天山胜利隧道车行横洞施工方案比选研究

天山胜利隧道车行横洞施工方案比选研究

田浩，毛锦波

中交二公局东萌工程有限公司 西安 710119

摘要：天山胜利隧道中导洞采用TBM施工，中导洞TBM施工的超前优势通过车行横洞给主洞开辟辅助工作面。根据施工组织需要，车行横洞是连接主洞和中导洞重要运输通道，且数量较多，通过不同的工法比较，研究最优的施工方案。

关键词：车行横洞；静态破碎；悬臂掘进机；液压破碎锤

0引言

天山胜利隧道中导洞起止桩号为ZK75+685～ZK97+790，隧道全长22.105km，隧道进口海拔约2770.2m，出口海拔2900.2m，隧道最大埋深1112.6m，平曲线半径6500m，属高寒高海拔特长隧道。我标段施工段落，按照隧道掘进方向，中导洞前10.135km为0.5%上坡，后0.892km为1.6%下坡。隧道走向为233-210°，岩质为花岗岩。中导洞设计开挖直径8.4m。

根据初步施工组织设计，利用中导洞TBM施工的超前优势，在每个车行横洞位置开辟向小桩号方向的隧道主洞辅助掌子面。出口端共设置14个横通道，其中12个横通道处开辟主洞辅助工作面。横通道位于Ⅱ～Ⅴ级围岩区。

1施工工艺

中导洞皮带机与车行横洞交叉方案如下图1，若采用传统钻爆法施工横通道均会影响或损坏皮带机，造成TBM快速施工的优势无法正常发挥，因此，横通道施工应选择冷开挖的施工工艺。

图
1 中导洞连续皮带机与车行横洞交叉处布置图

1.1静态破碎

静态破碎技术，是一种破碎岩石和砼的方法，通常亦称作静力破碎技术。静态破碎是将膨胀剂放入炮孔内，利用产生的膨胀力，缓慢地作用于孔壁，经过数小时至24小时达到300～500MPa的压力，使岩石和砼裂开。其适用于完整性好、裂隙不发育的围岩地段。优点是安全系数高，没有爆炸产生破坏力；缺点是破裂效率低，化学反应时间长。静态膨胀预裂破碎主要是利用膨胀破碎剂发生化学反应将围岩挤裂，静态膨胀破碎剂主要以无机盐化合物和有机复合剂构成,加水后产生膨胀性结晶水化物,其中氧化钙(CaO)的化学反应如下式:

CaO＋H₂O→Ca（OH）₂＋65KJ/mol

由于氧化钙的密度为3.35kg/cm³,氢氧化钙的密度为2.24kg/cm³,在总质量不变的条件下,体积膨胀了49.6%,从而造成围岩产生挤裂破碎。

根据调查目前市场上在售静态膨胀剂的反应时间为3～8小时，具体反应时间与围岩强度、围岩裂隙、围岩含水情况及环境温度有关，破碎深度在0.8～4m。

1.2悬臂掘进机

悬臂掘进机主要由前面的主机与后配套构成。主机把岩石切割下来，转运机把岩渣转运至机械尾部，由后配套运输设备运走。悬臂掘进机切割臂可以自由摆动，切割出任意的断面，切割出的断面平整，无危石，施工安全，便于支护。履带式行走系统机动性强，机器运转灵活，对复杂地质条件有很强的的适应性。

1.3液压破碎锤

液压破碎锤是以液压为动力，驱动活塞做往复运动，靠活塞运动时的动能冲击破碎锤钎杆，对岩体、砼体产生破碎作用的机械设备，一次破碎深度约0.6～1.0m。该法适用于软岩石方工程。

2车行横洞方案比选

2.1拟定车行横洞施工比选方案

按照技术可行性原则，拟定三种方案：

方案一：静态爆破，是一种破碎岩石和砼新方法。该方案的优点为：①破碎剂不属于危险物品；②施工过程安全性高；③施工简单。缺点为：施工中钻孔较多，破碎效果受温度及操作人员经验影响较大。

方案二：悬臂掘进机，是一种综合掘进设备，集行走、切割、装载、运输、喷水灭尘于一体的方法。该方案的优点为：①机械化程度高，人员投入少；②断面成型好，对围岩扰动小；③施工安全性高。缺点为：一次性投入成本高，需配置专用变压器。

方案三：液压破碎锤，是一种以液压为动力，驱动活塞运动，靠活塞运动时的动能冲击破碎锤钎杆，对岩石、砼产生破碎作用的方法。该方案的优点为：①没有钻爆工序作业；②不需要风、水、电等设施，场地布置简单。缺点为：不适于破碎坚硬岩石。

2.2工效比选

2.2.1静态爆破施工工效指标表1（去除相同工效时间）

表1 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0
2	上、下台阶钻眼时间	3.5
3	上、下台阶装药、爆破时间	9.0
4	上、下台阶出渣	2.5
5	循环时间合计	15.0

2.2.2悬臂凿岩机施工工效指标表2、表3、表4（去除相同工效时间）

表2 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0	围岩强度30-40MPa情况下
2	掘进机掘进、出渣时间	4.5
3	循环时间合计	4.5

表3 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0	中风化石英板岩，围岩强度70-80MPa，局部超过100MPa情况下
2	掘进机掘进、出渣时间	5.5
3	循环时间合计	5.5

表4 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0	采用EBH315掘进机悬臂，围岩主要细砂岩、粉砂岩，局部为中、粗砂岩，岩石强度最大达到120MPa
2	掘进机掘进、出渣时间	19.0
3	单循环时间合计	19.0

2.2.3液压破碎锤施工工效指标表5、表6（去除相同工效时间）

表5 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0	软石，强度0-30MPa
2	液压破碎锤掘进、出渣时间	6.0
3	单循环时间合计	6.0

表6 工序时间表

序号	工序名称	工序时间（h）	备注
1	循环进尺（m）	3.0	次坚石，强度30-60MPa
2	液压破碎锤掘进、出渣时间	11.5
3	单循环时间合计	11.5

2.2.4单循环3m进尺施工工效比选表7（经验值法）

表7工序时间表

施工方法		单循环时间（h)	备注
静态爆破		15.0	中硬岩
悬臂掘进机	强度30-40MP	4.5
	强度70-80MP	5.5	中风化石英板岩
	强度最大达到120MP	19.0	主要细砂岩、粉砂岩，局部为中砂岩、粗砂岩
液压破碎锤	强度0-30MP	6.0	软石
	强度30-60MP	11.5	次坚石

结论：围岩强度在80MP以下时，悬臂掘进机工效最高，液压破碎锤次之，静态破碎工效最低。

3结语

从以上分析可以看出，各种工艺的施工工效、费用和岩石强度有直接关系，而出口端共设置14个横通道，横通道均位于Ⅱ～Ⅴ级围岩区，经综合比选，初步拟定Ⅱ～Ⅲ围岩的横通道采用静态破碎施工工艺，Ⅳ～Ⅴ级围岩采用液压破碎锤施工工艺。通过车行横洞施工方案的比选，为下一步项目车行横洞施工方案提供了工艺支持，提前筹划和布局车行横洞的施工，提高施工有效利用时间，对项目的施工安排具有指导意义。

参考文献：

[1]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.WYTJ-06合同段两阶段设计图.2020,8.

[2]GZA1-31-2016,贵州省市政工程计价定额.

[3]JTG/T3832-2018,公路工程预算定额.

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