三聯(lián)隧道輔助坑道優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、    三聯(lián)隧道輔助坑道優(yōu)化設(shè)計(jì)    摘要:針對(duì)六沾鐵路三聯(lián)隧道w4標(biāo)整體進(jìn)度滯后的現(xiàn)狀，為保證工期得以實(shí)現(xiàn)，通過科技創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，將三聯(lián)隧道輔助坑道做進(jìn)一步的優(yōu)化，1#斜井10#、11#橫通道及區(qū)間平導(dǎo)擴(kuò)大為有軌雙車道斷面，2#斜井增設(shè)迂回平導(dǎo)等方式進(jìn)行切實(shí)可行的優(yōu)化，為三聯(lián)隧道現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)。關(guān)鍵字:輔助坑道 迂回平導(dǎo) 優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)： s611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a0引言隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，長大山嶺隧道不斷出現(xiàn)。為了縮短工程建設(shè)工期，長大隧道一般需要設(shè)置輔助坑道。通常采用的輔助坑道有橫洞、平行導(dǎo)坑、斜井和豎井4種型式來實(shí)施“長隧短打

2、”方案。各類輔助坑道的凈空必須滿足運(yùn)輸設(shè)備提升、設(shè)備進(jìn)洞、通風(fēng)、排水和安全間隙等要求，只有合理有效的利用輔助坑道才能實(shí)現(xiàn)“長隧短打，快速施工”的目的。1工程概況三聯(lián)隧道位于云南省境內(nèi)新背開柱車站出站端，為雙線隧道，進(jìn)口里程dk300+387，出口里程d1k312+601，全長12214m，設(shè)計(jì)行車速度160km/h，凈空限界并滿足通行雙層集裝箱要求。三聯(lián)隧道最大埋深約220m，地質(zhì)條件差，隧道區(qū)域發(fā)育6條斷層和1個(gè)向斜。隧道進(jìn)口下穿既有貴昆線，并位于丁家村滑坡及錯(cuò)落體內(nèi)，隧道中部約1080m范圍分布宣威群煤系地層，含媒約20層，層厚0.022.37m，煤層瓦斯含量為10.5912.87m3/t

3、，煤層瓦斯壓力為0.38343.2290mpa，c2、c3層媒與瓦斯具突出危險(xiǎn)性。1#斜井工區(qū)為高瓦斯工區(qū)。三聯(lián)隧道是改建鐵路貴昆線六盤水沾益段全線最長隧道和最重要的控制性工程。合同工期為2008年6月13日至2011年12月12日，合計(jì)42個(gè)月。2輔助坑道原設(shè)計(jì)情況隧道進(jìn)口至d1k305+080段4693m隸屬外資3標(biāo)范圍，d1k305+080至隧道出口段7521m隸屬外資4標(biāo)范圍。全隧輔助坑道采用2個(gè)斜井+2段平導(dǎo)方案，各標(biāo)段的輔助坑道型式如圖1所示。圖1 原設(shè)計(jì)各標(biāo)段輔助坑道型式圖w3標(biāo)：隧道進(jìn)口端線路右側(cè)設(shè)置有軌單車道運(yùn)輸平導(dǎo)一座，全長3108m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m

4、高。w4標(biāo)：隧道中部線路右側(cè)設(shè)置有軌單車道運(yùn)輸平導(dǎo)一座，全長1342.95m，凈空尺寸3.5m寬×3.6m高。1#斜井設(shè)于線路右側(cè)，主井與正洞相連，副井與中部平導(dǎo)相連，主井斜長411.56m，采用有軌雙車道運(yùn)輸，凈空尺寸5.65m寬×3.4m高，副井斜長378.67m，采用有軌單車道運(yùn)輸，凈空尺寸3.5m寬×3.3m高；2#斜井設(shè)于線路左側(cè)，斜長441.25m，采用無軌雙車道運(yùn)輸，凈空尺寸7m寬×6.5m高。3優(yōu)化設(shè)計(jì)原由3.1 工期因素三聯(lián)隧道于2008年6月開工，截止2009年11月10日，三聯(lián)隧道1#斜井、2#斜井正洞尚余4068m未開挖，平導(dǎo)還剩

