谈供热工程中陡坡斜井井底施工方法

常 亮

(太原市热力集团有限责任公司，山西太原 030012)

我国北方各大城市在应对冬季供暖与环境问题时越来越倾向于通过长输供热管线来缓解两者间的矛盾。长输供热管线在设计施工中往往要克服山川、河流等自然地理环境对工程带来的种种难题。在穿越高山时，往往采用和公路、铁路工程同样的修建隧道的处理方式。供热隧道在施工过程中要综合考虑地形地貌、施工场地、施工难易程度以及施工经济投入等多方面因素，以保证供热隧道工程的实用性、合理性和经济性。斜井作为隧道施工过程中的重要部分，对保证隧道主洞的施工期间的通风、增加施工作业面、出渣和施工顺序的有序保障起着至关重要的作用。本文以太原市太古供热工程3号供热隧道内陡坡斜井的井底施工方法为例。

1 工程概况

太古供热工程3号隧道全长11.04 km，整个隧道分为2个标段，该斜井位于隧道起止里程为K10+400～K15+490，长度为5.09 km的第2标段内。该标段从 K10+400～K11+070采用－0.4%纵坡，K11+070～K15+550段，采用 －0.3%纵坡。为了满足施工工期要求，增加陡坡斜井1条。该斜井井口地面标高为1 222.122 m，斜井井底标高为 915.873，高差为 306.249 m，斜井水平长为657 m，斜长为725 m，坡度约为－46.6%。其中，Ⅲ级围岩共计181 m，Ⅳ级围岩共计334 m，Ⅴ级围岩共计142 m。该斜井不但在施工期间承担着正洞K10+400～K12+400范围内的1.61 km的正洞施工任务;而且在施工结束后作为整条3号供热隧道的通风斜井将被永久保留。

2 施工工艺原理及技术特点

本施工方法在不改变原设计线路的基础上，尽可能利用隧道原设计施工断面，或局部根据施工需要加宽断面，布设正洞施工所需的各种设施设备，例如井底渣场、卸料场、信号间以及施工所需的各类管线。做好斜井与主洞交叉口处的施工工作，同时保证主洞施工所需的设施设备安全到位，施工期间合理进行施工组织，保证设施设备作业中互不干扰，尽可能达到快速施工的目的。

施工方法技术特点:

1)克服了斜井高差和坡度大，施工作业面陡且空间小的问题。2)在斜井地质环境复杂，受不良地质条件影响较大，开挖和衬砌难度较大，各项设计参数施工难度大的情况下，能保证稳步快速施工，缩短施工工期。3)通过良好的施工组织设计解决了各个施工工序交叉、机械设备使用率低和施工安全的重要问题。4)本施工方法应用范围广、操作简便，能有效缩短施工周期。

3 施工工序及施工难点

3.1 施工工序

1)根据斜井坡度的大小，采用提升绞车的方式进行出渣。根据提升绞车和斜井的长度，在K0+006.25处开始设置竖曲线，曲线长12.5 m。

2)掘进至斜井K0+000处，沿斜井直线方向向正洞小里程为送风段，沿小里程方向向左拐直接与正洞相连接的为排风段。送风段右设置信号硐室，卸料区加宽段(按Ⅳ加强断面开挖、支护);排风段亦为加宽段(按Ⅳ级围岩加强加宽断面开挖、支护，为洞渣堆放处，可存放洞渣470 m3，一循环大、小里程2个掌子面出渣量为540 m3)，施工平面如图1所示。

3)施工至里程SK0+063.513处，在掘进方向右侧进行井底信号间的开挖，开挖尺寸为3 m×3 m×3 m。

4)斜井里程SK0+67.111～SK0+54.274处为送风段及排风段交叉口。里程SK0+000处为送风段起点里程。送风道施工直到经过送风段及排风段交叉口后，两段同时进行施工作业。送风段至排风段横通道挑顶采用小净距工字钢横梁支撑开挖。

5)施工至里程SK0+48.023处，根据设计要求，开挖平整出卸料场;随后开始进行加宽段的施工，加宽段为在施工方向右侧加宽开挖3 m至SK0+24.523处。

6)送风道和排风道施工采用全断面开挖，待开挖支护完成后进行斜井内的铺轨工作。井底共铺设3条轨道，1号、2号为出渣轨道，3号线为运输轨道。1号、2号线铺设至排风横通道口K0+36.996处，3号铺设至送风道加宽段。

