王建軍

(山西路橋市政工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

某隧道在整條路線中屬于控制性工程，左、右線長(zhǎng)度分別為11.489 km和11.456 km，起、迄樁號(hào)為ZK71+781～ZK83+270和K71+778～K83+234。該隧道的通風(fēng)由一個(gè)斜井和兩個(gè)豎井組成，斜井傾角為22.4°，長(zhǎng)度為855.33 mm，設(shè)41.141%的縱坡。可見(jiàn)，該斜井的坡度相對(duì)較大，且距離很長(zhǎng)，有地下水資源分布，無(wú)論是對(duì)施工技術(shù)與安全都提出了很高要求。

在坡度相對(duì)較大的斜井施工過(guò)程中，無(wú)軌出碴難以達(dá)到要求。因斜井坡度很大，裝載機(jī)實(shí)際出碴效率將大幅降低，不僅使設(shè)備的損耗增大，而且廢氣很難排出，對(duì)施工人員身體健康有很大危害。對(duì)此，在做好技術(shù)攻關(guān)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新相關(guān)施工技術(shù)，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。

2 大坡度斜井機(jī)械化配套施工技術(shù)

2.1 基本原理

該技術(shù)是指對(duì)現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行予以適當(dāng)?shù)恼吓c改裝，以此形成一個(gè)適用于大坡度斜井施工的完整體系。相較于傳統(tǒng)以無(wú)軌運(yùn)輸為主的方式，實(shí)現(xiàn)了顯著的創(chuàng)新。

考慮到斜井的坡度很大，輪式開(kāi)挖臺(tái)車的實(shí)際行走可能存在安全隱患。相較于有軌運(yùn)輸方式，該配套技術(shù)主要采用鋼混軌枕，采用軌距拉桿將鋼軌相連后，對(duì)道板進(jìn)行整體澆筑，使臨時(shí)軌道成為永久軌道。采用臨時(shí)與永久性軌道充分結(jié)合的形式，在隧道掌子面之后30 m處設(shè)置臨時(shí)性軌道，而已經(jīng)完成施工的段落則使用永久性軌道，伴隨斜井不斷開(kāi)挖，將臨時(shí)性軌道替換成永久性軌道。

在挖掘機(jī)的底盤通過(guò)焊接設(shè)置開(kāi)挖臺(tái)架，保證行走安全。為了從根本上解決廢氣污染問(wèn)題，施工中所用大部分機(jī)械設(shè)備都應(yīng)采用電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)掌子面開(kāi)挖時(shí)，主要使用開(kāi)挖臺(tái)車與氣腿鑿眼機(jī)，在電力驅(qū)動(dòng)下使礦車順利且連續(xù)出碴，并通過(guò)道床修筑與軌道布置為運(yùn)輸提供安全保障。通過(guò)對(duì)信息化技術(shù)的引入，比如在斜井施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置監(jiān)控裝置，能對(duì)斜井施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保證全體作業(yè)人員自身安全。掌子面扒碴由挖掘機(jī)進(jìn)行，碴料采用礦車及時(shí)清運(yùn)。礦車提升機(jī)的控制引入了PLC單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，在上下行過(guò)程中通過(guò)視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)協(xié)同指揮，采用絞車房提供牽引力，在洞外進(jìn)行卸碴。

通過(guò)對(duì)一系列設(shè)備的適當(dāng)改裝和整合，即可形成整套技術(shù)，使斜井施工時(shí)的機(jī)械化水平得以大幅提高，在保證安全的基礎(chǔ)上，提高質(zhì)量與效率，適應(yīng)更多更復(fù)雜的隧道工程，有著良好的推廣與應(yīng)用價(jià)值。

2.2 工藝流程

(1)施工準(zhǔn)備：根據(jù)斜井實(shí)際情況選擇適宜的提升機(jī)類型、型號(hào)及其它配套設(shè)施。(2)超前預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)雷達(dá)與電動(dòng)潛孔鉆進(jìn)行；(3)測(cè)量定位：采用全站儀與激光定向儀進(jìn)行；(4)鉆孔爆破：采用改裝臺(tái)車按照定人定位的原則進(jìn)行光面爆破；(5)軌道和設(shè)備檢查：采用視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行；(6)扒碴與出碴：采用挖掘機(jī)與提升礦車進(jìn)行；(7)初期支護(hù)：采用混凝土濕噴機(jī)進(jìn)行；(8)完成以上各道工序后開(kāi)始進(jìn)入下一循環(huán)。

2.3 技術(shù)實(shí)施

(1)施工準(zhǔn)備

對(duì)于礦用提升機(jī)，其鋼絲繩偏角不能超過(guò)1°30′，以此確保鋼絲繩纏繞時(shí)可以自然排繩，避免咬繩與背繩，并便于摘掛鉤，防止礦車脫軌。配置固定式天輪，并使鋼絲繩和地面之間的夾角達(dá)到15°以上，確保提升機(jī)得以穩(wěn)定可靠的提升。

(2)超前預(yù)報(bào)和軌道鋪設(shè)