5、余159.95m未開挖，具體如下：1#斜井工區(qū)：1#斜井主副井均已開挖完成；正洞掌子面里程d1k305+860，掘進(jìn)780m；中部平導(dǎo)掌子面里程pdk306+290，掘進(jìn)1183m；2#斜井已經(jīng)開挖完成，向進(jìn)口方向正洞掌子面里程為d1k309+735，掘進(jìn)1490 m，向出口方向掌子面里程為d1k312+413，掘進(jìn)1188m；正洞還剩余4068m未開挖，平導(dǎo)還剩余159.95m未開挖。施工現(xiàn)狀具體見圖2。圖2 施工現(xiàn)狀圖根據(jù)近年來各線鐵路施工現(xiàn)狀調(diào)查、工程經(jīng)驗(yàn)及工程類比，并結(jié)合三聯(lián)隧道本身的地質(zhì)特點(diǎn)，施工圖中各級(jí)圍巖采用的綜合進(jìn)度指標(biāo)如表1。表1綜合進(jìn)度指標(biāo)（m/月）正洞 圍巖 普通地段 煤

6、系地段 130 90 50 40平導(dǎo) 圍巖 有軌單車道 200 150斜井 圍巖 有軌單車道 有軌雙車道 無軌雙車道 230 200 200 180 150 150 120 100 100按照設(shè)計(jì)施工組織，三聯(lián)隧道兩工區(qū)實(shí)際開挖日期推算截止2009年11月10日各工區(qū)的掌子面里程：1#斜井工區(qū)：1#斜井主副井本身均已開挖完成，正洞掌子面里程d1k306+735，掘進(jìn)1655m，中部平導(dǎo)掘進(jìn)完畢，掘進(jìn)1342.95m；2#斜井工區(qū)：2#斜井本身已經(jīng)開挖完成，向進(jìn)口方向正洞掌子面里程d1k309+572，掘進(jìn)1653m，向出口方向正洞掌子面里程d1k312+164，掘進(jìn)939m。由此可以看出現(xiàn)場(chǎng)施

7、工情況：1#斜井工區(qū)：因1#斜井工區(qū)正洞及平導(dǎo)變形較為嚴(yán)重，進(jìn)度緩慢，正洞掘進(jìn)滯后875m，中部平導(dǎo)掘進(jìn)滯后159.95m；2#斜井工區(qū)正洞掘進(jìn)滯后54m。根據(jù)施工現(xiàn)狀及實(shí)際統(tǒng)計(jì)綜合進(jìn)度指標(biāo)分析：中部平導(dǎo)綜合進(jìn)度120m/月、揭煤地段平導(dǎo)進(jìn)度60m/月；正洞級(jí)圍巖120m/月、級(jí)圍巖75m/月、級(jí)圍巖45m/月、揭煤地段正洞35m/月。從2009年11月10日起，完成隧道剩余的4068m需27.04個(gè)月，即土建工程完工日期為2012年2月11日，該工期不能滿足業(yè)主要求的工期，將推遲約4.5個(gè)月。3.2 高瓦斯安全因素根據(jù)2009年4月8日，成都局六沾復(fù)線高瓦斯隧道方案研討會(huì)專家意見確定三聯(lián)隧道

8、為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，為提高瓦斯突出隧道施工安全度，采取加大瓦斯工區(qū)通風(fēng)能力的方式，進(jìn)一步降低瓦斯的安全風(fēng)險(xiǎn)。1）通風(fēng)系統(tǒng)的百米漏風(fēng)率由設(shè)計(jì)的1.8%改為按鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范上限2.0%取值，以提高通風(fēng)的保證率。2）瓦斯涌出不均衡系數(shù)取高值2.0，以提高通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)瓦斯異常涌出的適應(yīng)性。根據(jù)正洞揭煤的工況對(duì)隧道的施工通風(fēng)進(jìn)行計(jì)算，可以得出通過宣威群煤層時(shí)所需的風(fēng)機(jī)及風(fēng)管參數(shù)，見表2。表2 通過群煤層的風(fēng)機(jī)及風(fēng)管參數(shù)項(xiàng)目 需風(fēng)量（m3/min） 風(fēng)機(jī)風(fēng)量（m3/min） 風(fēng)管風(fēng)速（m/s） 平導(dǎo)回風(fēng)速（m/s）條件一 條件二 條件三 條件四宣威群煤 正洞 230 1258 746 1880 2038

