隧道斜井施工组织与安全要点

斜井作为地下建筑物,坡陡断面小,施工时存在着许多不安全因素,特别是斜井的提升系统最容易出现安全事故,这些事故会给国家和企业带来重大损失。为了避免或减少安全事故的发生,在斜井施工前做好施工组织,建立健全安全管理规章制度、安全保证体系,对斜井的施工安全进行设计与管理十分必要。为此,介绍了湘西南某高速公路隧道斜井施工组织与安全管理。

1工程概况

1)斜井布置:该斜井与主洞相交处距离主洞洞口约2.4km。斜井采用单心圆断面,内轮廓线半径3.75m,净空面积33.71m2,全长728m,倾角24.23°。斜井与主洞轴线近于平行或小角度相交,相距很近。

2)工程地质:斜井洞口位于坡度为20°的山坡上,山坡稳定,进口附近变质砂岩存在球状风化,深度达35m,岩石软硬不匀,为Ⅱ类围岩。洞身段主要为Ⅲ~Ⅳ类围岩。

3)斜井衬砌:采用由初期支护和二次衬砌组成的复合衬砌,其中初期支护为主要的承载结构,对于Ⅱ~Ⅲ类围岩地段初期支护由工字钢拱架(或钢筋格栅)、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土组成;对于Ⅳ类围岩地段由系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土组成。二衬除明洞与Ⅱ类围岩地段采用钢筋混凝土外,其余均采用素混凝土。

2斜井施工

斜井采用钻爆法施工。出碴采用小型挖掘机装碴,有轨矿车提升运输方式。按新奥法原理作好光面爆破和监控量测。在Ⅱ~Ⅲ类围岩地段采用上下台阶开挖法,Ⅳ类围岩地段采用全断面开挖法。初支紧跟开挖面,喷射混凝土采用湿喷技术,二衬采用组合钢模一次整体浇注。斜井通风采用压入式通风方式,施工期间的排水采用集水坑分级抽水。

3机械设备配置

本隧道斜井洞身的开挖方法按常规的钻爆法施工,实现安全、快速施工的关键是要大幅度地提高斜井的出碴能力。为此,机械设备的合理配置和科学的施工组织管理是实现安全、快速施工的主要因素。斜井施工的主要施工机械设备见表1。

3.1提升系统设备配置

根据井身长度及施工要求,同时参考其他隧道斜井施工资料,提升绞车采用2台单筒JTK-1.6机型。该机型牵引力为405kN,主电机功率110×2kW,卷筒直径1.6m,最大提升速度2.8m/s。钢丝绳规格:24.5mm。一次提升1.5m3矿车2台。

钢丝绳与天轮、箕斗轮子与轨道摩擦力忽略不计。

经空重车平衡后绞车提升总重量:

每小时提升7.5钩,以斜井每延米41.5m3计算,其松散体积为62.3m3,正常情况下,8.3h可以出完碴。这是在后期较大深度情况下提升所需要的时间,在初期和中期提升所需要的时间远小于此数。出碴是耗费时间最长的一道工序,包括钻眼、爆破、排水、初支等在内,每天完成1~2个循环的时间是足够的。

3.2出碴系统设备配置

1)日本产小松60型挖掘机1台,额定装碴能力200m3/h,用于斜井掌子面装碴。

2)ZL500装载机1台,用于斜井进洞初期开挖和洞外倒碴、装料。

3)斗容量为1.5m3U型矿车8台,用于井身出碴。

3.3斜井井身轨道及管线、井口车场卸碴线布置

1)斜井井身轨道及管线布置见图1。轨道采用钢轨(24kg/m)和木枕,按四轨两线布置,轨距900mm,承托提升钢丝绳的地滚固定在枕木上。

2)斜井井口车场及卸碴线布置见图2、图3。天轮井架高度按钢丝绳牵引角约β=30°设置,井口到天轮井架距离取18m,绞车与井架水平距离取25m。

4斜井施工组织管理

4.1开挖作业循环安排

根据施工组织设计安排,斜井比主洞晚开工2~3个月,主要原因是斜井开工前需要修建约7km长的便道,洞口场地平整和设备安装的工作量很大,计划工期18个月。由于修便道花了8个月,实际开工往后延迟了5~6个月,业主要求按原计划完工,因此需对原有的施工计划安排作出调整。调整后每个正常的作业循环时间见表2。

4.2斜井运输调车方案

1)斜井轨道布置。

斜井洞内轨道布置采用四轨双线,即设两股道进行装碴运输作业,轨距900mm,线间距180cm,采用24kg/m钢轨、木枕。1号线与2号线可以同时进行运送货物、人员及提升作业,在运输过程中,两线互不干扰,调车方便、简单。

