两臂台车并行打眼。终南山隧道自2002年2月18日正式开工以来，由于原开挖方案采用两台台车钻眼，从 台车钻眼到放炮正常情况下需要3小时30分钟。由于凿岩台车是进口设备，配件和钻具的 价格都很昂贵，据统计， 2002年4月份，油料、配件和钻具的消耗金额高达42万元多；同 时三臂台车已经使用了6年，存在着故障率较高的问题，一旦在钻眼时出现故障，整个钻眼

14、 放炮过程会长达5至6个小时。为了缩短打眼放炮时间，提高施工进度，降低生产成本，决 定自2002年5月份改变开挖方案，使用自制简易开挖台车钻眼，台车上安装27台风钻。为 此，终南山隧道依据经验配备了6台20m3/min的电动空压机以提供动力风，以一根150 的钢管作为风管，从钢管到简易开挖台车采用4根内径为25mm的胶管相连。终南山隧道需 要使用动力风的设备有27台YT28型风钻，额定风压6.3 kg/cm2,最低工作风压4.5 kg/cm2； 2台TK961型喷浆机（用于隧道的初期支护），额定风压5.5 kg/cm2，最低工作压4 kg/cm2。到2002年7月17日，终南山隧道开挖累计已达

15、1230m。随着隧道掘进的不断深入， 以及洞内还有2台喷浆机随时准备进行喷浆作业，动力供风出现严重不足的现象，6台20 m3/min的电动空压机供风已不能满足施工生产所需，需要重新设计动力供风方案。2 动力供风风压量测2002年7月18日12:30至15:00,我们对隧道内里程为K65+996段供风钢管内的风压 （距洞口 1200m）及简易开挖台车顶上的风压（距洞口 1230m）进行了测量。测量结果见表 一。在15：00至16：00这段时间内，我们每间隔10分钟测量一次钢管内风压和台车顶上 风压。在这段时间内，风钻使用的数量在不断减少，此时管道内的最大风压为6.4 kg/cm2, 最小风压为5

16、.4 kg/cm2；台车顶上的最大风压为5.8 kg/cm2，最小风压为4kg/cm2。同时， 我们对空压机房中风包的风压也进行了测试，空压机房中风包的风压为6.58kg/cm2。当 简易开挖台车钻眼时， 6台空压机一直在满负荷工作，没有回风现象，风包中最大风压为为6.5 kg/cm2,属超负荷运行。风压测量结果表 表风包内风压（kg/cm2）喷浆机（2台TK961）简易开挖台车（27台风钻）测量点风压（kg/cm2）钢管内台车顶上6.5 8不工作不工作6.561台工作不工作6.35.82台工作不工作6.15.7不工作工作5.6 63.5 5.21台工作工作5.4 5.74 4.52台工作工作

17、5.3 5.73.8 4.5从上面的测量记录上我们可以看出，钢管到简易开挖台车这段距离损耗的最小风压为0.4kg/cm2,损耗的最大风压为2.1 kg/cm2，说明橡胶风管的通过风量的能力太小。从现场的风压测量结果反映出存在着风压过低的问题。通过对风包内风压和开挖台车上 的风压进行测量，发现在简易开挖台车钻眼时风包内风压最大值为6.5 kg/cm2,空压机不 回风，而且在用风的高峰期即27 台风钻和两台喷浆机同时作业，而开挖台车上的风压最大 值只能达到4.5 kg/cm2, 一般在44.5 kg/cm2之间变化，有时还会降至4 kg/cm2以下， 不能满足风钻对风压的要求（4.56.3 kg/

18、cm2）。从施工生产的实际情况和对风压的测量结果都反映出 6 台电动空压机供风已无法满足 施工生产所需，需要重新进行动力供风方案的设计。3 动力供风方案设计3.1、供风设计方案的设计思路为了满足施工工期的要求，终南山隧道自2002年8月份开始，每月掘进应超过300m， 每天至少要有三个作业循环，每循环进尺3.5m以上。每个作业循环时间必须控制在8小时 以内，其中通风找顶时间需要40分钟，初喷混凝土时间需要1小时，出碴需要3小时，台 车就位需要15分钟，测量布眼需要25分钟，爆破需要10分钟，因此钻眼装药时间不能超 过2小时30分钟。为了保证能在2小时30分钟之内完成钻眼装药， 27台风钻必须同

19、时开 钻。由此可以计算出总的所需风量，并进行动力供风方案设计。3.2、所需动力风量的计算空压机站的供风能力应综合考虑完成3000m的开挖任务、同时工作的各种风动机具的最 大耗风量和管道漏风系数等因素而定，通过计算出总耗风量以确定所需空压机数量。总耗风量 Q 总的计算：Q总=（Q） X （1+6 ） XkXkm （m3/min）（此公式摘自中国铁道出版社出版的遂 道）式中：工Q风动机具同时工作耗风量总和；工 Q=（工 q） Xqn （m3/min）6 空压机储备系数（包括轮流定检、临时高峰负荷或故障处理等因素），电动空压机 为0.300.50，这里取6 =0.40；k空压机本身磨损而引起效率降低

