斜井施工工艺工法

斜井施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0318-2011第五工程有限公司郑淋水刘富强1前言1.1工艺工法概况在长大铁路隧道施工中，因地形及工期限制，一般均设有斜井辅助正洞施工，以节省工期，但由于斜井开挖断面小，坡度大，反坡排水，出碴运输等给施工带来困难，施工安全，进度等不易有效控制。对斜井的施工方案要不断优化才能达到预期效果，如国内乌鞘岭隧道11#斜井经过斜井方案优化，采用新奥法施工，施工进度创造了全国记录。根据设计资料进行现场实际调查，比对设计资料的出入情况，基本了解断层走向，断层类型，主要高风险因素，然后进行施工可行性研究分析，在原设计基础上进行方案优化，确定合理的斜井走向，断面尺寸，运输方式，斜井坡度、及施工设施的选型配套。根据隧道所处地形地质条件、工期进度要求及运输方案等因素进行经济性、合理性比较优化施工方案，辅助斜井尽量选择缓坡斜井(i<

0.15,可以采用汽车运输;有些载重汽车极限爬坡能力达13°,i≤0.23)、以此来达到改善通风条件、增加工作面、减少工程量的目的。1.2工艺原理斜井是长大隧道洞内施工的通道和咽喉,是直接制约隧洞施工安全与效率的一个重要环节,因此如何根据地形、地貌及主洞的洞线走向,选择确定斜井支洞的坡度、断面形式及斜井施工设备的合理配套是最大限度地发挥施工效率的关键。2工艺工法特点断面小、坡度大，排水困难，运输困难，干扰大，通风困难。3适用范围本工艺工法适用于隧道缓坡斜井（横洞）施工，对修建的其他地下工程亦有借鉴意义。4主要引用标准4.1《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214)、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》(TB10204)、《新建铁路铁路工程测量规范》(TB10101)、《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》(铁建设[2007]189号)。4.2设计图纸、合同文件。5施工方法斜井施工依据设计资料、现场调查情况及施工组织安排，合理优化施工方案，采用新奥法施工。斜井口、断层带、斜井与正洞交叉口处均采用台阶法施工，根据具体围岩情况选择台阶类型，做到“短进尺、弱爆破、管超前，强支护、勤量测”，减少对围岩的扰动。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工现场调查施工现场调查优化施工方案斜井口施工井身施工井底施工图1施工工艺流程图说明：斜井口施工前应做好地表水引排工作。6.2操作要点6.2.1现场施工调查优化施工方案1斜井设置原则根据洞口处的地形地貌，洞口应避开断层带、山谷汇水区，以及河流密集区。依据斜井原设计及施组安排并结合实际地形情况，对原设计方案进行总体优化，选定最佳的洞口位置、开挖方向、断面大小、开挖方法、坡度大小及缓坡段设置等技术参数，同时考虑通风、排水设备，弃渣的摆放位置及选型配套工作，为施工提供可靠依据。2斜井运输方式的选择汽车出渣进料的无轨运输方式具有施工方便、简单、灵活,施工速度快,设备投入少,出渣设备适用范围大，对洞口场地要求不高，适用于洞外上坡、远运弃渣、场地狭窄等困难地形；缺点是：车辆间、洞内外风水管施工干扰大，施工废气多通风难度大，通风时间长，增加设备维修费、通风费、扩挖会车洞费等；应采取的措施：对机械设备进行合理的选型配套，提高无轨运输的出渣效率，减少通风时间，减少车辆干扰，就会变不利为有利，缩短循环时间，提高掘进速度。