9、9.23 3.88通過計(jì)算可知，由于隧道需風(fēng)量加大需選用2根1.5m的風(fēng)管，更有利于保證施工安全。僅考慮通風(fēng)需要，不考慮工期要求時(shí)，平導(dǎo)斷面在施工圖的凈空基礎(chǔ)上需加高1.35m，凈空尺寸為3.5m寬×4.95m高；如果同時(shí)兼顧瓦斯排放及揭煤、過煤施工通風(fēng)和工期要求，10#橫通道作為從平導(dǎo)至11#橫通道進(jìn)入正洞掌子面施工的運(yùn)輸通道，為盡量爭取多開工作面，加快施工進(jìn)度，將10#、11#橫通道及區(qū)間370m平導(dǎo)斷面加寬1m，兼有有軌雙車道運(yùn)輸功能，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。中部平導(dǎo)擴(kuò)大平面示意圖見圖3。圖3 中部平導(dǎo)擴(kuò)大平面示意圖凈空?qǐng)D見圖4。圖4 平導(dǎo)凈空斷面圖4優(yōu)化

10、方案的比選4.1方案1：新增3#斜井方案采用無軌運(yùn)輸，此方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)地堪測(cè)，初步擬定了兩個(gè)新增3#斜井的方案，由于新增用地困難較大，該方案投資大，斜井自身長度1.5km，工期不能保證，在專家論證會(huì)時(shí)予以否定。4.2方案2：延長中部平導(dǎo)方案將平導(dǎo)從1342.95m（平導(dǎo)端里程d1k306450）延長至1992.65m（d1k307100）（增加650m），通過揭煤段另開工作面，見圖5三聯(lián)隧道1#斜井中部平導(dǎo)延長平面示意圖 。圖5 三聯(lián)隧道1#斜井中部平導(dǎo)延長平面示意圖中部平導(dǎo)進(jìn)入煤系地層后實(shí)際圍巖地質(zhì)較差，平導(dǎo)開挖初支后，還必須進(jìn)行及時(shí)施工仰拱砼，并對(duì)部分圍巖進(jìn)行注漿加固，因此進(jìn)度指標(biāo)在設(shè)計(jì)

11、級(jí)150m/月的基礎(chǔ)上折減30%，僅達(dá)到100m/月。平導(dǎo)揭煤瓦斯排放時(shí)間暫按2個(gè)月計(jì)算，平導(dǎo)揭煤進(jìn)度指標(biāo)按設(shè)計(jì)級(jí)150m/月的基礎(chǔ)上折減50%，按75m/月預(yù)計(jì)。平導(dǎo)穿過煤層進(jìn)入正洞考慮受有軌運(yùn)輸、斜井提升，以及正洞揭煤瓦斯排放施工干擾等因素，施工進(jìn)度指標(biāo)按設(shè)計(jì)級(jí)90m/月的基礎(chǔ)上折減20%，按70m/月預(yù)計(jì)，土建工程完工日期為2011年9月30日，能滿足工期要求。但由于需要二次揭煤，安全風(fēng)險(xiǎn)大，在專家論證會(huì)時(shí)予以否定。4.3方案3： 2#斜井內(nèi)增加平導(dǎo)方案由于1#斜井為高瓦斯工區(qū)，按原施工圖要求施工至d1k307+740時(shí)，施工能力已飽和，沒有能力承擔(dān)更多的施工任務(wù)，為保證工期，原由1#斜