2)洞口调度方案。

出碴矿车8台,分为4组,将2组分别停靠在1、2号让车道,另外2台停靠在1、2号码头。需要提升作业时,先将1、2号码头的矿车放下至掌子面出碴地点,井下由1台60轻型挖掘机装碴,如先装完1号线矿车,1号线上绞车得到信号马上进行提升,井下挖掘机继续对2号线矿车装碴。1号线重车提升至井口外时,运输作业人员摘掉插销,取下钢丝绳套,让矿车自行滑向1号出碴码头,至少有2名运输人员推至码头后倒碴。当经过1号道岔后,另2名运输人员将停靠在1号让车道的矿车人工推至井口,挂上钢丝绳由1号绞车放至井下装碴。2号线上提升作业过程与1号线相同。

5斜井提升安全管理

5.1斜井安全设施

1)在斜井口变坡处设一道挡车器,斜井长度超过80m时井口下20m设一道,斜井长度超过100m时距掌子面20m设一道可移动挡车器,挡车器制作材料用20cm×40cm槽钢或方钢加工而成,如图4。挡车器必须有专人管理,矿车过后马上关闭挡车器。所有挡车器要随时处于关闭状态。

2)斜井垂直深度超过50m时,配备运送人员车辆,要有可靠的防坠、防溜装置,运送人员前要检查各种装置的安全状况,运送时速度不得超过1m/s。运送货物与人员不得混合同时运输。

3)井口、井下及卷扬机房采用电铃联系信号,提升、下放与停留有明确规定,“一停、二提、三放”统一指挥操作。

4)井口设一个大地轮,井身每10m设一个地滚。经常检查运转情况,发现运转不正常及时更换。

5)绞车要设过卷及深度指示装置,对设备重要部位如刹车系统、钢丝绳、轴承等进行定期养护。钢丝绳必须每天检查一次,凡出现大面积断丝、锈皮、外层松动时必须更换。

5.2施工中的安全注意事项

1)严格按新奥法原理组织施工。由于斜井运输能力的限制,一般不安排同步施作二次衬砌,因此施工中对围岩和喷锚支护的变形应加强监控量测,以便及时调整各项支护参数,杜绝塌方。

2)斜井与正洞连接处是车辆及人员来往频繁地段,洞内会车、通风、排水、充电等都汇集在此,要设专职安全员。

3)斜井井身要根据涌水量大小按一定距离设置足够大的集水坑,配备足够的抽水设备,并采用双回路供电,以防万一,将井底、洞内积水及时排除洞外。

4)安排专人养护轨道,检查轨距有无发生变化;道钉与轨枕是否松动;轨道上有无出渣时掉下的石块;防爬扣件有无移位;以免影响出渣安全,造成矿车跳道。

6安全管理的其他措施

1)严格遵守国家、交通部和湖南省颁布实行的有关安全法律法规,做到“安全第一,预防为主”。

2)建立健全安全生产管理体系,成立施工安全领导小组,项目经理任组长,专职检查斜井施工安全,定期或不定期召开安全生产会议,研究项目安全生产情况,发现问题及时解决处理。逐级签定安全承包合同,明确各自的安全管理目标,制定好安全规划,做到全员参与、全面管理,充分体现“安全生产、人人有责”的原则,消除事故隐患。3)根据不同的工种、机械、车辆等进行安全技术交底,并制定分项的切实可行的安全生产守则,人手一册,便于学习,以提高全员的安全意识,确保安全生产。对新进员工要进行“三级安全教育”,使他们了解施工中容易发生安全事故的地方和需要注意的事项,引起重视。

4)防火措施:消除一切可能造成火灾的事故根源,控制火源、易燃物和助燃物,配备灭火器,培训专业灭火人员。一旦发生火灾要及时转移器材,疏散人员,及时有效的组织灭火工作。当火势超过本单位的消防能力时要及时报警。

5)防触电措施:进行安全用电知识教育,定期检修电器设备。对电器设备的外壳进行接地、接零或绝缘。在潮湿情况下,临时照明设备和手提工具不得使用超过36V的电压。

6)机械设备安全措施:机械设备的布局要合理且要安装安全防护装置,严格遵守安全操作规程。操作前要对机械设备进行安全检查,严禁机械设备带故障运行。

7)严防高空坠落:高空作业要严格按照操作规程标准化、规范化施工。设置安全防护网,施工人员要佩带安全帽、安全带等。通过采取上述施工组织与安全管理措施,目前该斜井的施工进展顺利,未发生一起安全事故。