双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造及施工方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别涉及双洞分修铁路隧道施工生产竖井无轨运输井底车场构造及施工方法。

背景技术：

近年来，铁路交通延伸至我国西部地形复杂艰险山区，穿越横断山脉的特长隧道日益增多。由于横断山脉的山体浑厚，地形条件极为困难，隧道洞身不具备设置横洞的条件；若设置斜井，受地形条件限制，斜井长度将超过6km，其工程规模大、穿越的地层及不良地质众多，施工风险极高，斜井建井工期风险不可控，对加快隧道工期作用小，而仅设置平导也难以缓解隧道洞身中部工期压力。

为多开辟隧道作业面，加快超特长隧道施工进度，缓解洞身工期压力，首次在隧道洞身中部设置超深施工生产竖井，以实现通过竖井尽早进入正洞洞身中部施工。

超深竖井建成后，井筒内需采用垂直提升系统实现地表井口与井底之间的进料和出碴；竖井井底处的正洞或平导为平巷，采用无轨运输系统。为便于竖井在井底处实现井筒垂直提升与井下平巷无轨运输的高效衔接，需结合竖井与隧道的工程特点，于竖井底部设置功能完善、作业安全、运输高效、经济环保的无轨运输井底车场，并采用合理的施工方法和施工生产组织，确保井底车场安全、快速施工。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造，以满足隧道施工期间超深竖井工区进料、出碴、通风、排水、人员升降及井下安全待避等集于一体的多功能需求，实现超深竖井井筒垂直提升与井下隧道平巷无轨运输两种作业方式的高效衔接和运输转换，充分发挥井底车场作为井下平导、正洞施工生产运输与竖井井筒垂直提升作业之间的“运输枢纽”作用，有效提高超特长隧道的施工生产效率，确保超深竖井工区的隧道安全、快速施工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造，包括通过联络通道相连通的隧道和平行导坑，其特征是：所述隧道、平行导坑的外侧分别设置竖井主井、竖井副井；所述竖井主井侧，在主井马头门巷道两侧分别与隧道大、小里程端右侧边墙之间设置主井井底车场，主井井底车场与隧道相连通形成环状运输通道，且在与隧道大、小里程端相接处分别设置左侧转碴场、右侧转碴场形成主井井底转运碴综合作业区间；所述竖井副井侧，在副井马头门巷道两侧设置与平行导坑相连通且形成环状运输通道的副井井底车场，副井井底车场远离线路侧设置变电所和排水系统；所述联络通道设置在主井井底车场、副井井底车场大、小里程端，实现井下平巷运输通道之间的互联互通；所述竖井主井、竖井副井内分别设置主井井筒提升系统、副井井筒提升系统，在井底车场实现井下平巷无轨运输与井筒垂直提升两种运输作业方式之间的高效衔接和运输转换。

所述主井井底转运碴综合作业区间包括无轨运输车辆卸碴作业区间、临时存碴作业区间及二次破碎作业区间，二次破碎作业区间配置破碎机和皮带输送机，皮带输送机与竖井主井的箕斗进碴口相接。

所述竖井主井底部设置横向清渣通道，在隧道一侧边墙外设置工作平巷，由清碴斜巷连通工作平巷、横向清渣通道；所述横向清渣通道端头处设置集水井，安装小型排水泵抽排井窝底部积水；所述清碴斜巷与隧道线位按平面夹角30～45°设置，其倾角不大于30°；所述清碴斜巷采用模筑衬砌，靠衬砌边墙一侧设置人行台阶，人行台阶边沿部位拉通设置扶手。

所述排水系统由排水泵房、斜向管子道、主水仓和副水仓构成，斜向管子道设置于副井马头门巷道上方与排水泵房边墙之间，排水泵房通过排水泵房通道与副井井底车场相连通，排水泵房一侧坑底加深设置配水井，主水仓、副水仓通过配水阀与配水井相连通，另一端连接平行导坑高端一侧；所述斜向管子道倾角不大于30°，采用模筑衬砌，衬砌边墙一侧设置人行台阶，排水管路由排水泵房经斜向管子道，并沿竖井副井井筒的梯子间大梁设置。

本发明所要解决的另一技术问题是提供上述一种双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场的施工方法，以确保超深竖井井底车场安全、快速施工，充分发挥竖井井底无轨运输车场作为超特长隧道施工生产的运输枢纽作用，为隧道尽早开通运营提供保障。该方法包括如下步骤：

