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1施工工艺
根据现场实际情况,隧道进、出口明槽段为明挖,其余段均采用矿山巷道掘进法施工。明槽及黄土段隧道施工采用挖掘机、履带式挖掘装载机配合人工施工;进入风化基岩段后,采用光面爆破、风镐修边,全断面掘进的施工方法。
1.1工艺流程
1)黄土段工艺流程:工作面安全检查→作业前准备→采用矿用履带式挖掘装载机→支工字钢支架挂金属网→立模板→浇筑混凝土→清理卫生。2)黄土夹杂碎石段:工作面安全检查→作业前准备→打眼→装药→爆破→出矸→支工字钢支架喷浆→立模板→浇筑混凝土→清理卫生。3)风化基岩段:工作面安全检查→作业前准备→敲帮问顶打眼→装药→爆破→出矸→打注锚杆、挂网→喷射混凝土→清理卫生。
1.2隧道开挖
表土段开挖:考虑到隧道断面较小(宽2.5m,净断面6.3m2),一般挖掘机无法施工;人工开挖劳动量大。施工采用矿用履带式挖掘装载机(STB-80)开挖,人工手稿修边的方式。该设备尺寸为4500mm×1600mm×1700mm(长×宽×高)、适应坡度小于16°,能够满足隧道断面尺寸及坡度要求。黄土碎石夹杂段开挖:由于该层为黄土夹杂碎石段,采用矿用履带式挖掘装载机开挖容易损设备,且人工修边困难较大。因此,采用放小震动炮、光面爆破的方式掘进。严格控制炮眼数量、深度及装药量,短掘短支,杜绝空顶作业,取得较好效果。风化基岩、基岩段开挖:此段围岩岩性较硬,按照全断面光面爆破施工。采用YT28型气腿式风动凿岩机,42mm一字合金钢钻头,中空六角钢钎22mm×2000mm钻杆钻孔。小断面光面爆破掏槽眼和周边眼布置比较重要,施工中掏槽眼采用直眼掏槽,共布42个炮眼。炮眼布置。
1.3隧道排渣
由于隧道断面小,净宽2.5m,净高2.8m,运输距离较长(隧道全长2287m),坡度为9.21%~10.75%,角度不大,适合小型胶轮运输、轨道运输、皮带运输。因此,最初排渣方式考虑采用皮带运输、小型胶轮及轨道运输三种。各方案优缺点对比分析见表2。综合上述分析,施工采用小型胶轮车排渣,每百米设倒车硐室,四辆小型胶轮车循环配合连续排渣,满足排渣需求,同时解决支护材料下放问题。施工中采取及时对隧道底板污泥进行清理、尽可能将施工辅助管线布置到胶轮车运行影响范围以外等措施,保证排渣、下放材料的顺利进行,取得了较好的效果。
1.4隧道支护
隧道支护在整个隧道施工中具有重要的作用。根据岩性支护方式主要为:表土段采用9号工字钢+挂网喷浆(T=80mm)+浇筑混凝土(T=200mm);基岩段采用锚网喷支护(T=120mm);风化基岩(破碎)采用钢拱架+锚网喷支护(T=120mm)。
1)支护9号工字钢+挂网喷浆+浇筑混凝土。钢拱架安装要点:安装前检查开挖断面轮廓、中线、高程;安装时确保钢拱架放在牢固的基础上;钢拱架分节段安装,两节段之间通过钢板用螺栓连接,连接钢板与拱架轴线垂直;钢架立起后按中线、腰线将其校正到正确位置;两架钢拱架之间用4根20圆钢连接固定。挂网:挂网与钢拱架安装基本同时进行。钢筋网在洞外分片制作,制作尺寸按施工方法及循环进尺确定(本次采用1.2m×2.0m),安装时搭接长度不小于10cm。人工铺设贴近岩面,与锚杆或钢架绑扎连接牢固。钢筋网和钢架绑扎时,应绑在靠近岩面一侧,确保整体结构受力平衡。喷浆:分析日进尺、各工序之间的衔接等因素,喷浆施工滞后掌子面5m~10m。