超長大坡度斜井開挖支護施工技術

孔維春 王衛治

（中國水利水電第六工程局有限公司）

關鍵詞：超長　大坡度斜井　施工技術

1 前言

目前，在國內斜井施工中，一般采用反井法開挖，且開挖長度均在1000m以內，如：西龍池抽水蓄能電站引水斜井長756.59m,傾角56°,斜井開挖采用爬罐自下而上打導井和反井鉆自上而下打導孔再反拉導井技術；萬家寨引黃入晉工程平魯地下泵站廠房工程長斜井交通洞,總長547.47m,斜坡段縱坡24.59%,傾角13.81°等。本工程斜井長1340m，凈斷面為5.7m×5.6m（寬×高，城門洞形），坡度42.5%，傾角23.02°。如果采用反井法施工，需要開挖多條交通洞，對工期影響較大，而且不經濟；同時斜井坡度要么較緩（在30%以下），可以方便反鏟等履帶式設備行走；要么坡度在100%以上，可以直接向下溜渣。本工程坡度為42.5%，既不能滿足反鏟等設備行走，又不能向下部直接溜渣，只能采用有軌運輸施工工藝。

2 工程概述

2.1 工程簡介

本工程位于廣東省江門市開平市金雞鎮和赤水鎮之間，距陽江核電站和臺山核電站均約57km。實驗室洞室群包括實驗大廳、斜井、豎井、地下安裝間和其他功能性輔助洞室。斜井入口位于勝和村東北約200m的一個廢棄石場，入口標高65m，長1340m，斜井坡度為42.5%（傾角23.02°）。斜井斷面采用城門洞形，凈斷面尺寸為5.7m×5.6m。Ⅱ類、Ⅲ類圍巖洞段采用錨噴支護，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段采用錨噴+鋼筋混凝土襯砌聯合支護。

2.2 工程特點

1340m超長大坡度斜井作為江門中微子實驗站配套基建工程地下實驗廳與地面交通的重要通道，主要供施工期和運行期運輸大型設備，同時也是地下通風、排水的重要通道，因此斜井施工對本工程后續施工有重要的影響。該斜井工程具有以下特點：

（1）斜井超長：這種情況下進行斜井的快速施工，尚沒有先例。

（2）運輸困難：斜井坡度為42.5%，該坡度既不能滿足反鏟等履帶式設備行走，又不能直接向下溜渣，約4.2萬m³的巖石渣料需要從斜井內運輸至地面渣場，同時支護及澆筑混凝土的材料需要運輸至斜井內。

（3）工期緊張：斜井是本工程的重要通道，斜井盡早完成，對本工程地下施工十分有利。

3 總體施工程序

斜井井身鉆孔、支護、出渣見圖1。

針對長距離大坡度斜井的特點，施工設備配置對斜井施工影響很大。對斜井施工制約較大的出渣工序，需要合理配備出渣設備。斜井出渣施工設備配置見表1。

斜井施工總體方案為Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類圍巖洞段采用全斷面光爆開挖，噴混凝土隨掌子面及時跟進噴護，錨桿滯后一定安全距離施工；Ⅴ類圍巖洞段采用短進尺開挖，噴混凝土、錨桿、鋼拱架緊跟掌子面。渣料由一臺ZWL-180/79L型扒渣機裝至6m³箕斗，一臺JKZ-3.2×3型單滾筒礦井提升機配單鉤提升一臺6m³箕斗至井口，卸入10t自卸汽車運輸至棄渣場。

4 施工方法

4.1 斜井井口施工

斜井開口位置增加鎖口錨桿，對于隧道交叉部位采用噴100mm混凝土和φ22×3.0m@1.5×1.5砂漿錨桿支護并增加鎖口錨桿，對斷層和節理密集帶，除將系統錨桿加長外，另設加強錨桿，對不穩定塊體采用隨機加強錨桿加固。

斜井入口處覆蓋層開挖采用兩臺1m³反鏟及1臺3m³裝載機按照設計邊坡放坡挖裝，10t自卸汽車運輸至渣場。開挖完成后根據開口位置巖層穩定情況將開口頂部以上危巖清理干凈，并對穩定性較差巖層采用打錨桿掛網噴漿等方式加固處理。

沿斜井開挖輪廓線由斜井貼近山體位置，按照斜井坡度向外架設3榀鋼拱架，間距500mm，采用工字鋼連鎖形成導向拱架。用網片護住頂幫，在網片外鋪設模板（模板距網片100mm），由內側噴射混凝土220mm厚。噴射C25混凝土支護，形成封閉保護層，形成進洞洞臉，確保進洞施工安全。

