永昌隧道斜井挑顶及进入正洞施工组织方案.docx

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永昌隧道斜井挑顶及进入正洞施工组织方案

新建吉林至珲春客运专线JHSK-I标段

永昌隧道斜井挑顶施工组织方案

及进入正洞施工方案

编制：

审核：

批准：

中铁隧道集团吉图珲客专I标12工区

二〇一三年一月

目录

一、工程概况3

二、地质、水文概述3

1.隧区地质地形3

2.隧道不良地质多4

3.隧道突、涌水可能性大4

三、三岔口及井底设备洞室方案5

1.三岔口与正洞联接方案5

2.斜井进入正洞施工方案5

3.井底设备洞室方案7

4.泵站方案7

5.变更建议7

四、风、水、电及防、排水方案8

1.高压供风8

2.高压供水10

3.供电10

4.施工防、排水施工方案12

五、装碴运输方案14

1.斜井期间14

2.正洞期间15

3.运输保证措施15

六、施工通风方案15

1.通风设计标准15

2.通风设计原则16

3.设备选型及通风16

七、正洞施工组织技术方案21

1.斜井进入正洞施工方案21

2.施工组织程序21

3.专项施工方案22

八、其它辅助措施25

1.监控量测25

2.超前地质预报25

3.应急措施25

九、安全质量健康环保措施25

1.安全技术措施25

2.质量技术措施26

3.特殊情况应急措施26

4.健康环保措施27

十、资源配置汇总表（按正洞3个面配置）27

罗家理斜井进正洞施工方案

工程概况

西秦岭特长隧道位于新建铁路兰渝线中段，地处甘肃省东南部重镇—陇南市境内。

本段线路北起武都区外纳乡，向南经月照、洛塘止于武都区枫相乡，线路整体呈西北—东南走向。

西秦岭特长隧道段，线路自桔柑站引出，向西南跨白龙江及国道212后上坡穿范家坪隧道，在该隧道出口端利用曲线变线间距并上跨潘家沟至西秦岭特长隧道进口，然后线路以人字坡穿西秦岭隧道至老盘底出口，尔后线路足坡而下跨省道206、规划武灌高速及洛塘河并变线间距后穿杨家山隧道引入洛塘河车站。

西秦岭隧道全长28.236km，为两条单线隧道。

兰渝铁路西秦岭隧道罗家理斜井位于甘肃省陇南市武都区洛塘镇椒院子村闹院子西。

斜井采用双车道设计，断面均采用直墙形断面，双车道断面宽×高为730×634cm，洞口里程桩号为斜24+55，长2477米，与左线正洞相交里程为DIK413+388，与重庆方向相交角度为85°58′52″，综合坡度为-11.09%，洞口外为3%的反坡，进洞后，每280m为11.9%的坡度，相接20m为2%的缓坡段，最大埋深为630米。

根据合同内容及目前的实际情况，计划罗家理进入正洞后承担右线施工合同任务共1893m（其中重庆向47m，兰州向1846m），里程为DIYK413+435~DIYK411+542；承担左线施工2805m（其中重庆方向847m，兰州向1958m），里程DIK414+188~DIK411+430，实际施工中左线在与出口贯通时停止掘进。

目前罗家理斜井井身施工里程已至斜04+90，依据正洞地质、水文情况及原施组施工任务，有针对性的编制如下主要施工技术方案。

（1）三岔口及井底设备洞室方案

（2）风、水、电及排水方案

（3）装碴运输方案

（4）施工通风方案

（5）正洞施工组织技术方案

地质、水文概述

隧区地质地形

线路走行于秦岭高中山区，山体陡峻，地势总体趋势北陡南缓，沟谷深切多呈“V”字形。

高程多在1000～2400m，相对高差约1300m，隧道最大埋深约1400m。

隧道及其两侧引线工程范围内的地层主要为：

第四系全新统松散层，石炭系下统砂质千枚岩，泥盆系下统灰岩、千枚岩，下元古界灰岩、变砂岩夹千枚岩、变砂岩、砂质千枚岩，断层角砾岩和断层泥砾。

不整合接触带位于架子石村附近（DK411+400），北侧为下元古界灰岩，南侧为石炭系砂质千枚岩（砂质板岩），破碎带宽约5～20m。

隧道不良地质多

通过对隧道区水文地质、工程地质条件的综合分析，预测隧道施工中罗家理斜井地质可能存在的主要地质问题有高地应力、突涌水和断层破碎带。

（1）高岩温

隧道区地下水发育，预测隧道区属地热正常地带，根据其他铁路经验资料推测，岩温随隧道埋深增加而增加，每千米增温约15.8℃，因此隧道埋深大于900m且进入洞内5km以内地段，初步推断岩温可达28.8℃。

