中部引黄工程26标施工支洞设计研究

郝亚婵

中部引黄工程26标施工支洞设计研究

郝亚婵

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

为了解决地域水资源分配的不均衡，大型跨区域的长距离引调水工程逐步实施，而为了加快施工进度，增加作业面，施工支洞是深埋隧洞设计及施工中必须考虑的因素，施工支洞根据地形条件、施工设备、施工方法可分为平洞、斜井以及竖井［1］，支洞型式不同，其出渣方式、材料运输方式也不同。斜井有轨运输出渣是直接制约隧洞施工安全与效率的一个重要环节［2］，合理确定斜井的出渣方式尤为重要，文章以中部引黄工程26标为例，对斜井的布置、出渣方式等进行了研究，为长距离输水隧洞的支洞设计与施工提供了可以参考的资料。

长距离输水；支洞；斜井；施工方法

1 概况

中部引黄工程输水线路总长384.5km，总干线长 200.22km，东干线长 28.76km，西干线长85.70km，蒲大支线长3.6km，汾孝介支线长14.97km，交汾灵支线长51.25km。其中有三处TBM施工洞段，总长61.35km，其余隧洞段均采用钻爆法施工，共设置支洞98条，支洞总长度77.578km。

26标段共有施工支洞5条，控制西干隧洞长21km，支洞长度合计3.45km，支洞平面示意如图1，各支洞特性见表1。

表1 施工支洞特性表

图1 26标施工支洞平面示意图

2 支洞设计

26标主洞段埋深较大，支洞设计时应尽量考虑坡度小的斜井以利于施工，斜井坡度小，出渣速度快、效率高、安全性好［3］。但26标施工支洞受地形条件限制，除23#支洞利用有利地形坡度较缓外，其余均为斜井，斜井需要提升设备进行出渣和材料运输，考虑支洞的运输强度和尽可能减少斜井专用车辆和其它设备，斜井纵坡控制在24°以内［4］。

根据主洞施工所确定的运输方法，斜井内设单轨车道，斜井段断面净宽3.65m，断面高度由运输设备高度和风筒控制，确定净高3.2m，断面为城门洞形，主支洞交叉段进行扩挖。

施工支洞斜井段Ⅲ类以上围岩采用喷锚支护，喷C20混凝土厚度8cm，顶拱设φ25随机锚杆，长度2m；Ⅳ类围岩采用喷锚支护，喷C20混凝土厚度10cm，顶拱设φ25系统锚杆，长度2m，间排距1m，梅花形布置，现浇35cm厚C25混凝土衬砌；Ⅴ类围岩采用挂网喷锚支护，喷C20混凝土厚度12cm，顶拱设 φ25系统锚杆，长度 2m，间排距1m，梅花形布置，钢筋网采用 φ8钢筋，间距150mm×150mm，现浇40cm厚C25混凝土衬砌。

施工支洞交叉段Ⅲ类以上围岩采用喷锚支护；Ⅳ类围岩采用喷锚支护，现浇30cm厚C25混凝土衬砌；Ⅴ类围岩采用挂网喷锚支护，现浇35cm厚C25混凝土衬砌。喷锚支护方式同斜井段。特殊地质段支护同主洞施工。

2.1 支洞与主洞交叉段结构

施工支洞与主洞交叉段按照设计分三种形式，分别为人字形、Y字形、T字形。人字形交叉段支洞内最大净宽5m，最小净宽2.5m，净高3.2m，城门洞形：Y字形交叉段支洞内最大净宽6.6m，最小净跨度2.5m，净高3.2m，城门洞形；T字形交叉段支洞内最大净宽8m，最小净跨度4.38m，净高3.2m。

26标支洞交叉段均采用T字形的交叉形式。为满足设备使用要求，对主支洞交叉段结构断面进行了适当调整，19#支洞交叉段主洞断面扩挖为：最大净宽度7.5m，净高8.05m；其他支洞交叉段主洞断面尺寸为：最大净宽度7.5m，净高6.1m，主洞扩挖段长度20m，如图2。

