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长大隧道辅助坑道位置、角度在现场施工中的优化

摘要：施工前对设计方案进行优化是施工单位结合工程所在地的自然环境与人文环境，通过施工图现场核对，对设计方案进行优化。蒙华铁路龙泉坪隧道横洞位置移动，西峡隧道斜井角度的调整正是结合了当地的施工环境与现场实际施工需要进行的设计优化，其目的是进一步缩短施工工期，节约施工成本，对周边最大限度的降低对自然环境影响程度；促使洞内行车通畅，减少相互干扰减弱，增强洞内施工安全系数。
关键词：长大隧道；辅助坑道；位置；角度；优化
引言
在日益重视生态环境的当下，长大隧道出现的频率逐步上升，而且在一个项目中长大隧道往往成为关键线路，其工期直接决定着建设项目的工期。目前隧道工程大部分仍采用钻爆法施工，施工内容主要由正洞开挖，辅助坑道本体施工，通过辅助坑道开挖正洞及后续施工工程。长大隧道为了提高施工进度目前普遍采用“长隧短打”的方式，设置斜井、横洞、平行坑道等辅助坑道。辅助坑道的设计尤为重要，其不仅仅可以增加作业面缩短施工工期，同时也大大改善洞内施工环境。
目前辅助坑道的优化均在设计阶段，设计阶段往往不能全面考虑实际施工时所面临的环境制约，辅助坑道的众多优化方向在实际施工时都有可以提升的空间。龙泉坪隧道上庄横洞设计位置位于线路DK805+820处，处于村庄上方，单侧向大里程掘进2705.5m，出口处于大鲵保护区不能增设工作面，单侧掘进深度大；西峡隧道安乐沟斜井与正洞以45.2°斜交，夹角小的一侧车辆行驶不便，安全隐患较高。因此对上述辅助坑道的优化情况直接影响着施工进度、安全与成本。
1 工程概况
1.1龙泉坪隧道采用单洞双线形式，隧道长度3615.5m，隧道进出口里程分别为DK804+370、DK807+985.5，由于隧道出口段DK805+645～出口段2443m位于卢氏大鲵自然保护区, 不宜作为施工场地，在上庄设置横洞一座。上庄横洞位于线路左侧，交于线路DK805+280里程，距离进口910m，距离出口2705.5m。由于出口不宜增开工作面，横洞至大里程方向掘进深度过长，虽然龙泉坪隧道不是控制性线路，但是单侧开挖工期过长同样影响后续工序的施工效率；同时，长度大对隧道通风、排水排烟、供风、供电等同样增加难度，对隧道的文明施工也是个巨大的考验。
1.2 西峡隧道形式采用单洞双线，隧道长度5100m，隧道进出口里程分别为DK811+232、DK816+332。隧道中部设置斜井一座与正洞相交与DK813+800处，斜井与线路大里程方向夹角45.2°，斜井综合坡度8.49%，斜井平长223.5m，斜井采用无轨运输双车道断面。由于斜井转入正洞后正洞左线与斜井夹角较小，影响交通运行与洞内通风排烟，且转弯处视线盲区点多，安全隐患大。
2 优化目标
2.1优化原则，施工阶段的辅助坑道优化方案要根据各个单位工程的具体实际情况，优化的方案要满足目标要求，优化方案主要基于以下原则
（1）安全原则，优化后的方案安全性必须得到保证，对于降低安全系数的必须加以计算验证。
（2）环保原则，优化后的施工方案不能破坏生态环境，不能加剧施工环境的恶劣程度。
（3）经济、实用原则， 优化后的方案要起到便于施工，节约成本的作用。
2.2 对龙泉坪隧道上庄横洞洞口位置与线路交点里程优化，符合条件的情况下尽量向大里程方向偏移，远离村庄靠近国道与拌合站。
2.3 对西峡隧道安乐沟斜井角度进行调整，保证混凝土罐车与自卸汽车行驶至斜井与正洞交叉处以较少的调整次数通过；尽量保证司机的视线范围减少行车盲区；保证斜井通视，便于斜井内车辆行驶无干扰，测量工作通视无障碍；尽可能不增加斜井坡度，提高工效、节约能源。
3 优化方案
此次隧道设计方案优化均结合现场实际施工环境考虑，目的单一明确。采用控制变量法分析优化，确定变量的同时基本保证其他因素不发生变化，结果对比突出明显，结论优劣显而易见。
3.1 龙泉坪隧道横洞位置优化
通过走访群众，现场实地勘察测量，初步判定距村庄外约300m处，距离线路DK806+500左侧约300m为一处山坳，山坳内设置横洞初步满足目的要求。随后立即沟通建设单位及设计单位，获准许可后协助设计单位进行地质勘察，勘察结果满足设置横洞要求。遂将横洞改移至此，与线路相交于DK806+500，长度、角度、坡度与原横洞相同，支护参数均不变。优化后横洞距离隧道进口2130m，距离出口1485.5m。
3.2 西峡隧道斜井角度优化
通过调查研究，初步拟定角度调整变化范围45.2°～90°，设定限制条件：
（1）尽量不增加斜井坡度即不缩短长度。
（2）与正洞相交处的安全稳定围岩范围，DK813+780-900范围为Ⅲ围岩，围岩结构稳定满足安全施工要求。
（3）比较斜井洞口调整与交叉点处调整的优劣，由于调整时洞口临建已经规划完成，且洞口处调整工程量大耗费时间较长，显而易见选定在交叉点处调整。
（4）保证斜井内视线通视，既保证通行安全又便于测量放线工作。
（5）保证角度变化不降低交叉点处围岩自稳能力。通过参考文献[4]，得知交叉角度从90°～30°变化时候，纵向、横向以及监控量测数值变化反映，均呈下降趋势，换而言之交叉角度越大，安全性越高。
（6）通过场内行车数据分析，场内行车斜交角度不能小于45°，停车视距不小于20m，转弯半径不小于9m。隧道洞内场地狭小应尽可能提高此项数值。
限定条件基本设置完成，通过画图比对及咨询具有丰富洞内行车经验的司机，确定斜井与正洞夹角为60°。优化后斜井长度缩短5.526m，坡度增大0.6%，满足目的要求。