（2）地应力

根据初测地应力测试和岩石抗压试验成果，最大水平主应力值SH为16.80～27.45MPa，岩石饱和抗压强度RC为30～100mpa，计算RC/SH为1.10～5.69，均小于7，根据《工程岩体分级标准》划分，本区处于高地应力段落。

（3）断裂

主要是F59、60：

位于东峪沟与三才沟分水岭向斜核部，f59断层在DIK411+656～DIK411+767范围内与隧道洞身相交，断层物质主要为断层角砾岩，构造透镜体，岩体破碎，总体走向为N80°E，断裂面产状N80°E/65～80°s，断裂极破碎带宽115m，f60断层在DIK412+381～DIK412+545范围内与隧道洞身相交，为N45°E走向的逆断层，断层物质主要为断层角砾岩，构造透镜体，两侧小褶皱发育，岩体破碎，总体走向为N40～80°E，断裂面产状N40～80°E/65°s，断裂极破碎带宽220m。

据国家地震局本线地震安全性评价初步成果，本断裂为全新活动断裂。

（4）突涌水

隧道区出露的地层岩性主要有结晶灰岩及浅变质作用千枚岩、变质砂岩、板岩组合体，岩层走向N600～750E，倾角400～650，有利于地下水的入渗及储存，同时隧道区植被茂密，地表水发育等也为地下水入渗创造了有力条件。

隧道区地下水储存场所具有典型的非均质各向异性特征，水文地质条件十分复杂，地下水的分布规律性较差。

断层带均位于构造断裂中等富水区，正常涌水量每公里2700m3~8100m3/d不等。

断层破碎带围岩自稳能力极差，成型困难。

隧道突、涌水可能性大

罗家理斜井正洞施工段主要位于中等富水区，地下水较发育，水化学类型HCO3-Ca型水，矿化度大于1.0g/l,无侵蚀性。

正洞可能正常涌水量Qst=2700m3/d.km，可能最大涌水量Qmax=8100m3/d.km。

隧道区主要是f59、60断层，隧道通过下元古界千枚岩变砂岩及由于构造作用呈砌体出露石炭系破碎岩体及断层带，东峪沟与三才沟分水岭向斜核部，岩体破碎，富含地下水，且水量较大，存在突发性涌水的可能性。

正洞施工阶段应密切注意通过段带、背斜向斜构造、岩层接触带地下水的变化情况，要加强地质超前预报，注意防护，对突然性涌水采取预防性工程措施。

三岔口及井底设备洞室方案

1.三岔口与正洞联接方案

根据工程特点，结合其它斜井的施工经验，罗家理斜井与正洞直接进洞，斜井为双车道，直接进洞可减少干扰，节约工程成本，缩短工程工期。

三岔口与正洞联接方式图见下图1

图1三岔口与正洞联接方式图

斜井与正洞交叉口5m范围内加强初期支护，采用立I12异型钢架，间距50cm/榀，共计11榀，斜井口采用2榀I16工钢并焊形成门梁，其上支撑正洞钢架，正洞前后5m范围同样采取加强初期支护措施，采用Ⅰ16钢架，间距50cm/榀，增强交叉口地段初支受力状态。

在施工过程中，必须按照设计图纸位置安设，保证拱架位置准确。

并每榀增设4根φ42锁脚钢管，分别与正洞拱架和弧形门梁焊接牢固，锚管长度为3m。

施工过程中，必须保证锚管施工质量，防止因施工不当导致拱架变形，引起安全和质量事故。

斜井进入正洞施工方案

（1）斜井先以导洞进入左线正洞施工，导坑断面按斜井断面设计，采用6.95×7.4m（高×宽），支护参数根据实际围岩揭示采用适当的支护结构形式，以策安全。

（2）在左线正洞导坑施工时，导坑拱顶标高在正洞开挖轮廓线以外20cm左右，以便于正洞交叉口拱架架设，考虑到围岩变形量可能较大，实际开挖尺寸比设计拱顶标高再提高10~12cm。

