隧道大坡度斜井机械化配套施工技术研究

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉 430056）

1 工程概况

涪陵至丰都至石柱高速公路是《重庆市高速公路网规划》的“三环十射三联线”中“十射”的关键组成部分。项目为双向四车道，设计速度80 km/h，主线建设中整体式路基宽24.5 m，分离式路基宽12.25 m；沿线桥涵建设工作中，汽车荷载等级为公路Ⅰ级。

2 隧道大坡度斜井机械化配套施工技术

2.1 工作原理与适用范围

以现状隧道斜井施工机械为立足点，经过合理的整合与改装后，形成全新的斜井机械化配套技术体系，用于大坡度斜井的建设工作。

斜井坡度较大，传统的普通轮式开挖台车在井内运行构成中潜在诸多安全隐患，机械化配套施工技术注入了更多的创新理念。采用煤矿专用钢筋混凝土轨枕，并通过应用轨距拉杆将钢轨紧密连接，经整体浇筑后，形成完整的道板混凝土结构。

在掌子面后方30 m的位置布设临时轨道，在已建设完成的施工段设置永久轨道，在斜井开挖进程持续推进下，以永久轨道逐步替换临时轨道。开挖台架经焊接后，应稳定连接在挖掘机底盘处，可保证行走的安全性。斜井内部配套丰富的施工机械，该部分采用电力驱动的方法，气腿凿岩机和开挖台车共同参与至掌子面的开挖工作中，施工效率较高。

在电力驱动的动力机制下，可带动有轨运输矿车运行并及时出渣，保障了运行过程的安全性。依托现代信息技术，结合安全监控装置等相关硬件，可营造安全的隧道施工环境。挖掘机在掌子面扒渣，由矿车装载后出渣。根据矿车提升机的运行特点，配套PLC电控自动化系统，以便灵活调整，提高作业的精准性。

2.2 施工工艺流程

技术创新是大坡度斜井机械化配套中的突出特征，引入业内主流的TSP303地质雷达超前预报技术和全站仪激光定位技术，在多项技术的支持下，可提高施工的可控性。经焊接后将开挖胎架稳定至挖掘机底盘处，此方式可确保行走的安全性。

在斜井的掌子面开挖过程中，采取气腿凿岩机与开挖台车协同作业的方案，将临时轨道与永久轨道结合，矿车高效出渣。得到现代化信息技术的支持后，可配套硬件设施，如安全监控装置，以满足实时预警的要求[1]。

3 隧道大坡度斜井机械化配套施工技术实施方法

3.1 矿用提升机的布置与安装

矿用提升机卷筒绳板至天轮之间钢丝绳的内外偏角控制在1°30′内，在此空间关系下，可保证钢丝绳顺利缠绕，避免出现咬绳、背绳等异常现象，保障摘钩和挂钩的安全性和便捷性，矿车可稳定运行。天轮选用固定天轮，以地面的位置为参照基准，调整钢丝绳夹角，保证其不小于15°，可改善矿用提升机的运行状态。

绞车卷筒、天轮、洞口相对位置图如图1所示。

图1 绞车卷筒、天轮、洞口相对位置

3.2 超前预报与轨道铺设

通过地质雷达、TSP303、超前钻孔的协同运用，可准确揭露斜井掌子面前方的地质情况，提高地质预报的精度，为施工提供参考。在斜井开挖施工中，轨道包含临时轨道、永久轨道，每根钢轨对应2组防爬设备，必要时可根据实际情况适当增加，每对钢轨有3根轨距拉杆、安全闸等配套设施，按照规范将其与轨道同步铺设到位。

随施工进程的推进，掌子面进尺持续增加，临时轨道随之接长。通过轨距拉杆的应用，可有效固定钢轨的距离，使其可维持稳定。应取长度为2、4、6 m的钢轨，经组合后共同构成轨排，每循环开挖爆破后，以进尺情况为准，将合适长度的轨排安装到位。掌子面30 m范围内的区域，采用临时轨道，其他成洞段均使用永久轨道。

轨道道床为整体式道床，完成斜井仰拱的浇筑作业后，按规范铺设轨枕。为确保轨道稳定性，采用Ф22×1 500 mm锚杆，利用该装置将轨枕锚固至底板基岩处。在井口、井底停车处两个区域分别配套阻车器，可维持矿车运行的稳定性，以免在绞车系统刹车失灵的情况下出现溜车的情况[2]。

