小斷面隧道及其附屬大直徑深豎井開挖出渣施工技術應用

孫柏坤 于起洋 王秋松 張雷雨

【摘 要】開挖出渣作業(yè)是隧道開挖支護施工的重要工序，而隧道施工中經(jīng)常會遇到豎井，豎井的出渣難度大，其施工效率的高低將直接影響隧道的施工進度，因此采用合理高效的施工方法將對隧道的施工帶來有利影響。本文即是通過設備的選型、開挖出渣配套組合技術的研究，在小斷面隧道及其附屬大直徑深豎井中的應用，實現(xiàn)了小斷面隧道的快速施工技術，加快了工程進度，提高施工效率。

【關鍵詞】小斷面隧道；大直徑深豎井；開挖；出渣

1、引言

隧道工程是埋置于地下用于某種特定功能的建筑物。隨著國內(nèi)交通設施建設的范圍不斷擴大，在鐵路、公路、航運、水工、市政及采礦等工程建設領域，均涉及到了大量的隧道工程[1-2]。隧道施工常因某些設計功能、改善通風和加快施工進度等方面的需要，而增加垂直豎井。豎井的出渣難度大、效率低，經(jīng)常是影響隧道施工效率的關鍵因素。

本文結(jié)合肯尼亞供水隧道1期工程實例，詳細介紹了小斷面隧道銑挖式扒渣機開挖、洞內(nèi)有軌運輸裝渣和運輸、豎井雙梁門式起重機出渣等配套組合施工技術，通過上述技術的組合，有效提高了隧道的開挖出渣施工效率，為縮短隧道施工工期提供保障。

2、工程概況

肯尼亞供水隧道總長11.712km，縱向坡度0.15%，隧道開挖斷面為馬蹄型，襯砌后直徑為3m，圍巖以堅硬的火山碎屑巖為主，在樁號5+503處設計有一座Irati豎井，豎井的直徑12m，深49.697m，井底處分上下游兩個工作面，上游工作面控制進尺為853m、下游工作面控制進尺為1134m。

3、施工設備選型

隧道開挖出渣設備的選型與設備自身的外形尺寸、工作效率、地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)設計特點等有直接的關系[3-5]。

3.1開挖設備選型

開挖設備的選型與地質(zhì)圍巖條件息息相關，本隧道圍巖條件為堅硬的火山碎屑巖，巖石強度相對較低，因洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境要求較高，優(yōu)先考慮電動機械設備。經(jīng)研究決定，本隧道開挖設備采用ZWY-150/160L型銑挖式扒渣機，扒渣機尾部可配套二運皮帶進行渣土運輸。

3.2出渣設備選型

洞內(nèi)運輸方式一般可分為有軌式和無軌式，出渣方式的選擇與斷面尺寸、工作面進尺和施工進度要求等有關?？紤]到本項目隧道斷面小、洞內(nèi)作業(yè)空間狹窄，錯車難度大，決定采用有軌運輸方式進行出渣，除特殊路段外，所有的軌道按中心線布置為單線軌道，為保證洞內(nèi)交通順暢，提高出渣效率，每隔700m設置一個錯車道，以滿足出渣作業(yè)需要。裝渣設備采用5m3渣土運輸車，牽引動力設備采用CTY12/6GB型蓄電池式電機車。

豎井的出渣設備選型與場地布置、豎井尺寸、豎井深度等有關，設備的選型難度大。Irati豎井直徑較大，深度達50m，選用的出渣設備為25T雙梁門式起重機，該類起重機為雙梁門式結(jié)構(gòu)，通過軌道運行，軌道端頭安裝有限位器，通過傳感器自動進行限位。

3.3配套施工設備組合形式

經(jīng)過上述設備選型，最終選定本項目隧道開挖出渣配套設備組合形式為ZWY-150/160L型銑挖式扒渣機+二運皮帶+CTY12/6GB型蓄電池式電機車+5m3渣土運輸車+25T雙梁門式起重機。

4、施工技術要點

4.1施工工藝

銑挖式扒渣機開挖雙梁門式起重機出渣施工工藝流程為：設備就位→銑挖式扒渣機開挖→渣土經(jīng)二運皮帶傳輸→渣土運輸車裝渣→電機車牽引運輸→雙梁門式起重機提升→井口卸渣。