开挖进尺严格控制在1m以内，施工中，导坑成上坡向前开挖，做到边开挖边支护。

（3）待导坑完成正洞左线开挖限界后，停止向前施工，返回进行左线正洞交叉口段扩挖。

（4）左线正洞交叉口段扩挖时，先用拱架加固拱部，然后采用台阶法先向兰州方向开挖，先开挖上台阶，边开挖边支护，开挖时遇到对正洞断面净空有影响的导洞钢架进行拆除，开挖长度达到15~20m后，再以相同方法向重庆方向开挖正洞。

（5）在上台阶开挖到一定长度后，及时进行下台阶落底施工及正洞仰拱的施工，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。

（6）斜井进入正洞挑顶施工方案图2-1、2-2

图2-1斜井进入正洞挑顶施工方案斜井示意图

图2-2斜井进入正洞挑顶施工方案正洞示意图

井底设备洞室方案

井底设备洞室主要为高压变电室、空压设备洞室和一级泵站，高压变电站设在临时洞室内或不用的横通道。

为方便正洞开挖施工，将空气压缩机暂置于左线DIK413+370和右线DIyK413+370（横36）处，随开挖长度前移调整。

设备放置段安设通风岔管或循环冷却水，以降低设备的温度。

施工通道与正洞相交示意图。

如图2-3

图2-3施工通道与正洞相交示意图

泵站方案

由于正洞地质围岩较差，涌水量大，突发突泥涌水的可能性较大，为避免超出设计最大量的突泥涌水，导致淹井事故。

除设备洞室底标高要高出正洞外，在施工通道2部铺底下，设一级泵站，以排除斜井和正洞污水，减少涌水突然增大，排水能力不足的隐患。

泵站蓄水仓为方便清淤，将水仓设于施工通道中间，覆盖栈桥。

排水泵站布置图见图1三岔口与正洞联接方式图。

变更建议

罗家理斜井进入正洞后，根据施工任务安排将承担三个工作面的施工，而在DIK413+388处又有施工通道2，形成了十字交叉口，应力较为集中，且此段为TBM检修段（Y-5断面），断面较大，不利于施工安全，TBM检修段要求初期支护完成后尽快进行二次衬砌，正洞左右线出碴又从斜井通过，施工干扰较大，不利于工期履约。

加之，TBM检修洞向出口方向移动后，更利于尽早进行TBM全面检修，不会对TBM产生影响。

另外，由于罗家理斜井承担的正洞仅施工到仰拱回填面，而斜井铺底面为内轨顶面上7cm，两者相差2.06m，再者，施工通道2的铺底面与罗家理斜井承担的正洞仰拱回填面高差达2.49m，对施工通车、出碴极为不利，为此做如下变更建议：

（1）建议将井底最后一个缓坡段的坡度由2%变更为11.9%，长21.7m，剩余长度段为2％平坡，斜井拱顶仍按设计施做，后期用同级砼回填至原斜井铺底面标高；与之同时，开挖及喷砼量均相应增加。

同时，斜井底5米范围进行支护加强处理；

（2）建议将施工通道2的铺底面在开挖时降低2.49m，在正洞施工完成后，用同级混凝土回填至原通道铺底面标高，与之同时，开挖及喷砼量均相应增加；同时，叉口附近5米范围内均进行支护加强处理。

（3）建议将DIK413+380～DIK413+435段（左线TBM检修段），向重庆方向移动770米，里程DIK414+150～DIK414+205；移动后，原地段按Y-3断面施工，仅在交叉口前后5米范围内采取加强支护措施；

将DIyK413+380～DIyK413+435段（右线TBM检修段），向兰州方向移动90米，里程DIK413+290～DIK413+345；移动后，原地段按Y-3断面施工，仅在交叉口前后5米范围内采取加强支护措施。