钢轨级别为43 kg/m，使用200 mm×160 mm×3 000 mm钢筋混凝土枕作枕木，按照800 mm的间距标准依次设置；在地辊处配备16号槽钢轨枕，使用适量的螺栓将轨道与钢枕稳定连接，地辊距轨面40 mm。

3.3 测量定位与钻孔爆破

斜井测量定位工作选用全站仪，在掌子面处架设仪器，由专员精准操作。在掌子面后方20 m的位置配套激光定向仪，待其安装到位后，开启仪器，准确掌握激光束的位置。使用全站仪复核，若存在偏差应及时调整，直至光束与全站仪放射的点重合为止。确定掌子面的爆破孔孔位，隧道斜井施工现场的坡度较大，常规的轮式凿岩台车缺乏可行性，不宜作为钻孔设备使用[3]。

斜井施工具有较高的难度，人工钻孔的方式易受到现场空间的限制，钻孔方向的控制难度较大，若缺乏全方位的控制措施，易出现超欠挖现象。经详细分析后，提出“定人定位”的方法，根据斜井施工现场的实际情况，固定钻孔作业人员的具体工位，各自负责自身范围内的控制工作，以规避质量问题。

3.4 检查工作

斜井的坡度较大，若采用轮式开挖台车，难以在斜井上稳定行走。在PC160挖掘机的基础上进行改进，在底盘处焊接开挖台阶，并配套多个空心圆筒，以便钢筋穿过。在钢筋上紧密铺设钢筋格栅，适度绑扎钢丝，提高整体稳定性[4]。

经过改装作业后，开挖台车可根据需求展开相关工作，完成相应的工作后收拢，按照既定的施工路线驶离斜井施工掌子面，进而组织出渣等后续的工作。在采取该改造方案后，可解决施工受限于现场作业空间的问题。可引入电力驱动的方式，以提供充足的动力支持，在大坡度斜井段仍可正常开挖钻孔[5]。

3.5 扒渣、出渣

全面检查轨道、监控设备等相关设施后，若无误应启用挖掘机，进行扒渣，使用矿车装渣外运。全过程中各岗位工作人员密切配合，斜井底信号工经检查且确认无误后，与斜井口信号工沟通，发出开车信号。在经过斜井口信号工的检查且确保无误后，可进一步与矿用提升机司机取得联系，并向其发出信号，由其选择挡位并有序开车，经过提升操作后，转至洞外斜渣点。

在矿用提升机出渣过程中，专职信号员应密切关注现场情况，积极与斜井底、斜井口的工作人员沟通。在斜井口处配套阻车器，安排专员采取管理措施，正常情况下阻车器呈关闭的状态，存在放车需求时则开启[6]。

在车身上配套断绳脱钩保险器，通过该装置的应用，若现场出现断绳脱钩的情况，抓钩可及时做出响应，自动下落并钩住轨枕，以免矿车非正常下滑。洞外设置有卸渣点，在该处配备装载机和自卸车，两者联合作业，将施工产生的弃渣有序转移至指定的堆放场所。

3.6 初期支护

出渣后，若现场条件良好，可及时使用湿式喷浆机喷浆，在该装置运行期间，机旁及喷嘴外的粉尘浓度均较低，符合环保施工的理念，可减轻对现场作业人员身体健康的威胁。

湿喷施工的可控性较好，可根据实际情况灵活控制水灰比，混凝土的综合性能较佳，可保证喷射混凝土的质量。相关人员应以现场施工需求为准，由洞外搅拌机生产混凝土，遵循随拌随用原则，及时转移至施工现场，用于喷射施工。

4 结语

综上所述，隧道大坡度斜井的施工具有作业条件差、干扰因素多、难度高等特点，通过机械化配套施工技术的应用，可充分发挥信息技术的软件应用优势，结合视频监控设施等相关硬件，有效改善作业环境，以便在安全的前提下高效施工。通过PLC控制系统的应用，可以大幅度提高矿井提升机的运行性能，充分彰显斜井施工的综合效益，该机械化配套施工技术的应用效果较佳，具有参考价值。