在喷射混凝土前,将受喷面粉尘和杂物清除干净、检查喷浆机及管路的连接情况;拌料时潮湿石子与水泥按比例搅拌不少于两次,再与砂子搅拌,搅拌后能用手捏成团,松手即散为宜;喷射时喷距控制在0.8m~1.2m之间,且垂直于岩面;初喷厚度3cm~5cm,复喷至设计厚度。喷浆结束4h后,进行洒水养护,7d内每班养护一次,7d后每天养护一次,直至进行二次浇筑。浇筑:主要步骤为拆除有关设备→检查→架设模板→立堵→浇筑→拆模→清理。混凝土采用边浇筑边振动的方法,遵守“快插慢提、深度适宜、分层浇筑、振捣均匀的原则”保证质量,消灭蜂窝、麻面。混凝土浇筑后要进行洒水养护,并持续28d。
2)锚网喷支护。锚杆支护:顶部锚杆采用MQT-130/3.0C型气动锚杆钻机,帮部采用YT28型气腿式风动凿岩机,28mm一字合金钢钻头,中空六角钢钎22mm×2200mm钻杆钻孔。锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配,打眼时应在钎杆上做好标志,严格按锚杆长度打锚杆眼。安装前应将眼孔内的积水、岩粉用吹风管吹扫干净。由于隧道断面小,顶部采用20×2000mm、帮部采用20×1600mm普通螺纹钢锚杆。锚固剂为MZS2335型。喷浆与上述工艺一致,喷浆养护时间不少于28d。
3)钢拱架+锚网喷支护。钢拱架+锚网喷支护形式是在未施工前,考虑洞身段揭露基岩较破碎时采用的加强型支护方式。洛河隧道施工过程中在黄土段与基岩交接处出现了6m距离破碎带。施工过程中及时进行了调整。具体方法与前述相似。
2施工通风
洛河隧道主要采用钻爆法掘进、无轨胶轮车运输,通风距离最长为1200m。因此,结合施工工艺、运输方式、通风距离等特点,该隧道采用压入式通风方式。考虑到隧道内满足最小风速要求的需风量、同时施工最大班人数需风量、同时爆破的炸药产生的有害气体降到最低所需的风量、同时运行的机动车所需的风量、洞内施工用的压风设备等因素,通过风量及风压计算,隧道施工需风量135m3/min,风压1578Pa。因此选用2BKJNo5.6/30型对旋轴流式通风机,功率2×15kW。风筒可根据制造材料的不同,分成由帆布、人造革、塑料及胶皮等做成的柔性风筒和由铁皮、铝板等做成的金属风管。根据本工程的特点,选用帆布风筒,它具有重量轻,连接、悬吊方便等特点。风筒直径为800mm,安装在隧道左壁上方1.8m处,不影响车辆通行,且便于维护。
3施工排水
1)洞外排水。施工前先做好临时排水设施(包括洞顶截水沟、施工场地快速排水系统),确保暴雨时,洞口周围雨水能快速排走。由于出口段为下坡施工,且明槽长度较长(约40m),在明槽段顶部安设防雨棚、洞口位置设积水坑及潜水泵等设施,防止雨季雨水倒灌。
2)洞内排水。为了加快进度,洛河隧道采用两端施工。因出口端为反坡施工,且施工643m~1100m区段时,帮部及底板中有渗水情况,渗水量每小时0.3m3。由于反坡施工,必须使用机械抽排方式把洞内渗水排出。因此,根据施工情况,洛河隧道在出水段每百米设蓄水池一个,容量约8m3,洞内排水采用潜水泵排出洞外。入口段施工时做排水沟,渗水自流排出洞外。
4结语
神渭输煤管道洛河隧道全长2287m,净断面6.3m2,采用双头掘进,出口段掘进长度1200m。隧道施工工期8.0个月,月成巷最高达到182m(锚网喷段)。洛河隧道的成功实施,为亚洲第一条长距离输煤管道的成功实施奠定了基础,为浅埋长距离小断面隧道的施工在开挖、排渣、支护、通风、排水等施工工艺上积累了成功的经验.
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