乌鞘岭特长隧道芨芨沟深竖井快速施工技术.pdf

隧 道 地 下 工 程 乌鞘岭特长隧道芨芨沟深竖井快速施工技术 雷 军 ，赵 勇。(1 上海交通大学 上海2 0 0 0 3 0；2 中铁 十二局集 团二公 司 山西太原0 3 0 0 3 2；3 铁道部工程设计鉴定中心 北京 1 0 0 8 6 6)摘 要：乌鞘岭特 长隧道芨 芨沟竖井井筒基岩段采 用短段掘砌混合作业方式施工，于 2 0 0 3年 6月份创月成井 1 3 4 6 m的纪录。介绍其施工方法、施 工装备，并探 讨在基 岩段 实现 竖井快速施工的有效途径。关键词：铁路 隧道；特 长隧道；深竖井；井筒；混合作 业法 中图分类 号：U 4 5 5 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 2 9 5 4(2 0 0 4)0 3 0 0 5 6 0 4 1 工程概 述 乌鞘岭 特 长隧道 位于 既有 兰新铁 路 兰州西 至武威 南段 打柴 沟车 站与龙 沟车 站之 间，隧道 全 长 2 0 0 5 0 m，洞身 最大埋 深 1 1 0 0 m左 右，设计 为 2座 单线 隧 道，线 间距 4 0 m，是兰武段增建第二线的重难点工程。为从 总体 考虑 乌鞘 岭特 长 隧道，左 线 先 按 平 导设 计 辅 助 右 线施 工，右线 贯通 后再扩 挖左线 至标 准 断 面。芨芨 沟竖 井 为乌鞘岭 隧道 5号斜 井 上增设 的具 有 生产 能力 的通 风竖 井，位 于 天 祝 县芨 芨 沟，地 形 狭 长；属祁 连 山 山 脉。井 口距 5号 斜 井 与 右 洞 交 点 里 程 2 2 3 9 m，竖 井设 计 深度 为 4 6 6 6 m，井 筒 净 断 面 直 径 5 1 m，C 3 0混 凝 土单 层 井壁 厚 度 为 0 3 5 0 5 m。井 身表土段为坡积层、粘土层及碎石土，泥岩、砂岩互层；收稿 日期：2 0 0 31 2 1 9 第一作者简介：雷军(1 9 6 8 一)，男，高级工 程师，1 9 9 1年毕业 于石 家 庄铁道学院隧道与地下工程专 业，现上海交通大学在读研究生。4 调 线调 坡 基 岩段 以 砂 岩 为 主，间 夹 少 量 页 岩 及 薄 层 煤，产 状 2 8 0。2 9 0。6 0。7 5。，节理 发 育，岩 体 破碎；涌 水量 1 24 7 m h。在 芨芨 沟竖 井施工 中，基 岩段 采 用 短段 掘 砌 混 合 作业方式施工，应用新技术、新工艺，充分利用机械化 配套设施，通过科学组织 与管理，实现了快速施工，创 造 了平均 月成 井 9 3 3 2 m，最 高月成井 1 3 4 6 m 的铁 路 隧道 竖井 井筒施 工纪 录。2施工 方案 及主 要装备 根 据芨 芨 沟竖井 井 筒 技 术特 征、地 质 条 件 和工 期 要求，并对 钻眼 深度 与掘进 段高、一次爆 破岩 石量 与装 岩能 力、提 升能 力与 装 岩 能力、吊桶 容 积 与 抓 斗容 积、地 面排碴 能力 与提 升能 力、井 壁 支 护能 力 与 掘 进 速度 等 6个方面的机械化配套设备的匹配研究，确定井筒 施工 采用 机械 化配 套短段 掘砌 混合作 业方 式 的施工方 案，即 基 岩 段 钻 爆 采 用 F J D 一6 A 型 伞 型 钻 架 钻 眼，_-【_ l -e 一-e一 n l -e -e _-_ _ m I 1 _ -e 4 1 _ ，f r_ f1 1 l H 1 I 1 首先根 据竖 向和 横 向检查 的侵 限 值，进 行坡 度 调 整。