大坡度软岩小断面长隧洞开挖及出渣方法

大坡度软岩小断面长隧洞开挖及出渣方法

李江华

中国葛洲坝集团第五工程有限公司宜昌443002

摘要：依托工程实例，针对本工程大坡度软岩小断面长隧洞的特点，阐述其开挖及出渣方法。

关键词：大坡度；软岩小断面长隧洞；铣挖法；无极绳绞车；有轨出渣；

1.工程概况

肯尼亚供水隧道1期工程是内罗毕系统供水工程的一部分。项目所在地处于东非大裂谷地带，属重丘-山区地形，引水隧洞轴线地质状况大都为粘土和破碎软石（火成碎屑岩），岩石质量较差，支护类型根据Q值和GIS值确定，共计有6种支护类型，主要支护类型为钢拱架支护。隧道为马蹄形断面，开挖直径4.1m，衬砌后直径3m，长11.7Km。

2.铣挖法施工

对于软岩小断面长隧洞开挖，在开挖设备选型上较为重要，一是考虑设备功率，功率小，设备尺寸小，可以适应狭窄的洞内作业环境，可开挖围岩等级范围小；功率大，设备尺寸变大，有可能会造成洞挖的不便，但洞挖效率高，因此必须折中选择，在不超过边界尺寸的前提下尽可能选用大功率的设备，以适应更坚硬的岩层。

根据本隧洞地质特点，项目初期确定了两种掘进设备，一种是悬臂式掘进机型号为XTR4/230，装机总功率为450kW，设备供电电压为1.14kv，此设备优点是开挖效率高，进尺快，适应岩层种类广，一般Q值小于0.5的都可以进行快速切削开挖。缺点是需高电压进洞，这就需要专用电缆输送，既增加了供电成本，也增加了洞内作业人员的危险性。

另外一种是扒渣机型号为LWLX-150，装机总功率为55kw，理论开挖效率150m³/h，

图一洞挖设备图

设备运行电压380v，实际应用中发现，功率较小，开挖速度较慢。后期确定使用铣挖头进行改装，但需事先根据隧洞内围岩的强度以及设备载体的功率，确定好铣挖头的功率型号，来提高开挖效率。

1、工作机构，2、运输机构，3、行走机构，4、平台总成，5、前后支撑机构，6、液压系统，7、电气系统

3.有轨出渣系统

3.1设备选型

依据本工程的特点和当地气候，决定采用有轨出渣系统，电机车选用CTY12/6GB，外形尺寸为4.74×1.05×1.6mm，轮距600mm，电瓶为铅蓄电池，电池电压192V，最大牵引力30KN，最大行驶速度8.7Km/h，并配合SD-6梭车，外形尺寸为7.16*1.45*1.77m，车箱的底板上装有刮板运输机，挖掘式装载机可以不停地向梭车的装载端装碴，碴石由刮板运输机输送装满整个车箱，梭车装满碴后，由牵引机车牵引到卸碴场地，再由刮板运输机带动碴石实现自动卸碴。SD型车箱前高后低，前一台梭车的卸载端可以伸入到后一台梭车的装载端，中间通过伸缩牵引杆连接，将多台梭车搭接成梭式列车，因此它即能单台使用，又能多台搭接使用，能把一次爆破崩落下来的碴石全部装完。

有轨机车配合梭车出渣

在轨道末端设置卸料槽，通过卡车或其他运载工具，接料后转运至永久弃渣场。可避免洞渣的二次转运，节约洞渣二次转运成2本。卸料槽设置时，应尽可能使梭车在不掉头的情况下即可以完成卸渣，可大大节省洞渣的运输时间。

3.2轨线布置

考虑肯尼亚雨季影响，决定采用有轨出渣系统的出渣方案，通过铺设轨道到渣场，可以不用考虑道路因雨季而造成的影响。

轨道间距600mm，洞内轨道基础为混凝土，洞外至渣场采用预制轨枕，岔道处用枕木。洞口设置4#道岔，用于错车，洞外设置维修区域及电瓶充电房，维修区安装10T龙门吊或自制简易龙门吊，用于机车检修和电池更换。

轨线的设计应合理，经济，并综合考虑维修出渣错车等施工因素，铺设轨线时，应注意基础质量，并使轨线顺直美观。在铺设轨线时，最小转弯半径在30m以上，坡比控制在3%以内，否则会造成有轨设备运行困难，降低效率。

洞内应每隔600-800m设置扩挖错车道，用于洞内机车出渣作业错车，减少洞内有轨机车等待及运行的时间，提高洞渣出运效率。

轨线运行使用过程中，注意经常维护保养，检查轨距偏差是否过大，防止机车或梭车等脱轨。

4.无极绳连续牵引车出渣

此出渣方案是为kaanja支洞大坡度，有轨电机车不能满足出渣坡度要求而特别设计的一种出渣方案，本方案的基本原理是采用卷扬机提升梭车出渣，并在轨道上安装绳轮组，实现长距离有弯道的复杂巷道的出渣。

Kaanja支洞总长650m，最大坡度9.123%，变坡点2个，转弯1个，转弯角度120°，转弯半径30m。绞车采用额定牵引力为120KN的卷扬机，牵引钢丝绳直径28mm，最大运行速度重载时0.6m/s，空载时1.1m/s。

绳轮组有三种结构形式：托绳轮组、压绳轮组及转弯轮组，直线段托轮间距为15米。

无极绳连续牵引车原理图

结语

隧道施工，尤其是对于小断面长距离恶劣地质条件下的隧道施工，开挖及出渣的设备选型就变得异常重要，一方面要考虑设备的外形尺寸可以很好适应隧道内狭窄的施工空间，另外一方面又要考虑设备的开挖运输效率问题，对于洞内出渣，究竟是采取有轨还是无轨亦应慎重考虑，因地制宜，正确的出渣方式，不仅能够大大节约施工成本，而且又可以提高施工效率。

参考文献：

[1]《梭式矿车使用说明书》，江西四通重工机械有限公司2016年7月；

[2]《电机车使用说明书》，湘潭市电机车厂有限公司2011年4月；

[3]《煤矿用挖掘式装载机使用说明书》，江西鑫通机械制造有限公司2014年3月；

[4]《无极绳连续牵引车使用说明书》，湘潭市恒欣实业有限公司2014年3月；