2.2 主支洞运输系统

主洞装、运渣均采用扒渣机装渣、农用自卸车运渣至交叉口，支洞牵引出渣方式为：19#支洞采用绞车牵引侧卸式曲轨矿车出渣，井底设置转渣场［5］。 20#、 21#、 22#支 洞 采 用 绞 车牵 引 平 板 车 出渣，23#支洞采用无轨运输、农用自卸车直接将渣料运到洞口。

图2 T型主支洞交叉平面图

2.2.1 主洞出渣

主洞上、下游200m之内，采用 ZL-50F装载机端渣，交叉口装渣。其后设避车洞，每200～250m增设一处避车洞。主洞出渣均采用WZL-160型扒渣机装渣、6m3农用自卸车运渣到交叉口。每个作业面配备1台扒渣机，随着施工距离的增加，每个支洞配置2～6台出渣车。

2.2.2 支洞牵引出渣

（1）绞车牵引矿车

19#交叉段开挖时考虑矿车高度，对交叉段进行了适度扩挖，向设计标高以下开挖2m，设置了转渣系统，储料仓具备2～3车的存渣能力（约6m3），矿车可运行到储料仓底部接料，通过闸门控制，将渣料卸至矿车内，料满后由绞车直接运出，矿车出洞后，通过溜槽卸渣至自卸汽车，然后运至渣场，每个支洞口配两台自卸车转渣。如图3，4。

图3 19#支洞主支洞交叉段平面图

图4 19#支洞主支洞交叉段纵剖面图

采用此种出渣方式虽然存在底板扩挖、支护时间长、洞内渣料二次倒运等弊端，但出渣效率可以得到很大提升，19#支洞采用此种出渣方式。

（2）绞车牵引板车

相对于绞车牵引矿车，牵引平板车具有避免二次倒运和建设交叉段扩挖的优势，但出渣效率相对降低，综合考虑工程进度和洞内实际条件，选择绞车牵引板车的出渣方式。

在主支洞交叉段和支洞出口设置汽车行走平台，考虑轮距、轴距之间比例，为稳定重心，避免掉道，轨距加宽至180cm，并增加了减震的方法确保平板车运行稳定，同时随时调整轨道的平整度，进一步确保运输平稳、安全。

20#、21#支洞以扒渣机装渣，出渣车运输至斜洞交叉口处，直接开上板车，绞车牵引板车，运输至洞口。如图5，6。

图5 20#支洞主支洞交叉段平面图

图6 20#支洞主支洞交叉段纵剖面图

（3）绞车牵引农用汽车

西干22#支洞长560m，坡度32.77%，相对其他支洞较短，考虑到工程进度情况，并结合以往的施工经验，采用绞车牵引自卸农用汽车出渣方案。与其他出渣方式相比，避免了轨道铺设、二次倒运以及交叉段扩挖。各支洞出渣设备参数见表2。

在汽车大梁上用工字钢连接伸出，通过钢丝绳钩挂点与绞车牵引绳连接，牵引汽车上下洞，同时自卸车司机、绞车司机以及交叉段施工人员通过步话机时刻保持通讯，确保运行安全。

3 安全措施

在斜井施工过程中，绞车运输系统始终作为重大安全风险点需进行控制，其中绞车提升机、钢丝绳、轨道等重点控制项目，按照国家、行业规范，并结合以往工程施工经验，把以下项目作为安全控制的主要内容。

3.1 绞车提升机

提升机在斜井施工中担负着出渣、运送材料等任务，是斜井施工中最重要的运输设备，是斜井施工中安全风险控制中的重要环节，对保证施工安全意义重大。

目前在工程中使用的绞车结构形式为卷筒缠绕式，由电动机、减速箱、主轴装置、盘型制动器、深度指示器、液压站、润滑站和电控系统组成，按调速方式分为电阻型和变频型。

按照《煤矿用JTP型提升绞车安全检验规范》（AQ1033-2007）及《煤矿用单绳缠绕式矿井提升机安全检验规范》（AQ1035-2007），中部引黄26标中使用的绞车提升机基本参数要求见表3。