①施工竖井主井、竖井副井，在竖井主井、竖井副井落底后施工主井马头门巷道、副井马头门巷道，利用井窝作临时水仓排水；

②顺坡施工主井井底车场、副井井底车场短路端车场巷道，实现主井井底车场、副井井底车场在短路端优先贯通；

③施工主井井底车场、副井井底车场低端通道，实现井底环形线路尽早施工；

④平行施工排水泵房主水仓、副水仓及变电所和附属洞室；

⑤开挖主井井底车场、副井井底车场范围内隧道、平行导坑，依次浇筑隧道矮边墙、仰拱及仰拱填充层，铺设防水层，并及时施作其拱墙二次衬砌。

本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：

一、超深施工生产竖井采用竖井主井、竖井副井设置形式，井底设置互联互通的主、副井无轨运输环形车场和功能齐备的施工附属洞室，遵循“人员升降与重载提碴、供送新风与排污相分离，罐笼与吊桶协同进料，排水系统配备完善且应急有备”的设计理念，建立地表井口、竖井井筒、井底平巷间竖向垂直提升与井下平巷无轨运输高效衔接的多功能综合运输体系，形成主、副井筒与各自井底车场间提碴和进料作业彼此独立、并行不悖且功能完善、自成体系的运输系统，实现竖井及井底车场人污分离、排水畅通、高效运输作业；

二、井底无轨运输车场采取分阶段、分步骤的原则组织实施，施工强化井底车场综合超前地质预报、地下水强制抽排和注浆堵水相结合的综合防治措施，切实保障井底车场通道在无水、贫水或抽排水能力相匹配的条件下安全、高效推进，以缩短井底车场工期，并加快超长隧道建设，实现隧道尽早贯通并投入运营以发挥良好的经济效益和社会效益。

附图说明

本说明书包括如下十幅附图：

图1是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造的平面布置图；

图2a、图2b是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中左侧转碴场、右侧转碴场的断面图；

图3a、图3b和图3c是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中清碴斜巷的构造图；

图4是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中副井水仓构造图；

图5是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中斜向管子道的断面图；

图6是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中主井井筒提升系统的布置示意图；

图7是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造中副井井筒提升系统的布置示意图；

图8是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造的施工工序图；

图9是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造施工方法中超前探水工序断面示意图；

图10是本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造的施工方法中井底车场施工排水示意图；

图中示出构件名称及所对应的标记：隧道10、联络通道11、工作平巷12、平行导坑20、竖井主井30、主井马头门巷道31、主井信号室32、主井井底车场33、左侧转碴场33a、右侧转碴场33b、清碴斜巷34、人行台阶34a、扶手34b、横向清渣通道35、竖井副井40，副井马头门巷道41，副井井底车场42，井下人员等候洞室43，副井信号室44、排水泵房45、配水井46、配水阀46a、排水泵房通道47、主水仓48、副水仓49、变电所50、斜向管子道51、通风道52、破碎机60、皮带输送机61、翻转箕斗62、双层单车罐笼63、底卸式吊桶64、吊泵65、卧泵66、电机67、排水管68、超前钻孔70、无轨运输车辆卸碴作业区间a1、临时存碴作业区间a2、二次破碎作业区间a3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造，包括通过联络通道11相连通的隧道10和平行导坑20。所述隧道10、平行导坑20的外侧分别设置竖井主井30、竖井副井40。所述竖井主井30侧，在主井马头门巷道31两侧与隧道大、小里程端右侧边墙之间设置主井井底车场33，主井井底车场33与隧道10相连通形成环状运输通道，且在与隧道大、小里程端相接处分别设置左侧转碴场33a、右侧转碴场33b形成主井井底转运碴综合作业区间。所述竖井副井40侧，在副井马头门巷道41两侧设置与平行导坑20相连通且形成环状运输通道的副井井底车场42，副井井底车场42远离线路侧设置变电所50和排水系统。所述联络通道11设置在主井井底车场33、副井井底车场42大、小里程端，实现井下平巷运输通道之间的互联互通。所述竖井主井30、竖井副井40内分别设置主井井筒提升系统、副井井筒提升系统，实现井下平巷无轨运输与井筒垂直提升两种运输作业方式之间的高效衔接和运输转换。竖井主井30、竖井副井40分别设置于隧道10、平行导坑20外侧30～50m处。

