三联隧道辅助坑道优化设计

摘要:针对六沾铁路三联隧道W4标整体进度滞后的现状，为保证工期得以实现，通过科技创新和经验总结，将三联隧道辅助坑道做进一步的优化，1#斜井10#、11#横通道及区间平导扩大为有轨双车道断面，2#斜井增设迂回平导等方式进行切实可行的优化，为三联隧道现场施工提供指导。

关键字:辅助坑道 迂回平导 优化设计

中图分类号： S611文献标识码： A

0引言

随着我国铁路建设事业的快速发展，长大山岭隧道不断出现。为了缩短工程建设工期，长大隧道一般需要设置辅助坑道。通常采用的辅助坑道有横洞、平行导坑、斜井和竖井4种型式来实施“长隧短打”方案。各类辅助坑道的净空必须满足运输设备提升、设备进洞、通风、排水和安全间隙等要求，只有合理有效的利用辅助坑道才能实现“长隧短打，快速施工”的目的。

1工程概况

三联隧道位于云南省境内新背开柱车站出站端，为双线隧道，进口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全长12214m，设计行车速度160km/h，净空限界并满足通行双层集装箱要求。三联隧道最大埋深约220m，地质条件差，隧道区域发育6条断层和1个向斜。隧道进口下穿既有贵昆线，并位于丁家村滑坡及错落体内，隧道中部约1080m范围分布宣威群煤系地层，含媒约20层，层厚0.02~2.37m，煤层瓦斯含量为10.59~12.87m3/t，煤层瓦斯压力为0.3834~3.2290MPa，C2、C3层媒与瓦斯具突出危险性。1#斜井工区为高瓦斯工区。三联隧道是改建铁路贵昆线六盘水—沾益段全线最长隧道和最重要的控制性工程。合同工期为2008年6月13日至2011年12月12日，合计42个月。

2辅助坑道原设计情况

隧道进口至D1K305+080段4693m隶属外资3标范围，D1K305+080至隧道出口段7521m隶属外资4标范围。全隧辅助坑道采用2个斜井+2段平导方案，各标段的辅助坑道型式如图1所示。

图1 原设计各标段辅助坑道型式图

W3标：隧道进口端线路右侧设置有轨单车道运输平导一座，全长3108m，净空尺寸3.5m宽×3.6m高。

W4标：隧道中部线路右侧设置有轨单车道运输平导一座，全长1342.95m，净空尺寸3.5m宽×3.6m高。1#斜井设于线路右侧，主井与正洞相连，副井与中部平导相连，主井斜长411.56m，采用有轨双车道运输，净空尺寸5.65m寬×3.4m高，副井斜长378.67m，采用有轨单车道运输，净空尺寸3.5m宽×3.3m高；2#斜井设于线路左侧，斜长441.25m，采用无轨双车道运输，净空尺寸7m宽×6.5m高。

3优化设计原由

3.1 工期因素

三联隧道于2008年6月开工，截止2009年11月10日，三联隧道1#斜井、2#斜井正洞尚余4068m未开挖，平导还剩余159.95m未开挖，具体如下：

1#斜井工区：1#斜井主副井均已开挖完成；正洞掌子面里程D1K305+860，掘进780m；中部平导掌子面里程PDK306+290，掘进1183m；

2#斜井已经开挖完成，向进口方向正洞掌子面里程为D1K309+735，掘进1490 m，向出口方向掌子面里程为D1K312+413，掘进1188m；

正洞还剩余4068m未开挖，平导还剩余159.95m未开挖。

施工现状具体见图2。

图2 施工现状图

根据近年来各线铁路施工现状调查、工程经验及工程类比，并结合三联隧道本身的地质特点，施工图中各级围岩采用的综合进度指标如表1。

表1综合进度指标（m/月）

正洞 围岩 普通地段 煤系地段

Ⅲ 130

Ⅳ 90

Ⅴ 50 40

平导 围岩 有轨单车道

Ⅳ 200

Ⅴ 150

斜井 围岩 有轨单车道 有轨双车道 无轨双车道

Ⅲ 230 200 200

Ⅳ 180 150 150

Ⅴ 120 100 100

按照设计施工组织，三联隧道两工区实际开挖日期推算截止2009年11月10日各工区的掌子面里程：

1#斜井工区：1#斜井主副井本身均已开挖完成，正洞掌子面里程D1K306+735，掘进1655m，中部平导掘进完毕，掘进1342.95m；

2#斜井工区：2#斜井本身已经开挖完成，向进口方向正洞掌子面里程D1K309+572，掘进1653m，向出口方向正洞掌子面里程D1K312+164，掘进939m。