通 过调 整线 路坡 度，使 其 满 足横 向 限界 和竖 向建 筑 限 界要求。如 果净空 和轨 道厚 度都 满足 不 了限界要 求，说 明该段 结构 施工 情况不 好，需要 与结 构、轨道、接 触网等有关专业共同协商采取特殊措施。例如深圳地 铁 1 号线竹子林站作限界检查时，发 现净空和轨道厚 度 都满 足不 了 限界要求，横 向检 查没有 侵 限，分析 原 因 是施工 单 位 未 按 图 纸 施 工，将 车 站 的 通 风 道 做 低 了。如 果将 通风 道打 掉重 做 将 引起 很 大 的 工 程 量，最 后经 研 究协 商，轨 道 在 此 作 特 殊 设 计，将 轨 道 厚 度 作 成 0 5 4 m，铺 道 床 时增 加 钢 筋 网，接 触 网 支 架安 装 时，尽 量避 开侵 限大 的地 方。5 6 如果横向侵限，无法通过调整坡度满足限界要求，那么线路 中心需做调整(平移或改变曲线半径或缓和 曲线 长)，最后 根据 调 整后 的 资 料重 新放 中线，作横 断 面，进行 检查。5体 会 综合上述，调线调坡是一项从测量到设计，涉及专 业范围广的综合工作，它可以消除地铁隧道结构中的 一些不合 理 因 素，是保 证 地铁 车辆 安 全 运 营 的前 提。我 国在早 期 的地铁 建设 中，还没 有采 用调线 调坡 设计，为满足 限界要 求，结 果隧道 结构 断面 设计 的很 大，造成 很 大的工 程量。随着 调线 调坡 在上海、广州、深圳 城市 地铁建设 中采用，从而大大 降低 了工 程量，节约 了资 金，并且 在上海、广 州运行 中取得 良好 效果。铁道标准 设计 R A I L I,A y S T A N O A R D o r s I G N 2 0 0 4 f 3 J 维普资讯 http:/ 维普资讯 http:/ 隧 道 地 下 工 程 0 40 0 0 。2 。图 2炮眼布置示意(单位 i mm)表 3爆破参数 序 名称 眼数 眼深 眼距 角度 圈径 药量 雷管 起爆 号 个 m Iltl lltl (。)m (k g 圈)段数 顺序 l 一阶掏槽 眼 4 4 2 4 2 4 9 0 0 6 l 9 7 l I 2 二阶掏槽 眼 7 4 2 5 2 l 9 0 1 2 3 4 4 3 3 一圈辅助眼 l 2 4 0 5 6 9 9 0 2 2 5 9 5 4 二圈辅助眼 l 6 4 0 7 8 0 9 0 4 0 6 5 6 7 5 周边眼 2 8 4 0 5 6 0 8 8 5 8 2 8 9 9 V 小 计 6 7 2 0 7 6 钻眼及爆破 为防止 远离起 爆 药 卷 的 药卷 部 分 拒 爆，采用 同段 双雷 管起爆 法起 爆；采 用 P N J 一 2型炮 泥机 制作粘 土炮 泥，将剩余炮孔长度全部封闭，增加爆轰应力波的作用 时 间，充分破 碎 岩石，提 高装碴速 度。(2)装 岩提升 为保证有足够的提升能力，提升方式采用 2套单 钩提 升，主提 吊桶容 积 3 0 m ，主 要用 来 排 碴，副 提 吊 桶 1 5 m ，主要 用来 上 下人 员、下 放材 料、排 水 和 辅 助 排碴 等。采用 H Z一6型离 机控制 式 中心 回转抓 岩 机装 岩，该机结构紧凑，占用井筒面积小，操作方便，装岩能力 为 4 0 5 0 m h。出碴 采用 2只 3 0 m 吊桶井 下 摘挂 钩的提升方式。每循环松散体碴量为 1 3 0 m ，平均出 1 桶碴 石 需 8 m i n，每 h出碴 2 0 m ，每循 环 出碴 清 底 理 论上只需 6 5 h。由于采用 了光底爆破技术，爆破后作 业面实底呈锅底形状，使清底时间大大缩短。