探讨金丽温铁路特长隧道斜井单车道改为双车道的施工影响

2019-09-07 版权声明 举报文章

摘要:金丽温铁路泽雅隧道辅助坑道1#斜井、2#斜井、1#横洞设计为“无轨运输单车道+错车道”断面形式。考虑到斜井布置、设计进度指标及国内施工水平等因素,无法满足总体工期。将辅助坑道由单车道断面变更为双车道断面,是确保施工安全、加快施工进度、实现总体建设目标的有效手段。本文重点从出碴效率和洞内运输效率对工期的影响进行分析,希望类似工程得到借鉴。

关键词:铁路特长隧道斜井单车道双车道施工影响

1工程及设计概况

金温铁路是铁路干线网沪昆通道和东部沿海通道在浙江省内的重要连接线路,起自浙江金华,终到温州南站。设计使用年限为100年,速度目标值200公里/小时。金丽温铁路泽雅隧道位于温州市瓯海区泽雅镇,为单洞双线隧道,泽雅隧道全长12030m,为金丽温铁路线上最长的隧道,是全线控制重点,合同开工日期为2010年12月1日,主体工程竣工时间为2013年4月1日,合同工期28个月(提供铺架条件、含无砟轨道铺设)。本隧道Ⅱ级围岩长5462m;Ⅲ级围岩长4948m;Ⅳ级围岩长934m;V级围岩长686m。本隧道主要不良地质为褶皱、断裂破碎带(通过12条)。

泽雅隧道设两座斜井,一座横洞。斜井及横洞均采用“无轨运输单车道+错车道”断面形式。1#斜井位于线路前进方向的右侧,长度1352m。斜井与线路平面夹角45°,最大坡度8.2%,沿斜井长度每200m设置一个错车道,错车道长度30m;2#斜井位于线路前进方向的右侧,长度1255m。斜井与线路平面夹角45°,全线纵坡2.7%,错车道设置同上;1#横洞位于线路前进方向左侧,长度740m。(由于征拆原因,原设计的1#横洞取消,直接在出口进洞,以下称“出口施工段”)。见图1。

图1 泽雅隧道辅助坑道布置示意图

2 隧道施工规划

2.1设计施工进度指标

(1)泽雅隧道主洞施工进度指标:Ⅱ级围岩235m/月,Ⅲ级围岩165m/月,Ⅳ级围岩80m/月,Ⅴ级围岩50m/月。

(2)泽雅隧斜井施工进度指标:Ⅱ级围岩300m/月,Ⅲ级围岩250m/月,Ⅳ级围岩180m/月,Ⅴ级围岩100m/月。

2. 2施工区段规划

(1)泽雅隧道共优化四个施工区段,分别为泽雅隧道进口施工段、1#斜井施工段、2#斜井施工段和出口施工段。见图2。

图2施工布置规划图

2. 3施工计划工期

施工部位 长度(m) 围岩级别 进度指标(m/天) 工期(天) 合计(月)

进口(2992m) 1807 Ⅱ 7.83 231 20.7

565 Ⅲ 5.50 103

385 Ⅳ 2.67 145

235 Ⅴ 1.67 142

1#斜井施工段 1#斜井(1352m) 1168 Ⅱ 10.00 117 26.9

96 Ⅲ 8.33 12

20 Ⅳ 6.00 4

68 Ⅴ 3.33 20

正洞(3050m) 360 Ⅱ 7.83 46

2225 Ⅲ 5.50 404

330 Ⅳ 2.67 124

135 Ⅴ 1.67 81

2#斜井施工段 2#斜井(1255m) 1179 Ⅱ 10.00 118 26.3

20 Ⅲ 8.33 3

20 Ⅳ 6.00 4

36 Ⅴ 3.33 11

正洞(3300m) 1185 Ⅱ 7.83 151

1743 Ⅲ 5.50 317

175 Ⅳ 2.67 66

197 Ⅴ 1.67 118

出口(2668m) 2110 Ⅱ 7.83 270 14.5

415 Ⅲ 5.50 76

44 Ⅳ 2.67 17

119 Ⅴ 1.67 71

注:泽雅隧道1#斜井、2#斜井施工段为控制工期的关键区段。

3单车道斜井断面施工效率降低对隧道工期影响

上述规划是在理想状态下,按设计施工进度指标施工,可以满足总体工期。但在实际施工中,单车道斜井断面施工效率大大降低,降效分两方面:一是斜井自身开挖效率降低使工期延后。二是正洞开挖时斜井运输效率制约出碴效率影响的工期。