3斜井夹角与坡度的选择与确定在洞口处的地形、地貌、水文地质允许的情况下,尽可能调整进洞位置、要利于弃渣、施工场地和生活驻地的展开，洞口应做成3%的反坡段，以利于洞口排水。斜井与正洞的夹角因考虑运输设备的转弯半径及施工的难易程度，一般控制在40°～45°间，利于设备的运输和调转。同时斜井交汇处应尽量避开软弱围岩或其它不良地质地段。洞线长度和坡度,要利于运输，将斜井坡度调整到8°以内,以满足方便、快捷的汽车出渣的需要，发挥出渣设备的最大功率。在长大斜井施工时，考虑运输设备机械性能，临时停车等因素，因每隔不大于360m,设置不小于30m的缓坡段，坡度不大于1.24断面形式的确定根据斜井总的出渣、进料量和总体工期的要求,按照施工高峰期的出渣、进料量来计算每循环通过斜井的出渣、进料数量及时间,并配套相应的机具设备（见6.2.3）。要考虑通过斜井的各种机械、风、水、电管线、压入吸入式通风管、进入斜井的人行道以及各种设施的安全距离。因此,在确定斜井的断面尺寸时应综合考虑以上因素,满足各种设备安全使用的最小净空，同时发挥设备的最大生产能力。如无轨运输考虑现运输设备高度一般不超过4m,一般宽度不超过3m,通风管φ1.5m考虑双向行驶可选择断面形式：宽高为650*650cm断面形式；长大斜井无轨运输考虑通风排烟等因素可适当加大断面形式：宽高为970*650cm断面形式（如高盖山4#斜井）；小于1000m斜井无轨运输考虑经济合理等因素可采用断面形式：宽高为6.2.2井口土石方开挖，人工清除洞口范围植被及覆盖层。土方采用挖掘机配合自卸车挖、装、运，石方采用手持风钻钻孔，浅眼爆破，装载机装运。所有土石方均就地作为场地填料。洞口土石方施工完成后，根据洞门边仰坡地质情况确定是否施作锚网喷砼。并根据边仰坡稳定情况和岩体破碎程度确定锚杆间距和喷砼厚度。洞口坡面防护施工完成后，及时施作截排水沟，防止地表水进入斜井，影响施工。斜井开挖进洞后，对洞口段5～8米施做3%的反坡段，同时对洞口段进行及时初支或衬砌洞口段（根据设计及地质情况确定支护类型）。同时根据当地环保部门要求，在洞口附近修建三级沉淀池，做好施工污水处理。6.2.31开挖斜井井身开挖是斜井施工的关键工序.由于井身断面小、坡度大,爆破难度大,在进行钻爆方案设计前认真调查和研究地质情况对钻爆设计十分重要,在施工过程中根据不同的地质情况须不断修正各项参数。钻爆设计一般以斜眼掏槽、光面爆破为主。根据围岩稳定情况每循环进尺在2m～3.0m左右。2支护或衬砌为了保证施工安全,在斜井围岩较差段一般采取锚喷支护，必要时采取衬砌砼加强支护。喷锚支护紧跟开挖作业面，在放炮、找顶后拱部初喷C20砼3～5cm厚，待开挖面前进后，利用初支作业台架，安装拱部锚杆。锚杆间距根据围岩类别及稳定情况确定，最后复喷砼至设计厚度。锚喷支护施工完成后，随时观测支护变形情况，发现裂缝出现，查明原因，加设锚杆或局部撬掉重喷。采用砼加强衬砌时，沿井身自下而上砌筑，其它工序与洞口砼衬砌相同。3出碴斜井出渣效率的高低是制约长大隧道施工速度的关键,如何进行布置、选择配套斜井出渣设备是实现快速出渣运输的重要环节。要对不同设备进行比选，根据现场实际调查，选择理想的配套机械。例如：挖掘机作业过程中，通常由挖掘机配与自卸车配合组成一个运输系统。挖掘机的选择的基本原则是：挖掘机的斗容量和台数与工程量和工程进度相适应；挖掘机的结构类型与土壤条件和工程特点相适应；具有较高的性价比、可靠性、舒适度。挖掘机斗容量的选择首先取决于工程量的大小和工程进度要求。为不同的工程量选择合理的斗容量将会使施工成本大大降低。工程量越大，选择较大斗容量可降低单位施工成本。