地 面排碴 采用 座 钩 式 翻碴 装 置 翻 碴，碴 石通 过矸 石仓(溜槽)直接 溜人 8 t 自卸 车，运 至临 时转碴 地。5 8 (3)砌 壁 根据竖井物探报告提供的工程地质情况，确定竖 井永久支护采用单层混凝土井壁。砌壁段高的确定 每茬炮 掘进 段 高 最低 为 3 3 m，加 接 茬 0 3 m，所 以砌 壁段 高为 3 6 m。整体模板 的制作与使用 模板选用 MJ Y型单缝式整体下移金属活动模板，液 压脱模，通过 地 面设 置 的 3台 1 0 t 稳 车 悬 吊。模 板 上 设开 放式环 形浇 筑 口，并在 浇筑 口设环形 斜 面板，以 保 证接 茬严密。在模 板上 口设 8根工 字钢 导 向柱，脱、立模十分方便，大大地缩短了立模时间，并保证接缝严 密、无错台。M J Y型单缝式整体下移金属活动模板见 图 3。悬吊钢 丝绳 词 平 液 压 缸 A i 裤 叉 绳 n 厶 浇筑 口 r 1 _ 广 _ u 上 层 模 板 观 察 口 口 口 中层模 板 口 o 伸 缩 液 压 缸 刃 脚 模 板 、r屯 J f 图 3 MJ Y型单缝式整体下移金属活动模板示意(单位：mm)混凝土制作与输送 地 面设 有 混凝 土 集 中搅 拌 站，采 用 1台 J S一5 0 0 型水平 双卧轴 强制 式混凝 土 搅拌 机拌 和，生 产 能力 2 5 m h，而每段高需混凝土量为 2 8 2 m ，搅拌能力能满 足浇筑需 用量。混 凝土严 格按 大流 态混凝 土配 制。井筒施工接近下部时，上部井壁滴水汇集成流，形 成淋水。每次浇筑混凝土前，在上段混凝土碹头上 1 m左右设置一圈截水槽，将井壁淋水汇集后导入井底。混凝土经(b l 5 9钢 制溜灰 管、缓 冲器下放 到距模 板 3 0 m高的吊盘上接灰盘中，以保证混凝土和易性。下放混 凝 土通 过 下盘 分 灰器 均 匀 对称 浇 筑，分 灰 器 的 主体为伞型结构，中心为支撑立柱，下设 3个可移动、可伸缩的分灰溜槽，溜槽伸至环形浇筑 口，可在 3 6 0。范围内全方位移动浇筑混凝土，实现了分料浇筑机械 化，提 高井壁 混凝 土浇筑 质量，加快 浇筑速 度。混凝 土 采用 Z H一7 0型 行星式 高频振 捣 器振捣。(4)掘砌循 环 短段掘砌混合作业法，是指掘进和砌壁工序在一 个循环段内先后(少量工作有一定交叉)进行的作业 方式。严格讲，砌壁工序是穿插在装岩工序 中进行的。铁道标准设计 R A I L IC A y S T A N D A R D D E S I G N 2 0 0 4 f 3)维普资讯 http:/ 隧 道 地 下工 程 掘砌循 环 的 主体 是 一 掘 一 砌。砌壁 前，工作 面 留 炮、出碴、砌壁 的顺 序进 行施 工。掘砌循 环 图见 表 4。1 5 3 0 m 的虚碴 砌壁 后，按 照 出碴、清 底、钻 眼、放 表 4 井 简 基 岩段 掘砌 循 环 图 清底班 钻眼班 出碴 班 砌壁班 序号 工序名称 工序时间 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l l l 2 l 3 1 4 l 5 l 6 l 7 l 8 l 9 2 0 2 l 2 2 2 3 l 交接班 l 5 ra i n 2 出 碴 3 h 4 5rai n 3 清底 l h 4 钻眼准备 3 0 ra i n 5 钻眼 3 h 3 0m i n 6 装药联线 l h l 5 ra i n 7 放炮、通风、安全检查 3 0 ra i n 8 出碴准备 3 0 ra i n 9 出碴 5 hl 5ra i n l O 松模、立模找正 3 0m i n l l 落盘、下分灰器 2 0m i n l 2 灌 筑混凝土井壁 4 h 3 0mi n l l 3 提盘、拆分灰器 2 5 rai n 说 明：1 本表为一掘一砌的循环 图表，循环时间为 2 3 h；2 循环进尺 3 5m，月进尺 1 0 0m；3 正规循环率 9 0。