4.2主要施工方法

（1）設備就位：扒渣機與二運皮帶就位，并確保二運皮帶緊隨扒渣機前移，多臺渣土運輸車串聯(lián)后經(jīng)電機車牽引至皮帶機下方準備裝渣。

（2）銑挖式扒渣機開挖：將扒渣機頭更換成銑挖頭對洞內(nèi)掌子面巖石進行銑挖和切削，根據(jù)測量放樣的開挖輪廓線，操作扒渣機銑挖頭上下左右移動進行銑挖，將巖石破碎成粉末碎屑狀。

（3）出渣及二運皮帶傳輸：銑挖過程中可通過扒渣機履帶推進鏟取巖石送入自身的刮板輸送機，輸送機從尾部將渣土卸入二運皮帶上，通過二運皮帶傳輸至渣土運輸車內(nèi)，同時可利用反鏟挖掘臂扒取遠處的巖石，也可以用鏟斗來清理工作面。

（4）有軌運輸出渣：渣土運輸車二運皮帶下方等候裝渣，當渣土裝滿后由電機車牽引至豎井井底位置，機車與渣土運輸車分離，下放起重機鋼絲繩進行渣土車吊裝。

（5）雙梁門式起重機提升和卸渣：通過回收起重機鋼絲繩將渣土車廂吊起，提升至井口卸料平臺處，利用起吊軸將渣土車底部勾住，下放起吊裝置，使車廂翻轉(zhuǎn)棄渣，棄渣完畢后提升起吊裝置至平穩(wěn)后放入底盤內(nèi)，如此循環(huán)直至完成該循環(huán)的開挖出渣作業(yè)。

4.3主要技術特點

通過采用上述成套開挖出渣施工技術，具有開挖出渣效率高、安全性能強、洞內(nèi)無需二次轉(zhuǎn)運等優(yōu)點。

（1）開挖出渣效率高：銑挖機開挖破巖能力強，可有效縮短洞內(nèi)開挖時間；起重機安裝技術成熟，渣土車及其他設備均可通過龍門吊吊裝至井底，且起重機與渣土運輸車聯(lián)合出渣，渣土車單次運輸量大、起重機提升能力強、提升速度快，出渣效率明顯提高。

（2）安全性能強：起重機自身具有防止失效的安全制動裝置（抱閘系統(tǒng)），當出現(xiàn)故障或者起吊過程中出現(xiàn)故障，起重機自身將停止運作，安全方面明顯得到保證；起重機為雙梁門式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強，對惡劣氣候條件的抵抗能力強；起重機軌道端頭安裝位限位器，當軌道運行至端頭處，傳感器將自動進行限位，安全保障。

（3）洞內(nèi)無需二次轉(zhuǎn)運：采用雙梁門式起重機與渣土運輸車聯(lián)合出渣，洞內(nèi)由銑挖式扒渣機裝渣，將渣土裝運至渣土車內(nèi)，有軌運輸機車牽引渣土運輸車進行運輸，起重機起吊并卸渣至洞口臨時堆渣區(qū)或自卸車內(nèi)，洞內(nèi)無需進行二次轉(zhuǎn)運，提高出渣效率。

5.結(jié)論

通過對小斷面隧道及其附屬大直徑深豎井開挖出渣設備進行選型，隧道內(nèi)采用銑挖式扒渣機開挖有軌運輸出渣，豎井采用雙梁門式起重機提升的組合形式進行施工，在設備的組合形式和開挖出渣配套技術等方面都進行了創(chuàng)新，提高了施工效率，確保工程施工進度。上述施工技術的成功應用，可為類似工程施工提供借鑒和參考，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

【參考文獻】

[1] 張雷雨.小斷面隧道有軌聯(lián)合斜井無軌出渣技術探討[J]；電力勘測設計，2018（09）：69-73.

[2] 劉寶許，高崇霖，王巍，胡文廣.特長公路隧道超大直徑深豎井機械化施工技術[J]；筑路機械與施工機械化，2008（05）：17-19，8.

[3] 熊軍華.隧道施工中的機械設備配套技術[J]；設備管理與維修，2018（Z1）：98-99.

[4] 鐘金洲.高速公路隧道施工中的設備選型配套與經(jīng)濟性分析[J]；黑龍江交通科技，2014，37（01）：155-156.

[5] 徐愛民，尹復辰，郭小紅.雪峰山隧道3號豎井天井施工[J]；中南公路工程；2006（06）：131-134.