乌鞘岭隧道左线出口正洞平导快速掘进施工.docx
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乌鞘岭隧道左线出口正洞平导快速掘进施工
乌鞘岭隧道左线出口正洞平导快速掘进施工
乌鞘岭经理部张群健
【提要】本文结合乌鞘岭隧道左线出口平导的施工实际,介绍了采用常规钻爆法,精心组织,快速掘进施工的情况。
【关键词】乌鞘岭隧道平导钻爆法快速掘进施工
1、工程概况
1.1乌鞘岭隧道简介
乌鞘岭特长隧道位于既有兰新线兰州∽武威段打柴沟车站和龙沟车站之间，设计为两座单线隧道，隧道长度为20050m，为目前亚洲最长的山岭隧道,线间距为40m；设11‰的单面纵坡，洞身最大埋深1100米。
根据设计意图，左线隧道先期按平导施工，作为右线隧道施工的辅助坑道，待右线隧道贯通后，再将平导扩挖为左线隧道。
平导的设计应考虑地质探洞、施工通风、运输、排水和增加工作面等多项功能。
主要地质情况为泥岩夹砂砾岩，砂岩夹泥岩及砾岩，遇水易软化和风化，具有弱膨胀性。
总指要求全力抢平导进度,月进度指标340m/月,并计划2003年12月16日左线出口平导与12#斜井贯通。
1.2隧道出口平面示意图
（见图1）
1.3平导与隧道的断面关系图
（见图2）
1.4进度情况
乌鞘岭隧道左线出口横洞于2003年3月9日开工,4月12日掘进至正洞交点里程DK182+900,自4月13日至8月25日,一直是从横洞进入正洞平导施工,8月26日以后,左线出口与正洞平导的有轨运输正式形成,故弃碴直接运至隧道正洞洞口。
自4月13日至11月4日正洞平导与12#斜井贯通，历时206天，平导掘进2377m，日平均进尺11.54m,其中9月份月掘进411m,为集团公司平导掘进历史最好成绩,在乌鞘岭隧道平导大战中反响强烈,得到总指一致好评。
具体进度见表1。
图1：
出口平面示意图
表1：
平导施工进度表
日期
天数
进度（m）
日完成（m）
2003.4.13∽4.25
13
75
5.77
4.26∽5.25
30
325
10.83
5.26∽6.25
31
348
11.23
6.26∽7.25
30
356
11.87
7.26∽8.25
31
360
11.61
8.26∽9.25
31
378
12.19
9.26∽10.25
30
411
13.7
10.26∽11.4
10
124
12.4
平导合计
206
2377
11.54
2、施工方法
隧道采用自制简易钻爆平台，人工手持风钻钻眼，全断面开挖，WZ160挖装机装碴,P50轨双线有轨运输,湿喷砼临时支护,考虑到尽量避免给今后扩挖带来困难,故仅在局部围岩破碎段布设锚杆挂网,喷砼时增加微纤维掺量。
3、施工组织
3.1施工循环网络图
根据平导地质情况、空压机风力、供水及机械运输能力，确定掏槽眼深度为4.0m,其它炮眼深度为3.8m,每循环进尺3.5m左右,实行二班制作业,一天四循环。
各工序具体时间安排详见（图3：
平导作业循环施工网络图）。
3.2资源配备
3.3.1主要机械配备表（见表2）
3.3.2各班人员情况表（见表3）
3.3钻爆法开挖
3.3.1开挖施工部署
自制简易钻爆平台长6.0m,宽5.0m,轨距4.3m,为了铺设时简便,平台轨道采用P24轨。
平台为两个作业层，底层高3.1m,上部最大作业高度2.41m,除最顶部3个炮眼外,其余炮眼均在合适的高度上施钻。
打眼时坚持定人、定机、定位的原则，一旦确定，不允许变动。
2个钻眼区域工作内容见表4
（两个钻眼区域工作内容表）
图3：
平导作业循环网络图
通风排烟
10
局部设锚杆
50
拉软风水管
15
出碴准备
15
装碴
100
10
接台车道
10
测量、画弧
15
钻眼
130
清洗炮眼、装药、连线60
局部找顶
