滇中引水工程昆明段蔡家村隧洞3#斜井支洞运输方案优化设计

摘要：蔡家村隧洞3#斜井支洞采用六轨三线运输代替原设计四轨双线运输，并优化调整下平段转渣扩挖段场地布置，极大节约斜井运输时间，显著提高了施工进度。斜井支洞六轨三线运输与下平段转渣扩挖段场地布置施工经验值得借鉴。

关键词：斜井支洞；运输方案；优化设计

1.工程概况

滇中引水工程昆明段蔡家村隧洞设计流量95m3/s，底坡i=1/5000，断面型式为马蹄形洞型，净空断面尺寸8.12×8.78m（宽×高），衬砌厚0.3～0.7m。其中3#施工支洞施工图设计为斜井支洞，支洞倾角22°，断面为城门洞型，斜井支洞断面尺寸6.5×5.5m，转渣扩挖段断面尺寸7.5×9m（长20m），下平段后段断面尺寸7.5×6m。支洞高差158.515m，总长516.854m。

3#施工支洞围岩为紫红色中厚层状石英砂岩夹少量薄层状粉砂质泥岩，围岩较完整，主要为Ⅲ类，地质条件总体较好，为支洞扩挖创造了良好地质条件。

2.原施工图四轨双线设计布置

（1）斜井段布置。从右至左依次布置风水管线、应急通道、混凝土溜槽、斜井人车/材料运输车、出渣矿车，设计总宽6.5m。

（2）转渣扩挖段布置。转渣段相当于交通枢纽中心，堆渣与装渣、材料倒运、混凝土倒运等均在转渣段进行，设计总宽7.5m，长20m。

（3）下平段后段布置。考虑双车通行与人行通道，设计总宽7.5m，长73.615m。

3.施工图四轨双线设计存在的不足

（1）斜井段双线单道运输不能满足洞内及时出渣需求。

（2）转渣扩挖段宽度与长度不能满足装渣、材料倒运、混凝土倒运交叉作业需求与安全施工要求，不能满足挖机最低限度安全操作空间。

（3）设计未充分考虑在下平段后段需设置集中抽水泵站、材料加工与临时堆存场等因素。

4.实际六轨三线施工布置

（1）投入主要设备

斜井段：2JK-3X1.8P型缠绕式矿井提升机，配KZ-10曲轨侧卸式矿车2辆；JK-2X1.5P型提升机，配MP3-9B型5t平板材料运输车。

转渣扩挖段：石渣装车投入0.8m3挖机1台，3m3装载机1台；混凝土倒运投入9m3罐车2辆。

（2）斜井段布置。从右至左依次布置风水管线、应急通道、混凝土溜槽、斜井人车/材料运输车、出渣矿车，宽度分别为0.5+0.4+0.4（U形溜槽）+（0.2+1.6）+（0.4+1.6+0.4+1.6+0.4）＝7.5m。总宽7.5m，其中矿车、人车宽1.6m，安全距离0.4m。

（3）转渣扩挖段布置。转渣区宽10.38m，材料与混凝土倒运区宽5.6m，共计宽15.98m；长30m。

（4）下平段后段维持原断面尺寸7.5m×6m不变，增加叉洞，设置抽水泵站1座。

（5）下平段后段计划增加布置材料加工与临时堆存场叉洞，考虑下平段长度较短，以及主洞、支洞、抽水泵站叉洞群洞效应洞室稳定安全，经工程参建各方充分讨论研究予以否决，实际调整为在下游主洞设置材料叉洞。

5.矿车运渣能力验算

（1）每天开挖石渣方量

以Ⅳ类围岩Ak4型断面为标准计算，设计方量86.311m3/延米，考虑5%的超挖，计90.63m3/延米，松方系数以1.5计，开挖松方135.94m3/延米。单工作面每天进尺3m计，上下游开挖松方共计2×（3×135.94）＝815.64m3/天。

