中国葛洲坝集团第五工程有限公司 宜昌 443002
摘要：依托工程实例，针对本工程大坡度软岩小断面长隧洞的特点，阐述其开挖及出渣方法。
关键词：大坡度；软岩小断面长隧洞；铣挖法；无极绳绞车；有轨出渣；
1.工程概况
肯尼亚供水隧道 1 期工程是内罗毕系统供水工程的一部分。项目所在地处于东非大裂谷地带，属重丘-山区地形，引水隧洞轴线地质状况大都为粘土和破碎软石（火成碎屑岩），岩石质量较差，支护类型根据 Q 值和 GIS 值确定，共计有 6 种支护类型，主要支护类型为钢拱架支护。隧道为马蹄形断面，开挖直径 4.1m，衬砌后直径 3m，长 11.7Km。
2.铣挖法施工
对于软岩小断面长隧洞开挖，在开挖设备选型上较为重要，一是考虑设备功率，功率小，设备尺寸小，可以适应狭窄的洞内作业环境，可开挖围岩等级范围小；功率大，设备尺寸变大，有可能会造成洞挖的不便，但洞挖效率高，因此必须折中选择，在不超过边界尺寸的前提下尽可能选用大功率的设备，以适应更坚硬的岩层。
根据本隧洞地质特点，项目初期确定了两种掘进设备，一种是悬臂式掘进机型号为XTR4/230，装机总功率为 450kW，设备供电电压为 1.14kv，此设备优点是开挖效率高，进尺快，适应岩层种类广，一般 Q 值小于 0.5 的都可以进行快速切削开挖。缺点是需高电压进洞，这就需要专用电缆输送，既增加了供电成本，也增加了洞内作业人员的危险性。
另外一种是扒渣机型号为 LWLX-150，装机总功率为 55kw，理论开挖效率 150m³/h，
图一 洞挖设备图
设备运行电压 380v，实际应用中发现，功率较小，开挖速度较慢。后期确定使用铣挖头进行改装，但需事先根据隧洞内围岩的强度以及设备载体的功率，确定好铣挖头的功率型号，来提高开挖效率。
1、工作机构，2、运输机构，3、行走机构，4、平台总成，5、前后支撑机构，6、液压系统，7、电气系统
3.有轨出渣系统
3.1 设备选型
依据本工程的特点和当地气候，决定采用有轨出渣系统，电机车选用 CTY12/6GB，外形尺寸为 4.74×1.05×1.6mm，轮距 600mm，电瓶为铅蓄电池，电池电压 192V，最大牵引力 30KN，最大行驶速度 8.7Km/h，并配合 SD-6 梭车，外形尺寸为 7.16*1.45*1.77m，车箱的底板上装有刮板运输机，挖掘式装载机可以不停地向梭车的装载端装碴，碴石由刮板运输机输送装满整个车箱，梭车装满碴后，由牵引机车牵引到卸碴场地，再由刮板运输机带动碴石实现自动卸碴。SD 型车箱前高后低，前一台梭车的卸载端可以伸入到后一台梭车的装载端，中间通过伸缩牵引杆连接，将多台梭车搭接成梭式列车，因此它即能单台使用，又能多台搭接使用，能把一次爆破崩落下来的碴石全部装完。
有轨机车配合梭车出渣
在轨道末端设置卸料槽，通过卡车或其他运载工具，接料后转运至永久弃渣场。可避免洞渣的二次转运，节约洞渣二次转运成2本。卸料槽设置时，应尽可能使梭车在不掉头的情况下即可以完成卸渣，可大大节省洞渣的运输时间。
3.2 轨线布置
考虑肯尼亚雨季影响，决定采用有轨出渣系统的出渣方案，通过铺设轨道到渣场，可以不用考虑道路因雨季而造成的影响。
轨道间距 600mm，洞内轨道基础为混凝土，洞外至渣场采用预制轨枕，岔道处用枕木。洞口设置 4#道岔，用于错车，洞外设置维修区域及电瓶充电房，维修区安装 10T龙门吊或自制简易龙门吊，用于机车检修和电池更换。
轨线的设计应合理，经济，并综合考虑维修出渣错车等施工因素，铺设轨线时，应注意基础质量，并使轨线顺直美观。在铺设轨线时，最小转弯半径在 30m 以上，坡比控制在 3%以内，否则会造成有轨设备运行困难，降低效率。
洞内应每隔 600-800m 设置扩挖错车道，用于洞内机车出渣作业错车，减少洞内有轨机车等待及运行的时间，提高洞渣出运效率。
轨线运行使用过程中，注意经常维护保养，检查轨距偏差是否过大，防止机车或梭车等脱轨。
4.无极绳连续牵引车出渣
此出渣方案是为 kaanja 支洞大坡度，有轨电机车不能满足出渣坡度要求而特别设计的一种出渣方案，本方案的基本原理是采用卷扬机提升梭车出渣，并在轨道上安装绳轮组，实现长距离有弯道的复杂巷道的出渣。
Kaanja 支洞总长 650m，最大坡度 9.123%，变坡点 2 个，转弯 1 个，转弯角度 120°，转弯半径 30m。绞车采用额定牵引力为 120KN 的卷扬机，牵引钢丝绳直径 28mm，最大运行速度重载时 0.6m/s，空载时 1.1m/s。
绳轮组有三种结构形式：托绳轮组、压绳轮组及转弯轮组，直线段托轮间距为 15米。
无极绳连续牵引车原理图
结语
隧道施工，尤其是对于小断面长距离恶劣地质条件下的隧道施工，开挖及出渣的设备选型就变得异常重要，一方面要考虑设备的外形尺寸可以很好适应隧道内狭窄的施工空间，另外一方面又要考虑设备的开挖运输效率问题，对于洞内出渣，究竟是采取有轨还是无轨亦应慎重考虑，因地制宜，正确的出渣方式，不仅能够大大节约施工成本，而且又可以提高施工效率。
参考文献：
[1]《梭式矿车使用说明书》，江西四通重工机械有限公司 2016 年 7 月；
[2]《电机车使用说明书》，湘潭市电机车厂有限公司 2011 年 4 月；
[3]《煤矿用挖掘式装载机使用说明书》，江西鑫通机械制造有限公司 2014 年 3 月；
[4]《无极绳连续牵引车使用说明书》，湘潭市恒欣实业有限公司 2014 年 3 月；
论文作者:李江华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
标签：设备论文; 隧洞论文; 断面论文; 坡度论文; 功率论文; 洞内论文; 无极论文; 《基层建设》2018年第3期论文;