台车逐渐靠拢
喷混凝土
80
清台车道20
退台车、点炮
10
进入下道工序
说明：
1、双箭头线路为关键线路
2、时间单位以分钟计,一循环为340分钟。
3、炮眼深度为3.8m,一环进尺3.5m。
4、装碴机两台一前一后同时挖装，装一矿为8min，一茬炮大约为9矿。
5、开挖、运输各二个小班组，一天4个循环。
3.3.2钻爆设计
良好的爆破效果是平导掘进的关键,多次实践证明:
采用双层楔形掏槽方式能取得最佳效果,每循环3.5m左右的进尺,能很好地同装碴、运输能力相配套。
可以看到，平导开挖轮廓圆顺，超欠挖得到有效控制，基本上能达到光爆要求。
（钻爆设计见图4）
3.4运输
采用P50轨双线运输,轨距900mm,相邻两线钢轨间距1300mm,正线每250m左右设一道岔,充分利用重矿下坡,空矿上坡的自然坡度优势,经过现场精心组织,合理调配,取得了较好的效果。
出碴时间控制在2小时以内，基本杜绝了电瓶车、梭矿掉道现象的发生。
表2:
主要机械设备配备表
序号
机械名称
型号
数量
备注
1
空压机
Y31M2-8
6
20m3
2
内燃发电机
400GFB-W4
2
备用
3
电瓶车
三环、克林顿
10
4
梭矿
SD-14
10
5
充电机
KGA-120/260
10
6
风钻
Y128
30
7
简易钻爆台车
自制
1
8
扒碴机
WZ160
4
其中2台备用
9
湿喷机
DK961
3
其中1台备用
10
砼搅拌站
HJZJ25
2
1台为喷砼料
11
注浆泵
YSB-4
1
备用
12
轨行式灌车
JCGY-6
3
13
多级抽水
30kw
2
14
潜水泵
4
掌子面抽水用
15
装载机
ZLC40B
2
16
自卸汽车
康明斯
10
17
鼓风机
110KW
2
天津产
18
简易喷砼平台
自制
1
表3:
各班人员情况
工序
开挖
（含锚杆布设）
运输
（含喷砼运料）
接养道
喷砼
搅拌站
综合班
合计
人员
46
42
30
16
8
16
158
表4:
两个钻眼区域工作内容表
项目
区域
钻眼人数
风钻台数
炮眼个数
装药量
（kg）
备注
下层
12
7
58
98.7
局部底部掏碴
上层
10
6
38
42.75
局部布设锚杆
表5：
III级围岩光爆装药参数表
孔位代号
炮眼分类
炮眼
个数
雷管
段数
炮眼长度〔米〕
炮眼装药量
每孔药卷〔卷〕
单孔装药量〔Kｇ〕
合计药量
〔Kｇ〕
1
掏槽眼1
12
1
4.0
16
2.4
28.8
2
掏槽眼2
10
3
4.0
14
2.1
21.0
3
扩槽眼1
5
3
3.8
10
1.8
9.0
4
扩槽眼2
13
5
3.8
8
1.5
19.5
5
周边辅助眼
20
7
3.8
8
1.2
24.0
6
周边眼
27
11
3.8
5
0.75
20.25
7
底板眼
9
11
3.8
14
2.1
18.9
合计
96
141.45
图4：
平导钻爆设计图
表6：
III级围岩光爆经济指标表
序号
项目
单位
数量
1
开挖断面积
m2
28.04
2
预计每循环进尺
m
3.50
3
每循环爆破石方量
m3
98.14
4
炮眼总数
个
96.00
5
钻孔总长度
m
369.2
6
毫秒雷管用量
个
105.00
7
炸药用量
Kg
141.45
8
比钻眼数
个/m3
0.978
9
比钻眼量
m/m3
3.76
10
比装药量
Kg/m3
1.44
11
单位体积岩体耗用雷管
发/m3
1.07
12
预计炮眼利用率
%
92.10
3.5通风
乌鞘岭属于高原地区，海拔2500m以上，对于独头掘进的平导来说，当掘进超过1000m以后，通风显得愈加重要。
采用两台110kw鼓风机串联安设在横洞洞口，压入式通风至掌子面，直至2377m平导贯通。