参照图1，超深施工生产竖井采用竖井主井30、竖井副井40设置形式，井底设置互联互通的主、副井无轨运输环形车场和功能齐备的施工附属洞室，遵循“人员升降与重载提碴、供送新风与排污相分离，罐笼与吊桶协同进料，排水系统配备完善且应急有备”的设计理念，建立地表井口、竖井井筒、井底平巷间竖向垂直提升与井下平巷无轨运输高效衔接的多功能综合运输体系，形成主、副井筒与各自井底车场间提碴和进料作业彼此独立、并行不悖且功能完善、自成体系的运输系统，实现竖井及井底车场人污分离、排水畅通、高效运输作业。井底无轨运输车场采取分阶段、分步骤的原则组织实施，施工强化井底车场综合超前地质预报、地下水强制抽排和注浆堵水相结合的综合防治措施，切实保障井底车场通道在无水、贫水或抽排水能力相匹配的条件下安全、高效推进，以缩短井底车场工期，并加快超长隧道建设，实现隧道尽早贯通并投入运营以发挥良好的经济效益和社会效益。

参照图2a、图2b，所述主井井底转运碴综合作业区间包括无轨运输车辆卸碴作业区间a1、临时存碴作业区间a2及二次破碎作业区间a3，二次破碎作业区间a3配置破碎机60和皮带输送机61，皮带输送机61与竖井主井30的箕斗进碴口相接。该主井井底转运碴综合作业区间可兼作机械设备拆解下井后的井下临时组装洞室，采用复合式衬砌。无轨运输车辆卸碴作业区间a1的衬砌断面尺寸满足自卸汽车通行、车厢起顶和倾翻卸碴的净空尺寸要求并预留足够的安全距离。临时存碴作业区间a2按平行导坑20或隧道10单循环开挖进尺掌子面出碴高峰时间段的弃碴方量并考虑松方系数进行确定。二次破碎作业区间a3设置于转碴场靠主井侧，对料径大于20cm的碴石进行二次破碎，大料径碴石经二次破碎后通过皮带输送机自动运送至箕斗提升出井。

参照图3a、图3b和图3c，所述竖井主井30底部设置横向清渣通道35，在隧道10一侧边墙外设置工作平巷12，由清碴斜巷34连通工作平巷12、横向清渣通道35，可将竖井主井30井筒内箕斗提碴作业期间掉落至井窝底部的少量碴石清理出井外，避免井窝内碴石堆积。所述横向清渣通道35端头处设置集水井，安装小型排水泵抽排井窝底部积水。所述清碴斜巷34与隧道10线位按平面夹角30°～45°设置，其倾角不大于30°。所述清碴斜巷34采用模筑衬砌，净空断面尺寸一般为3m(宽)×3m(高)，靠衬砌边墙一侧设置人行台阶34a，人行台阶边沿部位拉通设置扶手34b。工作平巷12作为安装提升设备的工作平台。

参照图4和图5，本发明所述排水系统由排水泵房45、斜向管子道51、主水仓48和副水仓49构成，斜向管子道51设置于副井马头门巷道41上方与排水泵房45边墙之间，排水泵房45通过排水泵房通道47与副井井底车场42相连通，排水泵房45靠斜向管子道51一侧安装正常使用的排水泵和紧急情况下的抗灾水泵，另一侧坑底加深设置配水井46，主水仓48、副水仓49通过配水阀46a与配水井46相连通，另一端连接平行导坑20高端一侧，可将井底车场高端来水侧的地下水及时引排至水仓内，避免车场运输作业受地下水影响。所述斜向管子道51倾角不大于30°，采用模筑衬砌，衬砌边墙一侧设置人行台阶，排水管路由排水泵房45经斜向管子道51，并沿竖井副井40井筒的梯子间大梁设置。

参照图1，所述副井井底车场42与平行导坑20之间在靠近竖井副井40处设置井下人员等候洞室43，于竖井副井40两侧设置副井信号室44，于竖井主井30两侧设置主井信号室32。