可参照下表1选择斗容量：表1挖掘机斗容量参考表月工程量（m3）斗容量（m3）<200000.5～0.6520000～600001～1.2560000～1000001.6～2.5>1000002.5～3.5自卸车的载重量和台数应符合挖掘机生产率和工程运距的要求：1)自卸车载重量选择为了使挖掘机充分发挥生产能力，应使自卸车的载重量与挖掘机的每斗容量保持一定的倍率关系，并有足够数量车辆以保证挖掘机连续工作。从挖掘机方面考虑，自卸车与斜井断面大小匹配，可以减少等待调车的时间。挖掘机斗容量与载重量合理配置的基本要求是：斗容量1～1.25m3的挖掘机载重量配置10～25吨的自卸车，可参考表2：挖掘机与自卸车选型配套表2挖掘机与自卸车选型配套运距（km）挖掘机斗容量（m3）0.40.6511.251.62.50.53.54.5661010166101010101.566101010102～3610101025254～5101010252525一般情况下，自卸车的载重量以每斗重的3～7倍为宜2)自卸车数量计算①一个循环出渣量Q式中：S-斜井断面面积，m2;L-循环进尺，m;Kr-岩石松散系数。②装载设备装满一车的装渣时间T装式中：V车-自卸车容积，W-装载设备小时能力，m3/h。③自卸车往返一次的纯行走时间T往返式中：T洞内、T洞外-洞内行走时间、洞外行走时间，min；L洞内、L洞外-洞内行走距离、洞外行走距离，km；V洞内、V洞外-洞内行走速度，洞外行走速度，km/h。④自卸车出一车渣的总时间T总式中：T卸-自卸车卸渣时间，min。⑤清理一次爆破的全部岩渣所需自卸车车次总量N’车⑥使用一台自卸车清理一次爆破的全部岩渣需要的时间T’⑦投入施工的自卸车总台数为N时工作面清理完毕需要的时间T式中：N-拟投入的自卸车辆总数。完成全部出渣量的时间，即清理完工作面的时间T，与斜井总进尺(斜井口到工作面的距离X)和拟投入的车辆总数N有关，可以做成表格，并根据表格确定出渣车辆。20分钟30分钟18020分钟30分钟180分钟台架就位测量钻孔眼深2.0-3.0m装药爆破台架就位测量钻孔眼深2.0-3.0m装药爆破180分钟180分钟30分钟出碴80分钟喷砼20分钟找顶30出碴80分钟喷砼20分钟找顶30分钟通风图2井身施工工艺及循环时间图每循环所需时间9.5小时，考虑围岩实际稳定情况,平均每循环进尺2—3m，每天完成2.5个循环，每月为75个循环，考虑机械维修及其它因素影响，每月综合安排65个循环，月进尺为130—1954防排水斜井对于有富水地段的主要难点之一就是防排水工作，这直接影响到施工进度、安全问题，做好防排水工作，是首要任务。洞口位置的选则至关重要，首先应对地表河流，地表水及地势、地貌做深入调查，洞口应避开汇水密集区，同时结合设计情况，做好对地表水的引排工作，避免发生斜井地表水倒灌进斜井。斜井井口边仰坡上方设置截水口，下方设置排水沟，采用75#浆砌石砌筑，断面尺寸根据汇水量大小确定。洞口段5～8米施做3%的反坡段，避免洞口地表水流入斜井内5供风、供电、供水、通风前期施工供风、供电、供水采用临时方案，供风采用空压机铺设临时高压风管提供，供电采用内燃发电机提供，供水采用高压水池提供，斜井施工初期200m采用自然通风。后期施工供风采用电动空压机、供电采用高压变电、供水采用高压水池，转入正洞施工需要选定设备类型并考虑综合布置，由于斜井长排烟困难，在建井期间施工通风轴流通风单机压入。6斜井施工设施布置1)人行道和水沟人行道与高压风管同侧设置，有效宽度不小于120cm，人行台阶踏步高152)各种管线布置要求①斜井排水管路应尽量布置在人行道一侧，便于维修。其布置方式如下图：图3斜井管线布置示意图②管路与电缆同侧时应将电缆布置在上方，电缆架不得悬挂重物，距离不应大于3m。③斜井内照明线、动力电缆和信号线分开架设，照明灯距相距10m设一个。