通风管为柔性风筒布，直径为110cm，挂设在线路左侧拱脚处。
采用拉链及反边接头连接，端头离掌子面不超过15m，一般在15min内可以使掌子面空气得到净化。
软风管有专人负责连接，一旦发现破损及时进行修补，使之做到紧、直、顺、严，确保通风效果。
4、结束语
乌鞘岭隧道平导的施工实践，为钻爆法有轨运输提供了经验。
左线平导的提前胜利贯通，极大地鼓舞着我们去争取更大的成功。
终南山隧道动力供风设计方案
工程管理部邹凯
摘 要通过测量终南山隧道的动力供风风压，计算所需风量，从而确定满足施工所需的空压机数量，并进行动力供风方案设计。
关键词：
隧道 动力供风 设计
西安至安康的高速公路是陕西省在2001年底开始投资兴建的连接陕南地区的一项重点工程，它的建成通车将为陕南地区经济的腾飞发挥深远的影响。
秦岭终南山特长公路隧道全长18020ｍ，位于陕西省长安与柞水两县之间的秦岭山区，北口里程为K64＋796，位于长安县石砭峪乡石砭峪河右岸；南口里程为K82＋816，位于柞水县营盘镇太峪河右岸，是亚洲第一长公路隧道。
它是该项工程的重中之重，该隧道的贯通直接关系到整个工程的竣工。
我单位目前正在施工该隧道的第一标段，本标段为K64+796--K67+796，长3000米的全部土建工程。
该隧道设计开挖断面面积为Ⅲ类围岩106.14m2，Ⅳ类围岩88.23m2，Ⅴ类围岩85.82m2（围岩分类按铁道部旧标准）。
工程施工采取单口掘进方式，开工日期为2002年2月18日，竣工日期为2003年8月31日。
1最初的施工方案
在最初的《终南山隧道施工组织设计》中，隧道开挖采用新奥法施工，洞口Ⅱ类围岩采用大管棚预注浆超前支护上下台阶法开挖，必要时上台阶留核心土。
上台阶钻眼采用风钻钻眼，人工翻碴至隧道下部。
下台阶钻眼采用Super316G三臂台车。
Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ类围岩采用全断面开挖，开挖时采用一台三臂台车和一台两臂台车并行打眼。
终南山隧道自2002年2月18日正式开工以来，由于原开挖方案采用两台台车钻眼，从台车钻眼到放炮正常情况下需要3小时30分钟。
由于凿岩台车是进口设备，配件和钻具的价格都很昂贵，据统计，2002年4月份，油料、配件和钻具的消耗金额高达42万元多；同时三臂台车已经使用了6年，存在着故障率较高的问题，一旦在钻眼时出现故障，整个钻眼放炮过程会长达5至6个小时。
为了缩短打眼放炮时间，提高施工进度，降低生产成本，决定自2002年5月份改变开挖方案，使用自制简易开挖台车钻眼，台车上安装27台风钻。
为此，终南山隧道依据经验配备了6台20ｍ3/min的电动空压机以提供动力风，以一根Φ150的钢管作为风管，从钢管到简易开挖台车采用4根内径为25mm的胶管相连。
终南山隧道需要使用动力风的设备有27台YT28型风钻，额定风压6.3kg/cm2，最低工作风压4.5kg/cm2；2台TK961型喷浆机（用于隧道的初期支护），额定风压5.5kg/cm2，最低工作压4kg/cm2。
到2002年7月17日，终南山隧道开挖累计已达1230ｍ。
随着隧道掘进的不断深入，以及洞内还有2台喷浆机随时准备进行喷浆作业，动力供风出现严重不足的现象，6台20ｍ3/min的电动空压机供风已不能满足施工生产所需，需要重新设计动力供风方案。
2动力供风风压量测
2002年7月18日12:
30至15:
00，我们对隧道内里程为K65+996段供风钢管内的风压（距洞口1200ｍ）及简易开挖台车顶上的风压（距洞口1230m）进行了测量。
测量结果见表一。
在15：
00至16：
00这段时间内，我们每间隔10分钟测量一次钢管内风压和台车顶上风压。