12、井承擔(dān)的部分施工任務(wù)調(diào)整由2#斜井工區(qū)施工。在2#斜井內(nèi)正洞d1k309+330里程處，向進(jìn)口方向增設(shè)單車道無軌運(yùn)輸平導(dǎo)，增設(shè)橫通道，可滿足工期要求。但是增設(shè)平導(dǎo)，2#斜井工區(qū)的壓入式通風(fēng)長度超過4000m，無軌運(yùn)輸通風(fēng)困難，因此該方案必須增設(shè)通風(fēng)豎井（直徑180cm、深度約100m）。此方案經(jīng)2009年4月8日及2009年4月14日專家論證，已確定推薦采用該方案。方案比選情況見表2預(yù)選方案對(duì)比表表2 預(yù)選方案對(duì)比表方案名稱 經(jīng)濟(jì)造價(jià) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 備注方案1：新增3#斜井方案 3450萬元 1、避開了二次揭煤風(fēng)險(xiǎn)；2、減輕了2#斜井端工期壓力。 1、按最大限坡考慮，斜井至少1.5km，工期過長

13、，不能保證工期；2、需增加一套機(jī)具、臨時(shí)設(shè)施，增加管理人員；3、新增用地困難。 由于工期不能保證，在專家論證會(huì)時(shí)予以否定。方案2：延長中部平導(dǎo)方案 1350萬元 1、工地集中便于管理，所有臨時(shí)設(shè)施可利用現(xiàn)有1#斜井資源；2、工期相對(duì)有保障。 1、需要二次揭煤，安全風(fēng)險(xiǎn)大；2、平導(dǎo)煤層走向及傾角不確定，穿越煤層長度不確定；3、增加較多的瓦斯檢查、通風(fēng)費(fèi)用。 由于需要二次揭煤，安全風(fēng)險(xiǎn)大，在專家論證會(huì)時(shí)予以否定。方案3：2#斜井內(nèi)增加平導(dǎo)方案 3050萬元1、工地集中便于管理，所有臨時(shí)設(shè)施可利用現(xiàn)有2#斜井資源；2、可以工期保障。 1、通風(fēng)困難，需要增加新的通風(fēng)豎井；2、需要新增加碴場(chǎng)用地；3、平

14、導(dǎo)長度較長。 在專家論證會(huì)時(shí)推薦選用。經(jīng)濟(jì)造價(jià)的測(cè)算是采用2007年8月價(jià)格水平編制。5輔助坑道優(yōu)化方案5.1由于10#橫通道作為平導(dǎo)至11#橫通道進(jìn)入正洞掌子面施工的運(yùn)輸通道，將10#、11#橫通道及pdk305+880pdk306+250段平導(dǎo)擴(kuò)大為有軌雙車道斷面，凈空尺寸為4.5m寬×4.95m高。同時(shí)，將d1k305+115處水倉移至d1k305+120處，水倉容積由原來的30m3調(diào)整為180m3，并在平導(dǎo)pdk305+190處增加9-1#橫通道，橫通道凈空尺寸為3.5m寬×3.6m高。1#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖見圖6。圖61#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示

15、意圖5.2對(duì)2#斜井工區(qū)正洞里程d1k309+330處增加一段1900m的無軌單車道迂回平導(dǎo)，平導(dǎo)范圍為pdk307+370.34 pdk309+270.34，此時(shí)，2#斜井工區(qū)壓入式通風(fēng)長度超過4000m，此時(shí)無軌運(yùn)輸通風(fēng)的困難，為了解決通風(fēng)問題，在迂回平導(dǎo)起點(diǎn)往出口方向后退18m處增設(shè)一直徑為180cm、深度約100m的通風(fēng)豎井。2#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖見圖7。圖72#斜井工區(qū)輔助坑道優(yōu)化后平面示意圖6優(yōu)化后實(shí)施效果截止2011年1月18日，三聯(lián)隧道迂回平導(dǎo)施工870m，剩余1030m，11月份170.3m（折5.7m/d），12月份200.3m（折6.7m/d），1月份203.7m（折6.8m/d），2月份（春節(jié)放假2天）完成192m（折6.9m/d）。正洞關(guān)鍵線路剩余2105m，按目前進(jìn)度指標(biāo)施工，能滿足工期要求，優(yōu)化方案后施工情況見圖8三聯(lián)隧道施工平面示意圖。圖8三聯(lián)隧道施工平面示意圖7結(jié)束語目前在隧道工程建設(shè)中，對(duì)于工期控制性工程，為了滿足工期要求，一般是通過增設(shè)輔助坑道來增加工作面和提高施工進(jìn)度指標(biāo)兩種途徑來