為使超前預(yù)報(bào)結(jié)果達(dá)到真實(shí)準(zhǔn)確，需在地質(zhì)雷達(dá)的基礎(chǔ)上輔以超前鉆孔。對(duì)有軌施工而言，其重點(diǎn)為軌道鋪設(shè)，包括臨時(shí)性與永久性軌道。所有鋼軌都應(yīng)設(shè)置防爬裝置，鋼軌之間的連接采用軌距拉桿進(jìn)行。

對(duì)于臨時(shí)性軌道，伴隨掌子面進(jìn)尺進(jìn)行接長(zhǎng)，鋼軌之間的距離由規(guī)矩拉桿加以固定。每完成一次開(kāi)挖，即需要根據(jù)實(shí)際的進(jìn)尺長(zhǎng)度選擇長(zhǎng)度適宜的軌排進(jìn)行連接與安裝，以此不斷循環(huán)。在掌子面之后30 m處應(yīng)使用臨時(shí)性的軌道，而其它完成施工的部分則采用永久性的軌道。

對(duì)于永久性軌道，其道床采用整體式道床，將斜井的仰拱施工完成后開(kāi)始軌枕的鋪設(shè)。為避免軌道發(fā)生滑動(dòng)，需使用錨桿將其錨固在底板處，錨桿按照8 m的間隔距離設(shè)置。在斜井的井口和底部還要設(shè)置阻車器，避免停車時(shí)由于絞車的剎車失靈造成溜車。軌道應(yīng)布置成雙線形式，根據(jù)實(shí)際的開(kāi)挖進(jìn)度進(jìn)行鋪設(shè)。

(3)測(cè)量定位和鉆孔爆破

測(cè)量放樣由全站儀完成。在放樣過(guò)程中，在與掌子面相距相近的地方架設(shè)全站儀，然后采用正倒鏡法在掌子面上準(zhǔn)確放出兩個(gè)點(diǎn)，使坡度大小與設(shè)計(jì)要求相符，再將方向線準(zhǔn)確標(biāo)出。在隧道掌子面后方約20 m的位置架設(shè)激光定向儀，并用全站儀對(duì)其位置進(jìn)行校核與調(diào)整，確保激光的光束和采用全站儀放出的點(diǎn)位處于相同的位置，最后借助激光定向儀為爆破孔實(shí)施準(zhǔn)確定位。

由于斜井的坡度很大，所以過(guò)去常用的輪式鑿巖車無(wú)法完成鉆孔，而如果采用人工，則會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的極大限制。對(duì)此，通過(guò)調(diào)研，決定采取定人定位方法，即在固定位置安排固定人員進(jìn)行作業(yè)，以有效防止超欠挖等現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)軌道和設(shè)備檢查

由于斜井有很大的坡度，所以傳統(tǒng)開(kāi)挖臺(tái)車無(wú)法在斜井中保持正常行走，對(duì)此，為了使施工順利完成，需在挖掘機(jī)底盤進(jìn)行開(kāi)挖臺(tái)架的焊接，并在臺(tái)架上的不同位置進(jìn)行空心圓筒的安裝，以便于順利穿過(guò)鋼筋，之后在鋼筋基礎(chǔ)上鋪設(shè)一道格柵，同時(shí)用鋼絲將其綁扎牢固，以此得到可在大坡度斜井施工中使用的新開(kāi)挖臺(tái)車。

施工中在左右兩個(gè)方向展開(kāi)臺(tái)車，在施工結(jié)束后將其收攏，為挖掘機(jī)的進(jìn)場(chǎng)與作業(yè)創(chuàng)造足夠施工區(qū)域，從根本上解決由于施工區(qū)域狹窄造成的設(shè)備矛盾。設(shè)備采用電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在減小對(duì)鉆孔造成的影響的同時(shí)，避免廢氣造成太大的空氣污染。臺(tái)車到達(dá)掌子面之前預(yù)定位置后，開(kāi)始格柵搭設(shè)，施工人員使用氣腿鑿巖機(jī)實(shí)施鉆孔。

(5)扒碴與出碴

將斜井中的軌道和監(jiān)控設(shè)備都安裝完成并檢查確認(rèn)合格后，開(kāi)始用挖掘機(jī)進(jìn)行扒碴，并用礦車進(jìn)行清運(yùn)。采用礦用提升機(jī)進(jìn)行出碴的過(guò)程中，應(yīng)安排專人加強(qiáng)不同部分之間的聯(lián)系，并在斜井口處安裝阻車器，由專人管理，只允許在放車的狀態(tài)下打開(kāi)。另外，在車身還要設(shè)置保險(xiǎn)裝置，避免斷繩脫鉤，以防礦車向下滑動(dòng)。

(6)初期支護(hù)

出碴結(jié)束后，利用混凝土濕噴機(jī)實(shí)施初期支護(hù)。采用濕噴機(jī)相較于干噴，能極大的減少粉塵，并降低回彈率，而且混凝土水灰比的控制更加容易，能有效保證初支質(zhì)量與效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)以上機(jī)械化配套技術(shù)的引入，能有效保證大坡度斜井施工安全、質(zhì)量與效率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，從根本上解決以往施工中面臨的各項(xiàng)問(wèn)題，值得更多隧道工程參考借鑒和使用。