风、水、电及防、排水方案

高压风、水、电是洞内正常施工的主要能源，是优质、快速施工的保障。

1.高压供风

高压风总供风能力必须满足洞内同时作业各种风动机具的最大耗风量和管道漏风系数等，通过总耗风量的计算和实测确定。

（1）风动机具与耗风量

罗家理斜井进入正洞拟开三个工作面，其中重庆方向一个，兰州方向两个，根据开挖断面大小每个掌子面，拟配置28把YT-28型风钻，考虑仰拱捡底一个工作面2把风钻。

即洞内同时工作的风动凿岩机具为30把，每把钻需风量3.8m3/min。

另考虑到存在开挖面进行钻眼作业的同时，后面进行喷砼作业，喷砼按2台湿喷机考虑，每台湿喷机理论需风量为12m3/min，根据斜井期间实际运行情况看实际用风按15m3/min计算。

单个作业面同时工作的各种风动机具耗风量：

（m3/min）

＝30×3.8×0.8×1.05＋2×15×0.8×1＝119.76（m3/min）

式中N――使用台数（YT-28型风钻30台，2台湿喷机）；

q――每台耗风量，YT-28型风钻耗风量为3.8（m3/min）；GWSP-9型湿喷机耗风量为15（m3/min）；

K同—同时工作系数，取0.80；

K磨—风动机具磨损系数，对凿岩机取1.05；

计算得Σq=119.76（m3/min）

风动机具同时工作的耗风量总和：

（m3/min）

式中qn-----漏风系数；按管道长度小于1000m计，取1.05。

注：

根据施工需要将根据施工供风距离前移空压机，以减小风损，提高高压风利用效率。

计算得ΣQ=125.7（m3/min）

（2）总耗风量

（m3/min）

式中δ-----空压机使用安全系数（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1.3~1.5，内燃空压机为1.36~1.60，这里取1.3；

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，根据目前我部空压机配置机况，取1.1；

Km---不同海拔高度增加高压风的耗风量修正系数；这里取值1.0；

ΣQ—风动机具同时工作的耗风量总和；

计算得Q总=179.8（m3/min）

（3）空气压缩机的选择与数量

重庆方向：

斜井期间现有5台P950E型螺杆空压机，拟调转一台，总供风能力达162m3/min；考虑本工作面为辅助工作面，工作能力和工作任务均受另两个作业面限制和影响，本工作面将不会出现掌子面钻眼作业的同时形成后面喷浆的情况。

本工作面高压供风空压机配置可满足施工需要。

兰州方向：

拟新增9台ZL3.5－20/8型无基础电动空压机，单机供风量20m3/min，单机功率112KW，总供风量达到180m3/min。

可满足兰州方向两个工作面施工需要。

（4）管道、管径的选择

高压风管道拟采用优质无缝钢管敷设，管径根据计算的耗风总量（Q总）和允许的最大压力损失来计算确定。

一般情况下以掌子面所需的最低风压、用风总量和管道长度来确定。

为减少长距离送风的风压损失，空压机将随施工进度适时前移（原则上管道长度不超过1000m），由此，选择φ159mm（内径150mm）管径供风。

（5）管道安装注意事项

a.管道敷设要求平顺、接头严密、防止漏风，凡有裂纹、创伤、凹陷等现象的钢管不得使用；

b.在靠近空压机150m以内，风管的法兰盘接头宜用耐热材料制成垫片，如石棉衬垫等；

c.压风管道在总输出管道上，必须安装总闸阀以便控制和维修管道；主管道上每隔300~500m应分装闸阀；为满足施工需要，每隔40~60m设置φ40~50丁管一支备用；管道前端至开挖面距离宜保持在30m左右，并用高压软管接分风器；分部开挖法通往工作面的软管长度不宜大于50m，与分风器联结的橡胶软管不宜大于15m；

d.管道安装前应进行检查，钢管内不得留有残杂物和其它脏物；各种闸阀在安装前应拆开清洗，并进行水压强度试验，合格后方能安装；

e.管道均布设于正洞Ⅰ、Ⅱ线内侧，便于与横通道内空压机的连接。

f.管道的使用，必须有专人负责接长、检查、养护。

2.高压供水

洞内施工必须具备足够的水源以满足施工的需要，同时还要考虑水质和水压要求。

施工用水主要为湿式凿岩、喷雾降尘、注浆、衬砌养生和混凝土拌和及机械循环水等。

（1）供水量计算

根据洞内供水量需要计算，洞内湿式凿岩机每台每小时需水量按0.3m3计算，按30把钻计算需水量仅为9m3/h，洒水降尘、衬砌养生、机械循环水等均可错开用水高峰期使用。