6.2.41开挖斜井与正洞交叉口净空较大，对围岩的稳定极为不利，因此斜井与正洞交叉口处应选择围岩较好的地方以确保安全，同时施工应遵循“短进尺、弱爆破、强支护、快初砌”的原则，首先开挖向正洞方向小导坑斜向挑顶。当掘进到正洞位置时，当导坑拱部与正洞拱部开挖方式吻合时，继续往前掘进，并将导坑扩大至正洞拱部断面。然后向一侧继续掘进，并及时作好临时支护和加强衬砌。如果正洞围岩类别较高，稳定较好，则调头将正洞下部开挖至上弧忸齐头，全断面向前掘进，否则采用正台阶掘进。并及时完成衬砌。（结合图说明1～2）图4交叉段施工平面图图5小导坑斜向挑顶图6小导坑扩大至正洞断面图7斜井转正洞纵断面2出碴井底出碴施工方式与斜井井身施工出碴方式相同。7劳动力组织（每循环）表3劳动力组织（以高盖山4#斜井为例）作业班人数(每班)作业内容备注开挖班20台架就位、钻眼放炮出碴班8装运弃运输1人、码头2人喷锚班8喷砼、钻孔、装锚杆喷锚不平行作业衬砌班20砼拌制、运输、入模、捣固机电班4水电路维护、机械检测合计60注：按三班制组织施工，需组织劳动力180人左右。适用于范围：开挖断面56m3;循环时间9.5；循环进尺2-3m。8主要施工机械配置表4施工机械配置名称型号、功率、容积数量备注凿岩钻孔机械YT-2820空压机L3.5-20/85压入式风机SDF©-NO132KW1不考虑正洞砼喷射机PZ-5C2装载机WA-380-31不考虑正洞搅拌机JS5001前期过渡拌合机HZS602捣固器ZX-25按需配置抽水机37KW4抽水机75KW31潜水泵7.5KW8潜水泵90KW8管道增压泵30KW2注浆机HJB-31自卸车斯太尔15T8倒运弃土碴射流风机30M3/s9发电机GF5002注：其它施工机械根据正洞施工需要选型配套适用于范围：开挖断面56m3;循环时间9.5；循环进尺29质量控制要点9.1易出现的质量问题9.1.1光爆效果差,断面轮廓不圆顺,钻眼数量不足,钻眼角度偏大,超欠挖较大.9.1.2施工中围岩变化,爆破参数变化不及时,易造成对围岩扰动.9.1.3锚杆灌浆不饱满,锚杆角度打设不符合要求9.1.4喷射砼质量差,不圆顺,回弹量大.9.1.5喇叭口开挖施工转向易出现超挖，工作面跨度大易造成支护不到位失稳。9.1.6喇叭口跨度大二衬加固、防排水难度大。9.2保证措施9.2.1精确测定斜井开挖轮廓、炮眼眼位，定人、定区、定量钻孔。并严格按炮眼精度要求检查验收，控制超欠挖。9.2.2施工中根据围岩实际变化情况，不断修正设计参数，尽量减少爆破作业对围岩的扰动。9.2.3锚杆钻孔深度必须满足设计要求，灌浆前锚孔必须清洗干净，锚固砂浆随拌随用，并在水泥初凝前用完，中途停止施工30分钟后再施工时，必须用水泥浆润滑管道及容器。9.2.4严格控制水灰比，定期检测水泥砂浆早期强度，并及时进行配合比调整。9.2.5喷射砼时严格检查开挖断面尺寸，用高压风清扫岩面，撬掉松动围岩，埋设号厚度标志后再施工。9.2.6喷射作业时分段、分片、自下而上依次进行，喷射作业面仅跟开挖面，喷设后4小时不得爆破作业。9.2.7在围岩有水时，须自水源外周开始向水源附近喷射，最后封比水源或引排。9.2.8严格控制砼粗细骨料质量，水灰比及每盘砼的配合料计量，保证砼具有足够的活易性、保水性。9.2.9衬砌模板及支撑须具有足够的强度、刚度、稳定性，保证衬砌不侵入净空，砼排专人捣固确保外观质量。9.2.10喇叭口施工严格控制导线方向，做到测量准确无误。提高钻眼水平，严格控制超欠挖。对围岩较差地段加强支护，做好锚杆、钢架、钢筋网的施工检查验收工作，喷射砼的质量和厚度必须符合设计要求。同时安排专人进行围岩量测及时分析，发现问题及时变更施工方案.9.2.11喇叭口二衬施工跨度大，模板用工字钢加强支护，同时做好二衬基础底部防排水，提前预埋排水管路，同时做好砼灌注，加强振捣。