隧道施工的辅助坑及辅助作业
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辅助坑道隧道施工时,为开辟工作面以缩短工期和改善施工条件而增设的坑道。
常用的辅助坑道有横洞、斜井、竖井和平行导坑。
选择辅助坑道应根据隧道长度、施工期限、地形、工程地质与水文地质、弃碴场地等条件,以及通风和排水需要,通过技术经济比较确定。
可以单个、多个或组合使用。
横洞多用于一侧覆盖层较薄的傍山隧道,用以增辟工作面和缩短出碴进料距离(图1)。
若洞口有其他工程干扰,无法从正面开挖正洞,或洞口路堑挖方量大而洞口侧面覆盖层较薄,均可利用横洞提前开挖正洞。
横洞与隧道中线的平面夹角最好为90°,不宜小于40°,应设向外的不小于3‰的纵坡,以利排水和运输。
斜井当长隧道埋深不大,或深埋隧道地表旁侧有低洼地形时,可采用斜井(图2)。
斜井倾角不宜大于25°,斜井中线与隧道中线平面交角不宜小于40°,斜井运输可用皮带运输机或卷扬机轨道运输。
竖井在隧道上方有低洼地形时,可在隧道的一侧或顶部设置竖井(图3)。
它本身的掘进是垂直向下进行的,开挖爆破效率较低。
竖井中的运输采用吊桶或罐笼提升,地面需要安装井架和天轮等庞大的设备,地下需布置井底车场,运输能力有限而能源消耗较大。
为了安装地面提升设备,井口需要修建加固结构,且需有较宽阔的场地。
竖井本身的施工期较长,造价较高。
在隧道建成后,竖井可作为通风之用。
平行导坑简称平导。
一般平行于正洞,适用于长大的越岭隧道无法采用其他辅助坑道时,能同时增辟几个工作面以加快正洞施工速度,并解决施工中的运输、通风、排水、测量、探明地质及施工安全等问题。
由于开挖量增加,约增加隧道造价的15~25%,如超前正洞的长度不够,就不能增辟工作面以缩短工期。
随着钻爆技术及施工机械化的发展,正洞采用了全断面开挖而加快施工进度;通风机和风管也向大型化发展,无需平行导坑作通风巷道,故平行导坑已很少采用。
当地质不良,有大量地下水或瓦斯排出,或平行导坑可利用作修建第二线隧道的导坑时,则采用平行导坑较为有利。
隧道施工辅助作业地下工程施工中,除了钻爆、出渣、支护和衬砌等基本作业外,还必须借助一些辅助系统为基本作业提供必要条件才能完成工程任务,这些系统的工作称为辅助工作。
辅助工作主要包括通风防尘、压气供应、施工供水与排水、供电、照明等。
一、施工通风任何地下工程施工时都需要通风,采用钻眼爆破法施工时尤为重要。
爆破时,炸药分解产生大量余热和有害气体,同时隧道内空气中氧气的含量相对下降;机械设备也将排出大量废气和热量;隧道穿过煤层或某些地层时还会放出CH4、H2S等气体;另外,钻眼、爆破、出渣、喷射混凝土等作业均会产生大量粉尘。
这些有害气体及粉尘对施工人员危害极大。
因此,施工通风应达到以下目的:供给新鲜空气;冲淡与排出有害气体;降低粉尘浓度;降低地下空间内温度;瓦斯(CH4)浓度不得大于0.5%(按体积计),否则必须按煤炭行业现行《煤矿安全规程》之规定办理。
(一)通风方式的选择施工通风方式应根据隧道的长度、掘进隧道的断面大小、施工方法和设备条件等诸多因素综合确定。
在施工中,有自然通风和强制机械通风两类。
其中,自然通风是利用洞内外的温差或风压来实现通风的一种方式,一般仅限于短直隧道(如500 m以下)、浅埋地下工程,且受洞外气候条件影响极大。
绝大多数地下工程施工应采用强制式机械通风。
《客货共线铁路隧道工程施工技术规程》(Q/CR 9653—2017)规定,隧道施工必须采用机械通风。
根据通风机的作用范围,机械通风分为主机通风和局部扇风机通风。
当主机通风不能满足隧道掘进要求时,应设置局部通风系统,风机间隔串联或加设另一路风管增大风量。
如有辅助坑道,应尽量利用坑道通风。
竖井及隧道施工时,可用主扇或局扇或主、局扇结合式通风。
通风方式应根据隧道长度、施工方法和设备条件等确定。
通风方式应针对污染源的特性,尽量避免成洞地段的二次污染,且有利于快速施工。
实施机械通风必须具有通风机和风道。
