李永强
中铁一局集团第四工程有限公司 陕西咸阳 712000
摘要：本文以中缅油气管道小断面大坡度隧道施工为例，主要论述了小断面大坡隧道洞口布置、有轨运输方案、安全管理及有轨运输施工安全技术。通过对小断面大坡度反坡隧道施工实践，为同行业今后类似的小断面大坡度反坡隧道工程施工提供了参考和借鉴。
关键词：小断面；大坡度；隧道运输施工
引言
伴随着我国经济的快速发展，国家的基础设施建设也在不断扩张，随之隧道工程建设也越来越多，涉及到多个工程施工领域，常见的主要为铁路、公路、城市地下轨道工程隧道，现在也逐渐的应用于水利及油气管道等工程。水利及油气管道工程隧道往往断面较小，特别是油气管道工程隧道设计常常会有较大的坡度，隧道施工空间有限，施工十分困难。隧道施工主要工序有开挖出渣、锚喷支护、二次混凝土衬砌等，但在隧道施工过程中，开挖出渣运输、支护材料、设备运输等在隧道施工过程中也占据着较长的施工时间。目前油气管道隧道施工普遍存在断面小、坡度大的特性，这为隧道运输施工增加了难度，如果不能采取有效的技术方案会造成隧道出渣、支护材料运输困难，进而延误隧道整体施工进度，特提出小断面大坡度隧道运输施工技术应用研究。
1、隧道工程概况
中石油油气管道项目岩鹰山隧道全长1795m，最大埋深约为335m，隧道进口位于既有道路旁，出口位于江岸陡崖上。隧道断面设计为3.8×3.8m的直墙单心圆拱型。纵坡设计采用折线型三级斜下坡，其中进口段水平全长793.7m段采用坡度为43%的下坡，采用单线有轨运输，计划总工期约10个月，平均开挖进度为180m/月。
2、运输方案及牵引设施检算
2.1施工运输方案
根据设计及围岩地质状况，经过综合分析，本隧道进口段采用人工风钻打眼全断面开挖，洞内运输采用双轨单线运输，STB-100D履带扒渣机装渣，提升绞车牵引6m3侧卸式矿车出渣。初期支护喷混凝土采用PZ-9型混凝土喷射机，设备及运送喷混凝土采用特制平车配料斗运输。
钢轨采用38km/m轨，轨距900mm，木轨枕与槽钢枕相间安放，槽钢通过在地面上打锚杆固定，采用Φ25的砂浆锚杆，长度为2.5m/根，每根槽钢采用四根锚杆固定。锚杆与槽钢焊接牢固，槽钢与轨道焊接牢固，每两根轨道接头用鱼尾板和螺栓连接，轨道中线与隧道中线偏右750mm，沿轨道每隔15m设置一处托轮，防止绞车钢丝绳磨损。为了防止装载超限，在洞口及隧道底部设置超限检测开关，当超限时，矿车触碰超限开关，提升机减速停车。
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隧道洞口布置示意图
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隧道洞身断面布置图
出渣运输方案：装渣采用STB-100D履带扒渣机装渣，侧卸式矿车运渣。洞口设卸渣栈桥（码头），其上安装曲轨，当出渣车牵引到曲轨段后，矿车渣斗倾斜、在杠杆的作用下渣斗一侧的仓门打开，自动完成卸渣工作。侧卸式矿车钢丝绳牵引段装设防跑车抓车钩，抓车钩与矿车采用销连接，钩头部分与牵引钢丝固定，当钢丝绳意外折断后，挂钩在重力作用下坠落，钩住轨枕，防止跑车事故的发生。
材料运输方案：洞内施工材料一般均用矿车或特制平车装运，每一循环所用的钢筋网片、锚杆、小导管及拱架在洞外加工成型，采用电动葫芦架装在运输矿车上，为防止运输过程中材料滑落，需在每次装载物料完成后对装载物料紧固，确保物料运输过程中不倾落后方可发令开始运输；每一循环所用喷料及喷射机等机具均用特制的轨道平车运到工作面，每一道工序完成后即将所用机具及余料运出，施工中加强管理，做到工完料清，避免在工作面附近堆积，滑落伤人。
人员进出方案：洞内作业人员上下均通过人行台阶上下，禁止乘坐矿车，以保证安全。
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混凝土喷射作业平车示意图
2.2运输方案
2.2.1计算数据
坡度α=42.26%=23°00′00″
隧道斜长L1=864+30（车场）=894m
6m3矿车自重Q1=3670kg 载重Q2=6×1800=10800kg（隧道出渣容重1.8t/m3）
Q1+Q2=14470kg
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3.2.4提升绞车选择
D=（60～80）ds=1560～2080mm
D=（900～1200）δ=1530～2040mm
选卷筒直径为Dj=2.0m 初选XKT1×2×1.5B-11.5
技术指标：卷筒宽度B=1.5m（绕绳层数n=3）
钢丝绳最大静张力60kN
三层拖运长度965m
钢丝绳速度3.7m/s
电机功率256Kw
外形尺寸2380×3500×2380（mm）
