孙鹏飞
(辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳110166)
大坡度无轨运输斜井交叉口反坡缓冲洞设计与应用研究
孙鹏飞
(辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳110166)
结合大伙房水库输水工程11号支洞斜井控制段引水隧洞开挖施工,简要介绍大坡度无轨运输斜井交叉口反坡缓冲洞设计,为斜井运输提供良好的安全保障措施,为类似大坡度斜井施工提供较好的借鉴参考。
斜井;无轨运输;交叉口;缓冲洞;大坡度
大伙房输水工程11号支洞投影长度1 576.68 m,坡度为18.4%,其主支洞交叉段总长29.858m,11号支洞与主洞交角44.606°,里程为1 km+546.78 m~1 km+576.64 m。其中过渡段长13.14 m,里程为1 km+546.78 m~1 km+559.92 m;喇叭口段长16.72 m,里程为1 km+559.92 m~1 km+576.64 m,断面形式为圆拱直墙形;主洞施工加强段长为30 m,里程为71 km+160.28 m~71 km+190.28 m,断面形式为马蹄形。11号支洞主支洞交叉处平面布置见图1,支洞过渡段断面图见图2。
图1 11号支洞主支洞交叉处平面布置
1)行车道路路况差。
2)斜井洞内道路坡度大。
3)违章驾驶。
4)车辆超载、超高、超宽运输。
图2 支洞过渡段断面图
5)车辆频繁制动、刹车失灵,对刹车系统缺乏必要的保养,导制刹车失灵。由于严重超载,在重力加速度的作用下,加大了车辆运动惯性,直接导致刹车失灵。
6)车辆行驶过程中爆胎、方向失控、侧滑。
在上述情况发生后,主支洞交叉口安全防护处于薄弱环节,因此需充分利用环境因素,采用上坡自重减速原理设置交叉口反坡缓冲洞,以减小或控制此类安全隐患。
紧急避险车道长度的确定是设计中的关键,设计的太长会增加成本,设计的太短则无法使失控的车辆以适合的减速率完全停下来,达到避险效果。其长度需根据车辆下坡运行速度及紧急避险车道纵坡来确定,不同材料的滚动阻力值R:水泥混凝土0.010,沥青混凝土0.012,松质砂土0.037,密实砂砾层0.015,松质砂砾0.100,松质碎集料0.050,砂0.150,豆砾石0.250。
紧急避险车道长度计算主要是利用力学推导,推导模式见图3。
图3 紧急避险车道长度推导简图
1)利用力学公式推导:
式中:a——车辆加速度,m/s2;t——刹车时间,s;g——重力加速度,取值9.8 m/s2;L——停车距离,m;v——驶出车速,km/h;G——避险车道纵坡;R——滚动阻力系数。联合上述公式,根据纵坡角度较小的特点,取sinA=G,cosA=1,代入g=9.8,求得应急避险车道长度计算公式为:
2)计算溜车速度(驶出速度):
如果出渣车在距坡底300 m处开始溜车,滚动阻力值R按水泥混凝土路面取值,R=0.01。
根据力学公式:
式中:m——重量,kg;h——坡道距离,m;v0——车辆初速度,km/h。
车辆初始速度取值5 km/h,18.4%转化成角度值为10.4°。根据式(2)计算得 a=1.67 m/s2,故计算溜车最大时速v=32.1 km/h,反坡道按20%坡度考虑。
综上,停车距离L=8.98 m。同理,如果出渣车在距坡底600 m处开始溜车,则停车距离L=17.75 m;如果出渣车在距坡底800 m处开始溜车,则停车距离L=23.6 m。
故此方案设计反坡道长度足以满足800 m开始溜车紧急避险要求。
1)11号斜井主支洞交叉里程71 km+168.34 m,增设应急避险车道方向与11号斜井同轴线,避险车道坡度设计坡度20%,长30 m。
2)避险车道开挖断面采用11号支洞主支洞交叉部位布置图C-C断面,净宽6.0 m。
3)初始开挖交叉部位设两榀并列的HW150型钢支撑,同时设HW150型钢横向托梁与左右侧既有钢支撑焊接,竖向支撑采用HW150型钢,间距100 cm,前5 m段设系统锚杆,间距1.2 m,单根长3.0 m。
4)应急避险车道前5 m设置HW150型钢支撑,间距100 cm,喷射混凝土厚150 cm,后25 m喷射10 cm厚C30混凝土,拱部设系统锚杆+网片。开挖后支护形式不能满足要求时,则根据围岩类别采取相应支护形式。
5)紧急避险车道沙坑填料采用滚动阻力值较大的豆砾石,粒径1.0~2.5 cm,沙坑深0.5~1.0 m,制动坡床起点采用10 cm,以30 m长度渐变至总
厚度。端部堆积1.5 m×1.5 m沙袋。
6)紧急避险车道设置完善的交通标识,如预告标识,反光标识,加强照明等。
图4 增设反坡缓冲洞布置图
增设反坡缓冲洞布置图见图4。
通过设计该交叉口反坡缓冲洞,有效地控制了溜车等引起的交通事故,保证了大坡度斜井无轨运输的行车安全。针对类似采取汽车出渣的大坡度斜井,可以参考该设计方案在交叉口处设计缓冲洞,具体的支护、底板垫层等设计参数可以根据开挖围岩情况等进行确定。
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[2]李华超,李忠海.公路失控车辆缓冲车道设计内容和方法[J].山西建筑,2012(16).
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