斜井段供水管路采用φ80优质无缝钢管进行敷设，进入正洞向3个作业面采用φ50优质无缝钢管分路敷设。

洞口左侧有一条季节性冲沟，除冬季枯水季节（11月、12月、1月，水量较小将影响施工）其它时段水流量约为20m3/h~60m3/h，足以满足施工需求。

在枯水季节必要时在井口前方马家河采用15KW抽水机补充水量，满足施工要求。

采用湿式凿岩一般需要0.3Mpa水压，即水头高度应≥30m。

考虑到兰州方向反坡施工2000m，纵坡3‰，即水头高度应≥36m。

因斜井口至井底高差高达278m。

为避免水压过大损毁管路，沿程采用1级减压，一级减压水箱布设于斜井井身12＋40处，水箱容量约30m3，2.7（宽）×1.8（高）×6（长）。

二级减压水箱布设于0630～0610段缓坡段内，与井底高差约68m。

（2）管道敷设注意事项

a.管道敷设要求平顺、直、弯头少，线路短，干管管径尽可能一致，接头严密不漏水。

b.管道沿正洞Ⅰ、Ⅱ线内侧敷设，管路过Ⅰ线、穿Ⅱ线时，在铺底面上设沟槽穿越。

c.高压水池（箱）的输出管应设总闸阀，干管管道每隔200~300m安装闸阀一个，以便控制和维修管道。

d.给水管道应安设在电线路的异侧，不应妨碍运输和行人并设专人负责检查养护维修，一般与高压风管共同组织一个维修、养护工班。

e.管道前端至开挖面的距离一般保持为30m左右，用直径50mm的高压软管接分水器，中间每隔40~60m设置丁管备用。

3.供电

因隧道机械化程度高，施工用电有以下特点：

1）负荷大；2）负荷比较集中；3）供电的可靠性要求高。

针对供电可靠性要求高这一特点，隧道供电线路应有两路电源线路，以保证任一路电源线路发生故障时，另一路电源线路继续担负施工用电，同时还必须设自发电站，以保证网电停电后，仍能保证隧道施工重要设备负荷的用电需求，特别是保证洞内排水用电的需求。

依据《罗家理斜井施工排水方案》，预计日正常出水量8375m3/d，合349m3/h。

2级泵站配置卧式离心泵SLW150-350（110KW/169m3/150m）3台（斜井施工期间配置1台,备用2台），泵站布置在线路左则，容量满足20分钟存水，V=100m3。

1级井底泵站配置卧式离心泵SLW150-350（110KW/169m3/150m）3台（正洞施工前期配置2台），泵站布置在Ⅰ、Ⅱ连接横通道内，容量满足20分钟存水，V=100m3。

两泵站运转总功率440KW，当网电停电后，拟采用2台250KW的内燃发电机供电。

（1）洞内可能同时用电设备计算

a.照明：

斜井2473m，每10m一盏，每盏60W，总负荷15KW；正洞每10m一盏，每盏100W，按6000m计算负荷60KW，正洞横通道3座，每座横通道设三盏200W照明，计1.8KW，得照明总负荷ΣPb=76.8KW。

b.高压供风：

洞内兰州方向预计安设9台空气压缩机，每台空压机112KW，其中8台可能同时运转，计896KW；重庆方向预计布设6台移动空压机，每台160KW，其中5台可能同时运转，计800kw；则供风总负荷为1696kw。

c.通风：

斜井口安装2台132kw×2轴流风机，井底安装3台（其中2台75KW×2、1台55×2）轴流风机，并设置3台37kw射流风机。

计1159KW。

d.排水设备：

2级泵站现有卧式离心泵110KW三台（一般情况下运行1台），1级泵站预计安装三台110KW卧式离心泵，按正常排水量计算（一般情况运行1台），重庆方向作业面反坡排水及集水井按40KW排水功率计算，则排水总能耗260KW。