表2 支洞出渣设备参数表

表3 绞车提升机安全参数要求

3.2 钢丝绳及连接

钢丝绳作为连接绞车和运渣车辆的主要设备，它的质量直接关系到斜井运输系统的安全。使用的钢丝绳类型为6×19S+FC、6×36ws+FC，构造如图7。钢丝绳抗拉强度为1670MPa，破断力总和为459～532kN，并计算安全系数，满足《一般用途钢丝绳》（GB/T20118-2006）的要求以及矿用绞车提升机对钢丝绳的要求。

图7 钢丝绳构造图

3.3 轨道

轨道布置在坡度大的斜井运输系统中，作为承载运渣车的主要支承设备，安装、布置合理可以有效避免翻车、掉道等事故，减少施工安全风险。对于坡度大于15°斜井，设有防止轨道下滑的措施，并在适当位置设置控制溜车的挡车装置。

轨道均采用43kg/m的重轨，轨距19#和21#采用90cm，20#考虑平板车尺寸采用180cm，其中21#支洞平板车安装有减震装置，轨道铺设利用开挖出来的石渣作为道渣。

3.4 信号系统

绞车出渣过程中，稳定的信号系统可以保证通畅的联络渠道，能够在第一时间做到应急处理，避免事态进一步恶化。

信号系统包括有线信号、无线信号。各支洞布置有电铃、电话以及视频监控系统，保证绞车房、交叉段、作业面通讯畅通，使值班人员及时掌握洞内外情况，为安全施工提供保障。无线信号主要为步话机，在有线电话损坏的情况下，现场使用步话机交流，保证通讯畅通，并及时掌握洞内情况。

3.5 其他安全措施

在支洞洞口附近设置挡车器防止在矿车及板车临时停用维修时发生溜车，另外对于21#支洞每个车辆增加一缓冲装置，主轴和平板车之间留有10cm的变形量，以增加平板车在轨道运行中的稳定性。

4 应急预案

4.1 掉道

矿车在出渣过程中有时由于轨道上掉落的散石、轨道下沉以及不平整度会发生卡轮造成掉道现象发生，绞车司机应注意以下事项：观察操作台上的电流指示表，如果发生大的指示数值，则绞车司机应立即停车，拉手刹，联系洞内值班人员察看是否掉道，如果发生掉道，等相关人员处理完后再启动绞车。平时加强轨道及地滚的检查，发现有问题及时处理，消除安全隐患。同时在洞内准备好千斤顶及撬棍等设备，在发生险情时及时组织人员处理。

4.2 停电

如果发生突发停电，绞车内的紧急制动装置启动，刹车自动抱死，同时联系电工人员确认是否正常停电，否则应检查排除非正常停电，如属正常停电，应组织人员进行发电，确保洞内照明。

5 结语

有轨运输有效解决斜井隧洞施工中洞渣、混凝土等运输问题，是解决大坡度隧洞施工运输较好的方案，同时采用绞车牵引平板车和农用车出渣，效率高，也是斜井出渣的一种尝试，但有轨运输对轨道的养护维修要求高，存在钢丝绳断裂、掉道、侧翻等风险，有一定的安全风险。23#支洞坡度为11.99%，超过了无轨运输规范建议的9%的坡度［6］，结合运输车辆性能，需在施工过程中加强日常检查、维护，并严格执行管理运行制度，确保施工安全。

［1］郝满仓.水工隧洞施工支洞的选择与布置［J］.山西水利科技，1995（S1）： 33-36.

［2］陈霞，潘志钢，杨胜.隧洞施工斜井有轨运输出渣系统设计［J］.东北水利水电，2013，31（01）：10-12.

［3］顾庆尧.引水隧洞斜井出渣施工方案比较［J］.水利技术监督，2009（03）： 49-51.

［4］班树春，韩志远，徐岩.长大隧道斜井支洞出渣系统设计［J］.水利建设与管理，2009，29（08）：48-51.

［5］李子强，张成刚，林长杰.深埋长大隧洞施工出渣系统设计［J］.水利水电技术，2006，37（03）：18-19.

［6］SL378-2007.水工建筑物地下开挖工程施工规范［S］.

TV671

A

1008-1305（2017）05-0058-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.020

2017-01-17

郝亚婵（1973年— ），女，高级工程师。