按照风道的类型和通风机安装位置,机械通风可分为管道式、巷道式和风墙式三种。
第1章隧道工程勘测设计1.隧道选址与线路选线有什么关系?2.确定洞口位置的原则是什么?请解释其工程含义。
3.在按地质条件选择隧道位置时,所需要的地质资料有哪些?如何考虑地形条件对隧道位置的影响?第2章隧道主体建筑结构1.某新建铁路非电化曲线隧道,已知圆曲线半径R=1200m,缓和曲线长l=50m,远期行车速度V=160km/h,隧道里程为:进口DK150+310;出口DK150+810;ZH点DK150+320;YH点DK151+000。
试求:各段加宽值与隧道中线偏移值。
要求按教材P32图2-7所示,表示清楚,并注明不同加宽的分段里程。
( 注:超高值以0.5cm取整,最大采用15cm;加宽值取为10cm的整数倍;偏移值取至小数点后2位)2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度?第3章隧道附属建筑1.什么是避车洞?避车洞的设置间距是多少?在布置避车洞时应该避开哪些地方?2.营运隧道的通风方式有哪些?什么是风流中性点?它与通风方式的关系怎样?3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段?它们各自的作用是什么?第4章隧道围岩分类与围岩压力1.影响围岩稳定性的主要因素有哪些?围岩分级主要考虑什么因素?围岩分级的基本要素是哪几种?我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素?已知某隧道所处围岩节理发育,Rb=26MPa,试问这是属于哪一级围岩?2. 某隧道内空净宽6.4m,净高8m,Ⅳ级围岩。
已知:围岩容重γ=20KN/m3,围岩似摩擦角φ=530,摩擦角θ=300,试求埋深为3m、7m,15m处的围岩压力。
第5章隧道衬砌结构计算1.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN,弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m,围岩抗力系数为150MPa/m。
试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。
2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置?试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。
(注:抗力方向以挤压围岩为正)3.一对称等厚平拱,衬砌厚度为50 cm,已知内力如图示,墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注:图中1、2、3为截面编号)。
隧道施工辅助作业安全技术措施
辅助作业主要指供水、供电、供风、通风排烟、排水、道路。
(一)危险源:空压机的压力罐、风管爆裂、高压水管爆裂、供电线路和配电设备漏电、水泵漏电、风机漏电、风筒着火、供电线路着火、道路失修、结构超限、交通失控。
(二)控制要点
1、空压机压力罐必须定期标定,高压风管定期检查维修确保完好,防止爆裂。
2、高压水管定期检查维修确保完好,防止爆裂。
3、供电线路必须采用“三相五线”制,供电设备和供电线路必须按照设计方案实施。
洞内变压器和配电柜必须放置在设计指定的地点,变压器洞室需做好防水、防潮措施。
所有供电设备和线路必须定期检查维修维护。
用电设备必须采用“一机一闸一漏电保护一接地”,防止漏电起火或漏电伤人。
4、供电线路和通风管分侧挂设,防止电路起火引起火灾。
5、排水沟要通畅,防止积水损坏道路。
反坡施工时,必须有足够的排水能力。
6、道路必须经常性检查和维护,确保平顺、畅通。
7、钻孔台架、喷锚台架、衬砌台车、压浆修补台架等必须留有足够的净空以利车辆通行,设置明显的限界标志,车辆通行时,机具材料及人员不得侵入。