（2）原施工图四轨双线矿车运渣能力验算

1）矿车单循环工作时间＝装渣时间+提升时间+倒渣时间+下降时间＝4+5+1+5＝15min。

其中装渣时间4min。

提升/下降时间=启动时间+加速时间+正常运行时间+减速时间+低速运行时间=启动时间+运行速度/加速度+运行距离/运行速度+运行速度/减速度+低速运行距离/低速运行速度。

设备启动时间5s，加（减）速度0.3m/s，正常运行速度2m/s，低速运行距离40m。低速运行速度0.5m/s，轨道总长465m。

提升/下降时间=5+2/0.3+（465-2*（1/2*2*（2/0.3））-40）/2+2/0.3+40/0.5=5min。

倒渣时间1min。

2）每天运输能力验算

每天绞车操作人员3班倒值班，每班绞车纯工作时间6h，每天绞车工作时间18h。

每天运渣能力：18/（15/60）*10＝720m3。

每天运渣能力720m3小于每天石渣开挖方量815.64m3，不能满足正常出渣需求。

（3）实际六轨三线矿车运渣能力验算

1）矿车单循环工作时间＝装渣时间+提升时间+倒渣时间＝4+5+1＝10min。

计算过程同上。

2）每天运输能力验算

每天运渣能力：18/（10/60）*10＝1080m3。

每天运渣能力1080m3大于每天石渣开挖方量815.64m3，满足正常出渣需求。如遇围岩地质条件较好，可合理加快开挖进度，六轨三线运输方式为开挖施工有序进展创造了良好运输条件（提高运输能力（1080-720）/720＝50%）。

6.经验总结

（1）经计算并现场实测，对比四轨双线，本工程采用六轨三线能提高斜井运输能力50%，达到了开挖爆破后及时倒运出渣至洞外的设计目的。因制约隧洞施工进度的关键要素为开挖进度，故斜井支洞采用六轨三线运输施工经验值得借鉴；特别对于地质条件较好的大断面隧洞开挖，因单次出渣方量大，为保障开挖施工正常进展，推荐采用六轨三线运输方式。

（2）转渣扩挖段场地布置影响因素众多，应结合地质条件、单次出渣方量、石渣装车方式、考虑混凝土运输与材料运输，并应考虑文明施工要求：

1）地质条件是地下洞室开挖安全稳定的关键因素。本支洞为Ⅲ类围岩，转渣扩挖段净断面尺寸15.98×11.8m，施工中采用锚喷支护体系保障了洞室安全稳定；对于Ⅳ类以上围岩，经设计验算断面净宽不宜大于10m，超宽将极大增加支护工程量，且需采用衬砌混凝土支护方可确保洞室安全稳定，故实际施工时必须充分考虑围岩条件。

2）本支洞采用扩大断面方式增大转渣临时储存量。实际施工时，为减小洞室断面，合理减少支护工程量，保障洞室安全稳定，可采用设置叉洞方式临时存渣。

3）关于石渣装车，前期考虑自卸车直接倒装、设置地漏等方案，均无法有效实施，最终采用挖机装入矿车。实际施工时，在狭小复杂的施工环境中，往往最简单的方式更可行。

4）关于混凝土运输与材料运输，最少需预留3.5m行车空间。本工程还考虑了行人、排水沟等因素，预留宽度5.6m。实际施工时可结合具体工程情况合理选择。

5）转渣扩挖段设置高度11.8m，前期主要考虑采用桁吊运输材料；实际施工时，因施工干扰大，安全风险高，取消了桁吊方案。根据施工经验，在狭窄的交叉作业环境里，不推荐投入专门的吊装设备。

（3）在下平段后段，应避开主洞充分考虑集中抽水泵站、临时材料场、变电站等叉洞布置，同时充分考虑围岩地质条件与群洞效应，确保布置紧凑，安全可靠，并将对主洞施工影响降至最低。

参考文献

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[2] 基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法及应用[J]. 杜学才;张雨霆;黄书岭;丁秀丽.水电能源科学，2022（10）