重量17.0t
3.2.5运输能力的计算
装一矿车隧道洞渣所需时间：STB-100D履带扒渣机的理论装渣效率为100m3/h，现场施工按60m3/h计，即每分钟装渣量为1m3，则每一矿车装渣所需时间为6min；提升距离以斜井约2/3的长度计算为560m，矿车最大绳速3.7m/s，平均运行速度以2.8m/s计，则从洞底到洞口需运行200s=3.3min，往返共需6.6min，卸渣时间按3min计。
则每矿车出渣时间为6+6.6+3=15.6min，按16min计。
根据隧道设计图纸计算开挖面积约为16m2，开挖进尺约为2m，则每循环开挖出渣量为：16×2×1.4=45m3，按6m3装渣共需要装8车，则每循环出渣时间为16×8=128min。
本隧道每循环开挖所需时间为90min，支护时间为180min，根据计算隧道循环施工进度满足总体进度计划，施工方案可行。
4、隧道有轨运输安全技术要求
（1）运输防护
隧道洞口必须设置挡车器，开挖长度大于100米时，应在距开挖面约20米处设一道挡车器，并安排专人管理，挡车器必须经常处于正位关闭状态，施工运输时根据指挥信号确保安全后方可打开运行。在矿车装载物料运行过程中，除非发生危险、特殊情况，一律不得紧急制动。洞内出渣运输矿车，不得装载运输火工品等危险易爆物，火工品、雷管等采用人工按规定分开运输。
隧道应在洞口外设置专门的运输矿车摘钩场地，并设置安全可靠的挡车设施，以免溜车发生事故。
进出隧道所有人员，必须走人行混凝土台阶，严禁人员乘坐运输矿车。
（2）信号管理规定
矿车运输时在洞口、掌子面及绞车房均应确定明确统一的联络信号。对于矿车提升、下放、停止等过程，均应有简单、易懂的显示信号，并伴随有响亮的警示音响信号。一般设置为：
一声长铃响（符号■），表示矿车停止；
二声短铃响（符号↑↑），表示矿车提升；
一声急促铃响（符号↓↓），表示矿车下行。
矿车运输时在隧道内、洞口及绞车房设置多个信号指挥联络员，负责矿车安全运行，配备无线通讯设备，统一指挥信号。
（3）钢丝绳与矿车连接
钢丝绳与矿车采用高强度卡环连接，卡扣固定长度应大于50倍的钢丝绳直径，钢丝绳的固定卡环至少设置6道，每道卡环间距不得大于25厘米。
矿车应设置断绳保险装置，以防卡环连接失效，能及时控制矿车停车。
矿车运行时，应有可靠的连接装置和断绳保险器，挂钩均应加设保险栓。每趟矿车装渣前及卸渣完成后应仔细检查钢丝绳连接情况，如有损坏应及时处理。钢丝绳及卡环应购买质量可靠的大型厂家产品，进场使用前应试验检测，合格后方可使用。
（4）轨道安全规定
铺设的轨道应使用同一规格型，严禁多种型号钢轨混用，铺设前应检查无裂缝及焊伤。
轨枕铺设必须符合技术标准，不得私自放大轨枕间距。轨枕锚杆固定稳固，锚杆长度不小于设计值，注浆饱满，确保矿车运行中不发生移动。
轨道设施安排专人检查养护，检查养护作业应在矿车非运行期间进行，严禁边运行边养护作业。
（5）日常检查检测
项目部制定轨道动输系统日常检查检测制度，对于轨道动输系统应由项目机械设备管理部门每月牵头组织项目各部门及专业人员对其进行全面的检查检测，对检查出的问题及时维修，维修合格后方可运行，并做记录存档。
轨道、轨枕等由轨道检查养护人员每天进行检查维护。超限、防过卷、挡车器、制动等限位装置及钢丝绳由现场机械、技术、安全管理人员每班检查。绞车制动器、钢丝绳、托轮、洞口天轮等部位，安排专人按设备保养规定涂抹润滑油，确保设备部件运行良好。
（6）绞车安全要求
绞车作业人员必须经过专业培训考核，考试合格取得操作证书后，方可上岗作业。操作人员应熟记安全操作规程，熟练操作设备，并有一定的应急处置能力。
绞车运行作业时每班至少2人，一人操作，一人监护，严格按照指挥信号作业，坚守岗位，不得擅离值守。建立交接班制度，交班应同时交接设备运行、检修记录。
绞车房四周应排水畅通，以防洪水冲淹。机房内应通风干燥，不得存放易燃易爆、有毒有害、腐蚀性物品，严禁房内生火或使用电炉及煤炉，并配备消防器材。
5、结束语
本文以现场实际施工为研究对象，根据该隧道实际情况，对小断面大坡度隧道运输施工技术应用进行了研究，并且利用实验的方式对原有的施工技术进行了完善与优化，有效解决了小断面大坡度隧道运输施工出渣效率低、材料运输困难、安全得不到保障的问题，同时也降低了小断面大坡度隧道运输施工难度。此次研究为小断面大坡度隧道运输施工技术应用提供了理论依据，但是由于此次研究篇幅有限，在内容上还存在一些不足之处，今后有待对小断面大坡度隧道运输施工技术优化，以及小断面大坡度隧道运输施工技术要点等方面进行进一步研究，促进隧道施工行业发展。
参考文献
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