在这段时间内，风钻使用的数量在不断减少，此时管道内的最大风压为6.4kg/cm2，最小风压为5.4kg/cm2；台车顶上的最大风压为5.8kg/cm2，最小风压为4kg/cm2。
同时，我们对空压机房中风包的风压也进行了测试，空压机房中风包的风压为6.5～8kg/cm2。
当简易开挖台车钻眼时，6台空压机一直在满负荷工作，没有回风现象，风包中最大风压为为6.5kg/cm2，属超负荷运行。
风压测量结果表 表一
风包内风压（kg/cm2）
喷浆机（2台TK961）
简易开挖台车（27台风钻）
测量点风压（kg/cm2）
钢管内
台车顶上
6.5～8
不工作
不工作
6.5
6
1台工作
不工作
6.3
5.8
2台工作
不工作
6.1
5.7
不工作
工作
5.6～6
3.5～5.2
1台工作
工作
5.4～5.7
4～4.5
2台工作
工作
5.3～5.7
3.8～4.5
从上面的测量记录上我们可以看出，钢管到简易开挖台车这段距离损耗的最小风压为0.4kg/cm2，损耗的最大风压为2.1kg/cm2，说明橡胶风管的通过风量的能力太小。
从现场的风压测量结果反映出存在着风压过低的问题。
通过对风包内风压和开挖台车上的风压进行测量，发现在简易开挖台车钻眼时风包内风压最大值为6.5kg/cm2，空压机不回风，而且在用风的高峰期即27台风钻和两台喷浆机同时作业，而开挖台车上的风压最大值只能达到4.5kg/cm2，一般在4～4.5kg/cm2之间变化，有时还会降至4kg/cm2以下，不能满足风钻对风压的要求（4.5～6.3kg/cm2）。
从施工生产的实际情况和对风压的测量结果都反映出6台电动空压机供风已无法满足施工生产所需，需要重新进行动力供风方案的设计。
3动力供风方案设计
3.1、供风设计方案的设计思路
为了满足施工工期的要求，终南山隧道自2002年8月份开始，每月掘进应超过300ｍ，每天至少要有三个作业循环，每循环进尺3.5ｍ以上。
每个作业循环时间必须控制在8小时以内，其中通风找顶时间需要40分钟，初喷混凝土时间需要1小时，出碴需要3小时，台车就位需要15分钟，测量布眼需要25分钟，爆破需要10分钟，因此钻眼装药时间不能超过2小时30分钟。
为了保证能在2小时30分钟之内完成钻眼装药，27台风钻必须同时开钻。
由此可以计算出总的所需风量，并进行动力供风方案设计。
3.2、所需动力风量的计算
空压机站的供风能力应综合考虑完成3000m的开挖任务、同时工作的各种风动机具的最大耗风量和管道漏风系数等因素而定，通过计算出总耗风量以确定所需空压机数量。
总耗风量Q总的计算：
Q总=（ΣQ）×（1+δ）×k×km （m3/min） （此公式摘自中国铁道出版社出版的《遂道》）
式中：
ΣQ—风动机具同时工作耗风量总和；
ΣQ＝（Σq）×qn（m3/min）
δ—空压机储备系数（包括轮流定检、临时高峰负荷或故障处理等因素），电动空压机为0.30～0.50，这里取δ＝0.40；
k—空压机本身磨损而引起效率降低的修正系数，一般采用1.05～1.10，取k＝1.05；
km—不同海拔高度增加高压风耗风量的修正系数，见表二。
终南山隧道洞口海拔高度为896m，故取km＝1.1；
不同海拔高度增加高压风耗风量的修正系数表 表二
海拔高度（m）
工 作 压 力（kg/cm2）
4
5
5.5
6.3
7
305
1.03
1.03
1.03
1.03
1.03
610
1.06
1.06
1.07
1.07
1.07
914
1.10
1.10
1.10
1.10
1.10
1219
1.13
1.14
1.14
1.14
1.14
其中：
qn—管道漏风系数，见表三。
管道漏风系数表 表三
管道总长度（km）
＜1.0
1～2
＞2
漏风系数（qn）
1.10
1.15
1.2
由于隧道单口掘进3000m，故取qn＝1.2