由此可以看出现场施工情况：

1#斜井工区：因1#斜井工区正洞及平导变形较为严重，进度缓慢，正洞掘进滞后875m，中部平导掘进滞后159.95m；

2#斜井工区正洞掘进滞后54m。

根据施工现状及实际统计综合进度指标分析：

中部平导综合进度120m/月、揭煤地段平导进度60m/月；正洞Ⅲ级围岩120m/月、Ⅳ级围岩75m/月、Ⅴ级围岩45m/月、揭煤地段正洞35m/月。从2009年11月10日起，完成隧道剩余的4068m需27.04个月，即土建工程完工日期为2012年2月11日，该工期不能满足业主要求的工期，将推迟约4.5个月。

3.2 高瓦斯安全因素

根据2009年4月8日，《成都局六沾复线高瓦斯隧道方案研讨会专家意见》确定三联隧道为一级风险隧道，为提高瓦斯突出隧道施工安全度，采取加大瓦斯工区通风能力的方式，进一步降低瓦斯的安全风险。

1）通风系统的百米漏风率由设计的1.8%改为按《铁路瓦斯隧道技术规范》上限2.0%取值，以提高通风的保证率。

2）瓦斯涌出不均衡系数取高值2.0，以提高通风系统对瓦斯异常涌出的适应性。

根据正洞揭煤的工况对隧道的施工通风进行计算，可以得出通过宣威群煤层时所需的风机及风管参数，见表2。

表2 通过群煤层的风机及风管参数

项目 需风量（m3/min） 风机风量（m3/min） 风管风速（m/s） 平导回风速（m/s）

条件一 条件二 条件三 条件四

宣威群煤 正洞 230 1258 746 1880 2038 9.23 3.88

通过计算可知，由于隧道需风量加大需选用2根φ1.5m的风管，更有利于保证施工安全。仅考虑通风需要，不考虑工期要求时，平导断面在施工图的净空基础上需加高1.35m，净空尺寸为3.5m宽×4.95m高；如果同时兼顾瓦斯排放及揭煤、过煤施工通风和工期要求，10#横通道作为从平导至11#横通道进入正洞掌子面施工的运输通道，为尽量争取多开工作面，加快施工进度，将10#、11#横通道及区间370m平导断面加宽1m，兼有有轨双车道运输功能，净空尺寸为4.5m宽×4.95m高。

中部平导扩大平面示意图见图3。

图3 中部平导扩大平面示意图

净空图见图4。

图4 平导净空断面图

4优化方案的比选

4.1方案1：新增3#斜井方案

采用无轨运输，此方案经现场多次实地堪测，初步拟定了两个新增3#斜井的方案，由于新增用地困难较大，该方案投资大，斜井自身长度1.5km，工期不能保证，在专家论证会时予以否定。

4.2方案2：延长中部平导方案

将平导从1342.95m（平导端里程D1K306＋450）延长至1992.65m（D1K307＋100）（增加650m），通过揭煤段另开工作面，见图5三联隧道1#斜井中部平导延长平面示意图 。

图5 三联隧道1#斜井中部平导延长平面示意图

中部平导进入煤系地层后实际围岩地质较差，平导开挖初支后，还必须进行及时施工仰拱砼，并对部分围岩进行注浆加固，因此进度指标在设计Ⅴ级150m/月的基础上折减30%，仅达到100m/月。

平导揭煤瓦斯排放时间暂按2个月计算，平导揭煤进度指标按设计Ⅴ级150m/月的基础上折减50%，按75m/月预计。平导穿过煤层进入正洞考虑受有轨运输、斜井提升，以及正洞揭煤瓦斯排放施工干扰等因素，施工进度指标按设计Ⅳ级90m/月的基础上折减20%，按70m/月预计，土建工程完工日期为2011年9月30日，能满足工期要求。