4质量 控 制(1)认 真抓 好井筒 掘 进 的 光 面爆 破工 作。严 格 按 爆破 图表 施工，根据 围岩情 况 及时 调整爆 破 系数，严 格 控制 超、欠 挖。(2)采用 D J ZI 1 型 深井 激 光 指 示 仪给 井 筒 中心 定位，指导 掘砌 作业，提 高测 量精度。(3)严把 材 料进场 关。(4)对 每 个段 高连 接 处 的井 壁，要求 测 量 定 位 准 确，认 真找 线立 模，保证 工程 连接完 整，不出现 错 台。(5)砌壁模板适 时整修，确保 圆顺，并经 常清理、涂油。(6)混凝土搅拌和浇筑，安排专人负责，严格按确 定配合 比计量拌合，要求“对称浇筑，分层专人振捣”，以消 除蜂 窝、麻 面等。(7)坚决 执 行“操作 人 员 当班 自检、班 组 互 检、施 工队旬检、项 目部月检、专职质检员 随时检”的制度，防微杜 渐，把 质量 事故 消灭 在萌 芽状 态。(8)坚持“预 防为主，检查 为辅”的原则，质 量 目标 责任到人，实行作业部位挂牌留名制，做到质量与工资 挂 钩，奖 优罚 劣。5 结语(1)采 用 先进 的技 术 装 备、配套 机 械 化设 施 和科 学 的组 织管 理是 组织 快速施 工 的决定 因素。由于采用了合理 的施工方式、先进 的机械化配套 设施和科学的施 工组织 与管理，2 0 0 3年 6月，芨芨沟 竖 井施 工创 造 了铁 路 隧 道竖 井 基 岩 段施 工 的新 纪 录。铁道标准设计 R AI L W A Y S T A N D A R D D E S I G N 2 0 0 4 f 3)其技 术经济 指标 见表 5。表 5 6月份施工技术经济指标 工程量 m 安 全 质 量 合格率 优 良率 计划 实际 超(+)轻伤 重伤 死亡 机械 l O 8 l 3 4 6 +2 6 6 无 无 无 无 l o o l o o 设备完好率 成本 刀兀 工作量 万元 计翅 实际 预算 实际 降(一)计划 实际 超(+)9 0 9 8 4 4 3 9 3 9 9 9 4 4 0 3 5 6 2 44 3 9 +8 77 (2)短段掘砌混合作业方式是一种行之有效 的作 业 方 式。实践 已证 明其 部 分作 业 可 以 平行 交 叉 进 行，省去 了临时 支护，节约 了辅助 作业 时 间，增加 了有效 作 业时间，而且适合大型施工设备发挥效率。(3)建立设备管理包机保修 制，激发职工的劳动 积极性，能加 快施 工速 度。(4)实行 岗位切 块 承包，把 安 全、工程 进 度、质量、时 间 同职工收 入挂 钩，严 格执行 奖罚 制度，为正 规掘砌 循 环创 造 了有 利条 件。参 考 文献：1 龙志 阳 立井井筒施工技术 M 北京：煤炭工业 出版社，1 9 9 9 2 崔云龙 简明建井工程手 册(上册)M 北 京：煤 炭工业 出版社 2 0 0 3 3 周兴旺 建井技术 M 北京：煤炭科学研究总院 2 0 0 2 日本开发时速 3 6 0 k m 新干线列车 日前，日铁东 日本公 司宣布 着手开 发 时速 3 6 0 k m 的新 干 线新型列车，预计 2 0 0 5年将 制造 出实 验样 车，并将 于 2 0 1 3年 投入使 用。据 人 民铁道 5 9 维普资讯 http:/