Σq—同时工作的各种风动机具耗风量：
Σq＝N×q×k同×k磨（m3/min）
其中：
N—使用台数，取N＝27；
q—每台设备耗风量，风钻q＝3.0m3/min，喷浆机q＝8.0m3/min
k同—同时工作系数，见表四。
因为同时工作的风钻有27台，K同＝0.8；
k磨—风动机具磨损系数，凿岩机取1.15，喷浆机取1.10。
Σq＝27×3.0×0.8×1.15＋2×8.0×0.8×1.10=88.6m3/min
ΣQ=Σq×qn=88.6×1.2=106.32m3/min
Q总=ΣQ×（1+δ）×k×km=106.32×（1+0.4）×1.05×1.1=172m3/min
同时工作系数表表四
风钻
其它风动机具
同时工作台数
k同值
同时工作台数
k同值
1～10
1～0.85
2
1.0～0.75
11～30
0.85～0.75
3
0.75～0.60
＞30
0.75～0.65
4
0.60～0.55
终南山隧道工地原有20m3/min的电动空压机6台，总供风能力为120m3/min，与理论计算值差52m3/min，供风能力不能满足要求。
从理论计算和现场测试都反映出原有的动力供风设计方案存在着严重不能满足施工生产所需的问题，需要新增3台20m3/min的电动空压机，才能满足开挖3000m隧道的用风量需求。
由于喷浆作业与掌子面钻眼不一定同步进行，为了减少动力风在风管中的损耗，可以将1台电动空压机单独放在洞内，专供喷浆机使用。
3.3通风管道的设计
3.3.1钢管直径的选择
原供风方案采取一根Φ150的钢管供风。
按照最低风压为6.3kg/cm2、风管长度超过3000ｍ和耗风量172m3/min，钢管直径应选Φ330mm（参考《隧道》P452页 钢管直径选择参考表 确定），但施工现场只有Φ150的钢管，因此只有将两根Φ150的钢管并联供风。
3.3.2橡胶风管的选择
原设计方案是采取4根内径为25mm的30m长的橡胶管将钢管与开挖台车相联，这就是造成钢管到台车顶上风压损失最大为2.1kg/cm2的重要原因，因为其通过风量的能力太小，加大了风压损失，不能满足27台风钻同时开钻。
新供风方案采取4根内径为50mm的橡胶管将钢管与开挖台车相联，其总的通过风量的能力为80m3/min，满足27台风钻同时开钻的所耗风量，也减少了风压损失。
4新供风方案的实际效果
2002年7月26日，终南山隧道新增了3台20m3/min的电动空压机，其中2台安装在隧道外的空压机机房中，另1台为无机座式电动空压机，单独放在洞内，专供喷浆机使用。
并重新对风压进行了测量，测量地点距洞口1300ｍ，测量结果如下：
台车未开钻时，管内风压为7.8kg/cm2，台车顶上风压为7.5kg/cm2；台车开钻时，管内风压为7.2kg/cm2，台车顶上风压在6.1～6.6kg/cm2之间波动，完全满足风动凿岩机对风压的要求。
并且整个钻眼放炮时间缩短到了2小时25分钟，大大缩短了作业循环时间，提高了施工生产进度，也降低了生产成本。
2002年8月份，终南山隧道完成单口掘进365ｍ，创下了新的全国记录。
5结语
在进行隧道动力供风方案设计时，应根据施工工期的要求确定每月的生产任务，再由生产任务确定需要使用动力风的设备的种类和数量，并计算出总的需风量，最后确定空压机的数量。
同时，在计算总的需风量时，一定要综合考虑管道漏风系数、不同种类的风动设备的同时工作系数、风动设备的磨损系数、空压机的储备系数和磨损系数以及海拔高度增加高压风耗风量的修正系数。
在选择供风管道的内径时，一定要考虑其通过风量的能力。
这样，才能达到既能完成生产任务又能降低生产成本的目的。
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