但由于需要二次揭煤，安全风险大，在专家论证会时予以否定。

4.3方案3： 2#斜井内增加平导方案

由于1#斜井为高瓦斯工区，按原施工图要求施工至D1K307+740时，施工能力已饱和，没有能力承担更多的施工任务，为保证工期，原由1#斜井承担的部分施工任务调整由2#斜井工区施工。在2#斜井内正洞D1K309+330里程处，向进口方向增设单车道无轨运输平导，增设横通道，可满足工期要求。但是增设平导，2#斜井工区的压入式通风长度超过4000m，无轨运输通风困难，因此该方案必须增设通风竖井（直径180cm、深度约100m）。

此方案经2009年4月8日及2009年4月14日专家论证，已确定推荐采用该方案。

方案比选情况见表2预选方案对比表

表2 预选方案对比表

方案名称 经济造价 优点 缺点 备注

方案1：

新增3#斜井方案 3450万元 1、避开了二次揭煤风险；

2、减轻了2#斜井端工期压力。 1、按最大限坡考虑，斜井至少1.5Km，工期过长，不能保证工期；

2、需增加一套机具、临时设施，增加管理人员；

3、新增用地困难。 由于工期不能保证，在专家论证会时予以否定。

方案2：

延长中部平导方案 1350万元 1、工地集中便于管理，所有临时设施可利用现有1#斜井资源；

2、工期相对有保障。 1、需要二次揭煤，安全风险大；

2、平导煤层走向及倾角不确定，穿越煤层长度不确定；

3、增加较多的瓦斯检查、通风费用。 由于需要二次揭煤，安全风险大，在专家论证会时予以否定。

方案3：

2#斜井内增加平导方案 3050万元

1、工地集中便于管理，所有临时设施可利用现有2#斜井资源；

2、可以工期保障。 1、通風困难，需要增加新的通风竖井；

2、需要新增加碴场用地；

3、平导长度较长。 在专家论证会时推荐选用。

经济造价的测算是采用2007年8月价格水平编制。

5辅助坑道优化方案

5.1由于10#横通道作为平导至11#横通道进入正洞掌子面施工的运输通道，将10#、11#横通道及PDK305+880~PDK306+250段平导扩大为有轨双车道断面，净空尺寸为4.5m宽×4.95m高。同时，将D1K305+115处水仓移至D1K305+120处，水仓容积由原来的30m3调整为180m3，并在平导PDK305+190处增加9-1#横通道，横通道净空尺寸为3.5m宽×3.6m高。

1#斜井工区辅助坑道优化后平面示意图见图6。

图61#斜井工区辅助坑道优化后平面示意图

5.2对2#斜井工区正洞里程D1K309+330处增加一段1900m的无轨单车道迂回平导，平导范围为PDK307+370.34~ PDK309+270.34，此时，2#斜井工区压入式通风长度超过4000m，此时无轨运输通风的困难，为了解决通风问题，在迂回平导起点往出口方向后退18m处增设一直径为φ180cm、深度约100m的通风竖井。

2#斜井工区辅助坑道优化后平面示意图见图7。

图72#斜井工区辅助坑道优化后平面示意图

6优化后实施效果

截止2011年1月18日，三联隧道迂回平导施工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（春节放假2天）完成192m（折6.9m/d）。正洞关键线路剩余2105m，按目前进度指标施工，能满足工期要求，优化方案后施工情况见图8三联隧道施工平面示意图。

图8三联隧道施工平面示意图

7结束语

目前在隧道工程建设中，对于工期控制性工程，为了满足工期要求，一般是通过增设辅助坑道来增加工作面和提高施工进度指标两种途径来实现，三联隧道辅助坑道优化设计后，能提高斜井的出碴运输能力以及斜井的通风能力，更加合理地利用现有资源，加快施工进度，保证施工工期。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.铁路隧道辅助坑道技术规范[S].北京：中国铁道出版社，1995.

[2]张健儒.龙厦铁路象山隧道辅助坑道优化设计[J].隧道建设，2010，30（1）：33-36.

[3]赖涤泉.施工通风与防尘[M].北京：中国铁道出版社，1994.

[4]李志平.关角隧道单车道无轨斜井施工方案优化[J].隧道建设，2010，30（1）：53-57.

作者简介：叶建文（1972.4-），男，工程师，2000年毕业于西南交通大学，现任中铁隧道集团四处五公司项目经理。