7)送风段按图纸断面开挖、支护。

图1 斜井井底施工平面图

8)开挖井底泵站。布设井底风、水、电路。

9)送风段、排风段施工完成后，进行供热隧道正洞大里程及小里程方向的掘进。正洞开挖采用钻眼、爆破方式，正洞采用挖掘机配合自卸汽车的无轨运输方式，自卸汽车将渣土运输到斜井底的转渣场，倒入矿车内，采用有轨运输至洞外，洞外再采用汽车运输到指定弃渣场。

3.2 施工技术难点

3.2.1 斜井与排风道交叉口施工

在斜井施工过程中，施工至与排风道交叉处继续向小里程施工，直到完全预留出排风道位置时，再向前施工至送风道加宽段后，送风道与排风道同时施工，在该段施工斜井主体时面向小里程左侧进行钢拱架支护，支护完成后，顶部喷射混凝土，竖向钢支撑不需进行喷射混凝土。该段钢拱架在拱顶断开，使用连接板连接，并在每榀钢拱架的右侧打设2根长为3.5 m的锁脚锚杆，方便随后安全拆除铺设在小里程左侧的钢拱架。在施工斜井与排风道交叉口时，先在斜井中心对应每榀钢拱架架设一根Ⅰ20a工字钢作为临时支撑，待顶端焊接牢固，再拆除左侧型钢拱架。

在临时支撑加固完成后，开挖图2中1部分，在斜井紧贴正洞开挖轮廓线的位置架设2榀型号为Ⅰ20a的钢架，2榀钢架紧邻布置并与斜井中心线保持平行。随后将2榀Ⅰ20a型的钢横梁焊接在上述钢架上，两端用螺栓进行连接，组成斜井架立钢架的落脚平台。

图2 斜井与排风道交叉口断面图（单位：m）

斜井左侧顶部钢拱架左侧与已施工的钢拱架连接，右侧与横梁连接。最后拆除斜井中间临时支撑。左侧顶部喷射钢纤维混凝土，以确保安全。

3.2.2 送风道、排风道与正洞交叉口挑顶施工

图3 交叉口处挑顶断面图

1)交叉口处的支护措施。排风道施工至临近正洞交叉口处时，施工过程中开始逐渐抬高排风道的拱顶高程，待施工至正洞中线处，正好与正洞拱顶高程重合。施工采用小导坑形式进入正洞，施工过程中预留足够的变形量，以满足围岩变形和临时支护的厚度要求。

在斜井紧贴正洞开挖轮廓线的位置架设2榀型号为Ⅰ18的钢架，2榀钢架紧邻布置并与正洞中心线保持平行。随后将2榀Ⅰ18型的钢横梁焊接在上述钢架上，两端用螺栓进行连接，组成正洞架立钢架的落脚平台。交叉口处挑顶断面图见图3，交叉口钢架落脚平台立面图见图4。

图4 交叉口钢架落脚平台立面图

2)进入正洞内施工顺序及方法。a.排风道、送风道施工至与正洞交叉口处后，开挖掘进坡率设置为25%。b.掘进过程中严格控制进尺，将每循环进尺控制在1 m～1.5 m，每循环掘进后立即进行混凝土的初喷工作，一部台阶开挖完成后及时架立钢架，并根据围岩情况及时进行量测，必要时进行临时支护。c.正洞中线右侧上导坑开挖施工过程中采用上述交叉口处的支护方式进行支护，支护完成后，采用4根3.5 m长的42锁脚锚杆对靠近正洞一侧的拱架接头进行固定，并同步做好系统锚杆，加强固定拱部钢拱架。钢架采用Ⅰ18工字钢，沿线路方向80 cm一榀。d.待第一个单元拱架部位支护工作完成后，再以垂直于正洞方向向前开挖支护拱顶部位的第二个单元，开挖方式与支护方式同c.和d.。e.采用同样的开挖支护方式完成上导坑剩余的左侧部位。f.在上导坑支护施工完成后和拆除临时支护措施后，通过上导坑进行正洞的双向开挖掘进作业。在单向开挖掘进超过10 m后，开始组织进行下导坑的开挖支护施工作业。

4 结语

1)根据供热隧道中陡坡斜井在施工期受到地形地貌的局限、高差大、坡度陡提供了可实施的依据。2)结合现场实际施工特点，总结得出了陡坡井底施工的各个技术要点，提供了可参考的解决方案。3)陡坡斜井采用此井底施工技术，通过有效的施工组织设计，既实现了人员、材料、机械的合理使用，保证了人员和机械设施设备的安全，又保证了施工质量，缩短了施工进度，一定程度上实现了快速施工。