20、的修正系数，一般采用1.051.10，取k=1.05； km不同海拔高度增加高压风耗风量的修正系数，见表二。终南山隧道洞口海拔高度为896m，故取km=1.1；不同海拔高度增加高压风耗风量的修正系数表 表二海拔高度工作压力（kg/cm2）(m)455.56.373051.031.031.031.031.036101.061.061.071.071.079141.101.101.101.101.1012191.131.141.141.141.14其中：qn管道漏风系数，见表三。管道漏风系数表表三管道总长度（km）2漏风系数（qn）1.101.151.2由于隧道单口掘进3000m，故取qn=1.2

21、工q同时工作的各种风动机具耗风量：工 q=NXqXk 同Xk 磨（m3/min）其中：N使用台数，取N=27；q每台设备耗风量，风钻q=3.0 m 3/min,喷浆机q=8.0 m3/min k 同同时工作系数，见表四。因为同时工作的风钻有27台，K同=0.8；k磨一风动机具磨损系数，凿岩机取1.15，喷浆机取1.10oXq=27x3.0x0.8xl.l5+2x8.0x0.8x1.10=88.6 m3/minXQ=Xqxqn=88.6xl.2=106.32 m3/minQ 总=XQx （1+8） xkxkm=106.32x（1+0.4）x1.05x1.1=172m3/min同时工作系数表表四风

22、钻其它风动机具同时工作台数k同值同时工作台数k同值1101 0.8521.0 0.7511 300.85 0.7530.75 0.60300.75 0.6540.60 0.55终南山隧道工地原有20 m3/min的电动空压机6台，总供风能力为120 m3/min，与理论 计算值差52 m3/min,供风能力不能满足要求。从理论计算和现场测试都反映出原有的动力供风设计方案存在着严重不能满足施工生 产所需的问题，需要新增3台20m3/min的电动空压机，才能满足开挖3000m隧道的用风量 需求。由于喷浆作业与掌子面钻眼不一定同步进行，为了减少动力风在风管中的损耗，可以 将1台电动空压机单独放在洞内

23、，专供喷浆机使用。3.3 通风管道的设计3.3.1 钢管直径的选择原供风方案采取一根150的钢管供风。按照最低风压为6.3 kg/cm2、风管长度超 过3000m和耗风量172 m3/min,钢管直径应选330mm（参考隧道P452页 钢管直径选 择参考表 确定），但施工现场只有150的钢管，因此只有将两根150的钢管并联供风。3.3.2 橡胶风管的选择原设计方案是采取4根内径为25mm的30m长的橡胶管将钢管与开挖台车相联， 这就是造成钢管到台车顶上风压损失最大为2.1 kg/cm2的重要原因，因为其通过风量的能力 太小，加大了风压损失，不能满足 27 台风钻同时开钻。新供风方案采取 4 根

24、内径为 50mm 的橡胶管将钢管与开挖台车相联，其总的通过风量的能力为80 m3/min,满足27台风钻同时 开钻的所耗风量，也减少了风压损失。4 新供风方案的实际效果2002年7月26日，终南山隧道新增了 3台20m3/min的电动空压机，其中2台安装在 隧道外的空压机机房中，另1台为无机座式电动空压机，单独放在洞内，专供喷浆机使用。 并重新对风压进行了测量，测量地点距洞口 1300m，测量结果如下：台车未开钻时，管内 风压为7.8 kg/cm2，台车顶上风压为7.5 kg/cm2；台车开钻时，管内风压为7.2kg/cm2, 台车顶上风压在6.16.6kg/cm2之间波动，完全满足风动凿岩机

25、对风压的要求。并且整个 钻眼放炮时间缩短到了2小时25分钟，大大缩短了作业循环时间，提高了施工生产进度， 也降低了生产成本。2002年8月份，终南山隧道完成单口掘进365m，创下了新的全国记录。5 结语在进行隧道动力供风方案设计时，应根据施工工期的要求确定每月的生产任务，再由生 产任务确定需要使用动力风的设备的种类和数量，并计算出总的需风量，最后确定空压机的 数量。同时，在计算总的需风量时，一定要综合考虑管道漏风系数、不同种类的风动设备的 同时工作系数、风动设备的磨损系数、空压机的储备系数和磨损系数以及海拔高度增加高压 风耗风量的修正系数。在选择供风管道的内径时，一定要考虑其通过风量的能力。这样，才 能达到既能完成生产任务又能降低生产成本的目的。