3.1斜井自身开挖工期的影响

单车道斜井断面净空断面尺寸为5.1m×5.8m(宽×高),错车道间距200m/处。装载机只有在掌子面装碴后倒车至错车道装碴,延长了出碴循环作业的时间。装载机洞内正向平均行驶速度4km/h,倒车行驶速度3km/h,装载机装碴倒行100m(错车道间距的一半)至错车道,卸碴后正行100m至掌子面共需3.5分钟,装载机每斗装碴按照1.8m3计算:

(1)1#斜井开挖总量44475 m3(实方),1#斜井共需装载机装碴次数为44475×1.5(松方系数)/1.8=37062次,共计增加时间为37062×3.5/60/24=91天;

(2)2#斜井开挖总量40700 m3(实方),2#斜井共需装载机装碴次数为40700×1.5(松方系数)/1.8=33917次,共计增加时间为33917×3.5/60/24=83天。

3.2正洞开挖时斜井运输效率对工期的影响

正洞施工时,影响出碴效率的有两个因素:一是装载机装碴效率,二是出碴车运输效率,合理配套使用,才能效率最佳。理论上装载机不间断工作效率最大。斜井交通能力是运输效率的关键。

(1)1#斜井:按照正洞每天两个循环,每个循环平均开挖方量514.8 m3计算(每延米120 m3×1.5×2.86m/循环,Ⅱ、Ⅲ平均172m/月),出碴车运碴量16 m3/车,需要33车,采用大功率装载机装满需4分钟/车,每循环需要时间2.2h。每台运输车需要58.55分钟返回就位(掌子面倒车就位2分钟;装碴4分钟;正洞长度3050/2m,正洞平均20 Km/h,需用时4.58分钟;斜井1352m,斜井行车速度重车5Km/h,重车需16.23分钟,空车10Km/h,空车需8.16分钟;洞外平均30Km/h,至碴场距离4Km,需用时8分钟;卸车3分钟。),理论需要配置12台(58.55/4=11.7)运输车效率最佳,每台车需要运输2.75次。每台空车每次返回时需在斜井内避让重车2次(8.16/4=2.04)。每循环累计49次错车(12×2.75×2-17=49,开始出碴5次、末尾出碴12次不需要错车),每次错车需要等待2.4分钟(200m/5Km/t),每循环需要延长出碴时间2.4×49=1.96小时。按理论工期20.7个月(进口打通时,影响消失),共需要增加工期1.96×2(循环)×621(天)/24=101天。

(2)同理可得,2#斜井增加工期:77天。

3.3累计综合影响

单车道斜井比双车道斜井增加工期:1#斜井91+101=192天(6.4个月);2#斜井83+77=160天(5.3个月)。

4、通过斜井车辆计算

每天需要通过斜井的车辆:

(1)出碴运输:每天出碴120(断面)m3×1.5(松方系数)×5.73(进尺)m=1031.4m3,每车运输方量按16 m3计,每循环需运1031.4/16×2(往返)=129车次。

(2)衬砌砼运输:按照正洞每天衬砌方量186 m3(每延米31×6m/天)计算,每天衬砌及仰拱砼运输通过斜井需47车次(186/8×2,砼运输车8 m3/车、往返)。

(3)喷砼运输:按照正洞每天喷砼方量20 m3计算,每天喷砼运输通过斜井需7车次(20/6×2=6.7,砼运输车6 m3/车、往返算2次)。

(4)其他运输:运送材料、运送工班组工人上下班及管理人员进洞检查等每天需30车次。

正常施工情况下,初支、出碴不同时。衬砌、出碴和工人上下班运输重叠时,129次(出碴)/4.4(两个循环用时)+47次(二衬混凝土)/6小时(混凝土浇筑用时)+30次(运送车)/2(小时)=52.15次/小时,也就是施工高峰期每1.15分钟需要通过斜井一辆车,实际上会出现车辆卡在错车道处,无法通过的现象,无法组织有效运输。

5斜井单车道断面的其他影响

(1)安全方面:单车道断面斜井对施工安全有较大影响,斜井洞内空间狭窄,上坡倒车难度大,尤其是泽雅隧道1#斜井坡度达到8.2%,倒车过程中极易发生人员及运输车辆等安全事故。

(2)通风方面:斜井单车道断面小,进入正洞施工后,采用混合式通风,斜井内需要布置两条风带,进一步减少了斜井断面,从而影响了有害气体排放,延长通风时间。洞内空气质量差,也影响隧道的综合效率,进而影响总工期。

6结论及建议

从以上分析可以看出,单车道斜井方案影响工期6个月以上。如果采用双车道斜井方案,制约隧道掘进速度的主要因素基本消除,大断面斜井可以充分发挥装载、运输设备的效率,提高斜井掘进速度,也降低了安全事故发生的可能性,能保证合同工期的兑现,为后续工程的施工创造有利条件。

作者:王忠双 男 汉 98年毕业于西南交通大学地下工程与隧道工程专业 高级工程师

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