4.2 井身段開挖與支護

洞身段自上而下為Ⅴ類、Ⅳ類、Ⅲ類、Ⅱ類圍巖，施工方法見表2。

5 鑿井輔助系統及設施

5.1 提升機

斜井提升設備為JKZ-3.2×3型礦井提升機（見圖2），卷筒直徑3200mm，鋼絲繩最大靜張力差180kN，卷筒寬度3000mm，減速器速比i=18，卷筒個數1個，提升高度（牌坊式深度指示器）1800m，提升速度5.7m/s，電動機：YR1000-8/10-630kW 6kV 591r/min IP23。

5.1.1 提升機校核

（1）卷筒直徑。

D≥60d=60×28=1680（mm）（d為鋼絲繩直徑）

D≥900δ=900×2=1800（mm）（δ為鋼絲直徑）

卷筒直徑3200mm，滿足要求。

（2）滾筒寬度校驗。

式中 H——提升距離，取H=1400m；

30——試驗繩長度，m；

ε——繩圈間隙，取2；

d——繩徑，d=28mm；

BT——JKZ-3.2×3型提升機滾筒寬度，BT=3000mm；

D——滾筒直徑，D=3.2m；

3——余繩圈數；

n——纏繩層數。

因此，選用JKZ-3.2×3型提升機，滾筒纏繞2層鋼絲繩滿足提人和提物要求。

（3）最大靜張力驗算（斜井提升時）。

滿足要求。

式中 Q₀——終端最大荷載，N；

P_sb——鋼絲繩單位重量，為31.32N/m；

β——巷道坡度,為23°；

f₁——滾動摩擦系數,取0.01；

f₂——滑動摩擦系數,取0.2；

L——繩長,為1400m。

5.1.2 電機功率驗算

P=F_ch×V_mB×K_B/102η_c

=7275×4×1.2/(102×0.85)

=402.8(kW)<630

滿足要求。

式中 V_mB——提升機最大速度，m/s；

K_B——礦井阻力系數，取1.2；

η_c——傳動效率,二級減速η_c=0.85。

5.2 鋼絲繩選擇

5.2.1 鋼絲繩選擇

終端最大負荷6m³箕斗提渣時，

Q₀=0.85V_Jγ_g+Q_z

=0.85×6×15680+35280

=115248（N）

式中 V_J——箕斗容積,為6m³；

γ_g——矸石容重,為15680N/m³；

Q_z——箕斗自重,6m³箕斗為35280N。

鋼絲繩單位重量

式中 δ_B——鋼絲繩抗拉強度,取1770N/mm²；

m_a——提渣時鋼絲繩安全系數；

其他參數意義同前。

采用18×7-28mm鋼絲繩，鋼絲繩單位重量P_sb為31.32N/m，破斷拉力Q_d為473kN。

5.2.2 鋼絲繩安全系數校核

（1）提渣時。

滿足要求。

（2）提人時。

滿足要求。

式中 Q_z——人車重量,N，采用XRB15-9/6型人車。

5.3 翻矸臺

翻矸臺（見圖3）位于斜井洞軸線上，距井口樁號X0-020水平距離22.7m，磚混結構。翻矸臺頂部為翻矸架，主要由液壓千斤頂驅動。翻矸臺翻矸見圖4。

5.4 防跑車裝置

在斜井樁號X0-020和X0+000位置設置兩套防跑車裝置（見圖5），避免在井口位置箕斗突然脫鉤，造成安全事故。防跑車裝置由I22工字鋼焊制，1t卷揚作為動力。

5.5 人車

人員交通通過提升機牽引XRB-15型人車（見圖6），額定載員15人，由專職司機控制。XRB-15型人車有抱軌系統，若發生鋼絲繩斷繩或脫鉤現象，能夠通過抱軌系統將人車固定在軌道上，保證人員的生命安全。

6 小結

長距離大坡度斜井主要施工工序在于出渣工序，出渣時間直接影響施工進度，同時對其他工序也有一定的影響，如出渣設備對渣料粒徑要求很高，渣料粒徑不能太大，否則就影響開挖工序的鉆孔間距和爆破裝藥量。因此，配置合理的出渣系統是長距離大坡度斜井施工的關鍵。超長大坡度斜井施工技術在江門中微子實驗站配套基建工程斜井施工中的應用，取得了良好的效果，值得其他類似工程借鑒推廣。