并指派专人对喇叭口附近二衬进行监控量测，发现问题加强支护10施工安全措施10.1主要安全风险分析10.1.2坡度大，容易溜车，车辆行驶速度过快，存在安全隐患10.1.3喇叭口的开挖、支护等，变形控制。支护措施不到位易形成掉块、坍塌，10.1.4斜井反坡排水设置不合理，容易出现被淹灾害。10.2保证措施10.2.1爆破时发安全信号，增设安全警戒，发现瞎炮，采取安全、可靠的方法由专业人员进行引爆处理。10.2.2对爆破人员进行爆破技术培训，无合格证者不得从事爆破作业，对爆破器材的运输、检查、试验、加工等特制定专门的安全操作守则，库房设置应取得地方公安部门的同意。10.2.3加强地质超前预报、监控量测工作，作好防突水、防瓦斯、防岩爆三防工作及应急措施。10.2.4爆破完毕爆破员检查后，专职找顶工找顶，对开挖面及其附近加强检查，如可能产生险情时，应急时采取措施进行处理，以保证施工安全。10.2.5施工人员到达工作地点时，应检查工作面是否处于安全状态，并详细检查支护是否牢固、如有松动石块或裂缝，应及时予以处理。10.2.6车辆行驶过程中严禁超车，会车时应做到空车让重车。同向行驶时两车前后保持20米距离。长材运输时必须落实长材装运安全措施，运行速度不大于3m10.2.7洞内增设救生圈及救生衣，增加排水设备，做到排水量是设计涌水至少210.2.8施工中根据围岩地质情况及开挖断面净空变化，不断修正爆破参数，优化设计方案，尽量减小对围岩扰动，以防范坍方隐患对施工安全的威胁。10.2.9加强车辆照明系统，杀车系统做到班前班后检查，洞内设立限速标识牌和防撞墩。10.2.1011环境保护措施11.1临时工程的布置尽量减少对环境的破坏、农灌沟渠、道路的影响。11.2弃土、弃碴场周围，根据实际地形设置挡碴墙，场内注意排水，保持平整、稳定，完工后护面或种草。11.3施工场地外设置临时滞淤池、截水沟，防止施工污水进入毗临水域，施工及生活经净化后排出。11.4露天爆破作业采用控制爆破技术，将飞石和燥声减小到最小程度，临时道路和施工场地竣工后及时进行坡面防护。11.5保持良好的工地施工环境，生产、生活设施布置合理、整齐，设备、车辆停放有序。11.6合理设计生活区污水处理系统的布置、用量，定期检查维护其使用功能，定期收集处理固体垃圾。随时收集废弃油料，集中处理。11.7砼搅拌站附近修建沉淀池，搅拌站产生的污水经沉淀后排除，以保护附近水域不受污染。11.8施工场地周围设施工公告牌，场内设各种安全警示牌。12应用实例12.1工程简介中铁一局承担向莆铁路FJ-5A标段施工任务，管段全长35.629km，主要工程项目为“两站、八隧、九桥”。我中铁一局五公司项目部主要分担高盖山隧道出口段和两座辅助斜井（4号、5号）任务，出口段左线长度7717m，右线长度7719m，项目部下设三个工区组织施工:出口工区、4号斜井工区和5号斜井工区。向莆线高盖山隧道左线全长17594m，右线全长17612m，是向莆线重点控制性工程，位居全线第二长隧。隧道最大埋深723m,隧道洞身最浅埋深为82.1m。设计为双洞单线，由中铁一局和中铁二局共同施工。高盖山隧道4#斜井位于瑞应村，斜井与左线正洞隧道中心线交汇点里程为YDK474+910，斜井与左线正洞隧道中线形成夹角40°52′，综合坡率i=8.06%，井口里程为X4DK3+206，斜长为3217.22米。斜井辅助施工正洞左线长2913m（正向2275m，反向638m），右线长2930m（正向2275m，反向655m12.2施工情况向莆铁路FJ-5A标高盖山隧道施工过程中，采用斜井施工技术较大的减少了开挖循环时间，从施工放样、开挖、出碴一个循环下来只用7.5小时，为项目部全线贯通奠定了基础。2010年3月14