图1 原设计斜井位置与纵断面图

图2 优化后斜井位置与纵断面图

4 优化成果
4.1 龙泉隧道横洞位置优化后，施工作业长度两侧差值较小，同等设备通入情况下，工期的缩短以及后续施工工序的功效提高显而易见；单面掘进深度的缩短，通风、排水、供电等简易程度较大；且横洞位置变更后距离弃砟场运距较原位置缩短约2km，功效指标、经济效益的提高显而易见；横洞位置优化后远离村庄，靠近国道G209，无形之中减少了很多矛盾，降低了对周边环境的影响。
4.2 西峡隧道安乐沟斜井角度优化后，交叉口处行车仅需一次调整即可轻松行驶，较原设计角度单次行车节约40s-60s。来往车辆可提前观察到车辆与行人动态。
5 结论与体会
长大隧道辅助坑道在施工阶段的优化是必然可行的，每座隧道都有其独特的地理环境与施工特性，现场实际施工影响要素众多，设计阶段未必能完全考虑全面。施工阶段的优化设计更加具有针对行、实效性、经济性，通过施工阶段对辅助坑道位置、角度优化调整，促使各作业面长度更加均衡，有利于现场组织施工，达到缩短施工工期，节约施工成本，增强洞内施工安全系数，降低对周边自然环境的影响效果。
参考文献
[1] 车大兵，陈爱红.常规山岭隧道施工阶段方案优化探析[J].隧道建设2012，32：387-392.
[2] 崔根群.辅助坑道方案优化对全面履约所起的重要作用[J].西部探矿工程2004，5：117-119.
[3] 段进姚.工业企业场内道路设计研究[D].西安建筑科技大学.2012.
[4] 石继训.长大山岭隧道斜井与正洞交叉段数值模拟分析[D].重庆交通大学.2014.

-全文完-