e.电焊设备：

洞内同时作业电焊机按3台计算，每台功率25KW，计75KW。

f.混凝土振捣设备：

按洞内实际混凝土浇筑作业面3个，计9KW。

g.喷浆设备或注浆设备：

洞内按两个工作面同时喷浆作业考虑，每个掌子面2台喷浆机，以TK500湿喷机为例，电机功率7.5KW，则能耗为30KW。

实际可能同时负荷总和：

76.8+1696+1159+260+75+9+30=3305.8KW

（2）总负荷的估算

隧道施工用电，含动力和照明要求的总量，一般按下式估算：

式中P――总负荷（KVA）；

K――电线路能力损耗系数，采用1.05~1.10；

A――全部电力功率因数，采用0.5~0.6；

ΣPa――动力用电总量；

ΣPb――照明用电总量；

η――电动机及其他动力之效率，采用0.83~0.88；

K1――同时用电系数，通风机的同时用电系数为0.8~0.9，施工电动机械同时用电系数0.65~0.75

K2――动力负荷系数，为0.75~1.0；

依据洞内可能同时用电设备总能耗经计算得

P=1.05[（3305.8-76.8）/（0.6×0.88）×0.65×0.75+76.8×0.65]=3128.8KW

（3）供电线路

隧道供电线路采用三相五线制，供电电压为400/230V。

洞内照明电压：

作业地段（含衬砌对台车、钢筋安装位置）采用36V安全照明电压，成洞和不作业地段采用220V。

为解决长隧道供电电压降过大的问题，采用高压电缆直接将10KV电压由斜井35/10KV变电站引入，在井身中部、井底变电室（施工期间合适位置设置临时变电室）将电压降至400/230V使用，正洞每1000米进行一次高压前移。

主导线采用塑料绝缘铝芯线规范架设，开挖及未衬砌地段移动式手提灯应使用铜芯橡皮绝缘电缆；导线断面必须保证末端电压降不超过额定电压的10%和国家对经济电流额度的规定。

斜井输电干线或动力、照明线路宜安装在右侧，必须分层架设，其原则是：

“高压在上，低压在下；干线在上，支线在下；动力线在上，照明线在下”。

电线悬挂高度距人行地面：

400V以下，不小于2.5m，10KV不小于3.5m。

根据隧道作业特点，电线路架设分两次进行，在进洞初期，先用橡胶绝缘电缆装设临时电路，随着掌子面的推进，在成洞地段用胶皮绝缘线架设固定线路，换下电缆供继续前进工作面使用。

10KV电缆线路选用铠装铜芯电缆70mm2，电缆的终端应装有密闭和绝缘性能良好的接线盒。

洞内敷设的高压电缆，在洞外与架空高压线连接时，应安装相同电压等级的阀型避雷器一组及开关设备；架设进洞的低压线路，在洞口的电杆上，应安装低压阀型避雷器一组；不允许将通电的多余电缆盘绕堆放，以免引起电缆过热发生燃烧和增加线路电压降。

（4）变电站

洞内变电站应设置在专用设备洞室或干燥的避车洞或不用的横通道内，变压器与周围及上下洞壁的距离不得小于30cm，同时按规定要求设置安全防护设施。

洞内高压变电站应采用井下高压配电装置或相同电压等级的油开关柜，不宜使用跌落式熔断器。

低村侧最好采用成套组全电器和带负荷调压变压器，或采用带有空气断路器的井下低压配电盘，或临时装设自动空气开关。

变压器容量的确定：

（KW）

式中Pn――配属机械的总容量（KW）；

K――各台电动机的同时用电系数，取0.7；

cosφ－－电动机功率因素，取0.90；

η――电动机效率，取0.86；

经计算得Bm=3128.8×0.7/（0.9×0.86）=2830KW，参照总负荷的估算结果，斜井洞外配置800KVA变压器一台，用于洞外通风、搅拌站、加工场及生活区用电；斜井正洞内配备2台800KVA变压器，用于3个作业面施工；井底泵站布设一台630KVA变压器，用于井底通风及1级泵站用电；2级泵站出配置一台500KVA变压器用于排水供电。

4.施工防、排水施工方案

a）防、排水原则

隧道施工防、排水工作一般以排为主，采取截堵排相结合的综合措施：

（1）截断水源尽可能减少洞内水量和堵水的困难。

如在地表开挖截水沟，在洞内施工截排水坑道（泄水洞）等；

（2）将水