参照图6，所述主井井筒提升系统包括2对4个采用钢丝绳罐道提升的翻转箕斗62，沿井壁竖向布置的无缝排水钢管、信号电缆及阻燃光缆视频监控电缆。所述4个翻转箕斗62在井筒横断面上对称布置，箕斗与竖井井筒衬砌内壁之间预留足够的安全间隙，且在主井井底车场33两侧主井马头门巷道31方向上各有1对2个翻转箕斗62。

参照图7，所述副井井筒提升系统包括双层单车罐笼63、底卸式吊桶64、梯子间和抽排水水管，双层单车罐笼63采用钢丝绳罐道提升，沿井壁竖向布置抽排水水管、高压电缆、通信电缆、信号电缆。双层单车罐笼63钢丝绳罐道长度方向间距为1.6m，罐笼用于升降作业人员，并向井下辅以运送钢架、钢筋、锚杆等材料。梯子间布置于副井内进料提升设备外的富余空间，作为紧急情况下人员逃生的安全出口使用，以充分保障井下作业人员的安全。

参照图1，本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造的施工方法，包括如下步骤：

①施工竖井主井30、竖井副井40，在竖井主井30、竖井副井40落底后施工主井马头门巷道31、副井马头门巷道41，利用井窝作临时水仓排水；

②顺坡施工主井井底车场33、副井井底车场42短路端车场巷道，实现主井井底车场33、副井井底车场42在短路端优先贯通；

③施工主井井底车场33、副井井底车场42低端通道，实现井底环形线路尽早施工；

④平行施工排水泵房45、主水仓48、副水仓49及变电所50、斜向管子道51、清碴斜巷34和通风道52；

⑤开挖主井井底车场33、副井井底车场42范围内隧道10、平行导坑20，依次浇筑隧道10矮边墙、仰拱及仰拱填充层，铺设防水层，并及时施作其拱墙二次衬砌。

为确保施工安全，施工前应进行地质调查、综合物探及超前钻探相结合综合水文地质条件预测预报方法。地质调查法主要开展井底车场开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表的相关性分析、地质作图等，以准确反映井底车场揭示的实际地质情况(岩层产状、走向、节理等)，并核实地下水可能赋存的区域位置。综合物探主要采用地震波反射法、地质雷达、红外探水及时域瞬变电磁法等地质预报手段，超前探测掌子面前方的地层界线、地质构造、不良地质体的厚度和范围，以及是否存在含水体及其分布位置、相对含水量大小等。

参照图8和图9，所述步骤⑤中在主井井底车场33、副井井底车场42开挖工作面上对地质调查法和物探异常部位实施超前钻孔探水，每循环超前钻孔探测长度为30～50m，连续预报前后两循环钻孔应重叠不少于5m，超前钻孔70在断面上间隔布置3～5孔，超前钻孔70位置结合断面中心、拱部及边墙部位附近，超前钻孔70终孔于开挖轮廓线外3～5m；打设超前钻孔时，每个超前钻孔70内均安置直径100～200mm、长度4～6m的带有止动钢环的套管，且每个套管上均设置关水闸阀及防突装置，应测试地下水水压、水量，当掌子面单孔探测或掌子面超前探孔总水量较大时，则应及时关闭止水闸阀，确保施工安全。

参照图10，施工期间进行强制排水，包括如下三方面的措施：

一、所述主井井底车场33、副井井底车场42单方向贯通前，以竖井主井30、竖井副井40井窝作为临时水仓，主井井底车场33、副井井底车场42通道掌子面揭示的地下水顺坡自流至井窝临时水仓内，并以竖井主井30、竖井副井40建井期间设置的吊泵65及排水管68，将临时水仓内的地下水强制抽排出井外；

二、所述主井井底车场33、副井井底车场42贯通后，主井井筒提升系统、副井井筒提升系统先后改铰作业期间，于改铰作业的竖井井窝内设置潜水泵，并沿贯通一侧的井底车场边墙布置临时排水管路，将改铰竖井井窝内的地下水抽排汇流至另一竖井井窝临时水仓内进行集中引排。

三、井底车场水仓形成后，利用主水仓48、副水仓49和配水井46、排水泵及斜向管子道51、竖井副井40内的排水管路，将地下水强排至井外。

与主井井底车场33、副井井底车场42同步作业的施工通风系统包括主、副井井底车场单方向贯通前的压入式通风系统和井底车场贯通后的巷道式通风系统。竖井井底车场贯通前的压入式通风系统，利用竖井主、副井建井期间的通风设备，于主、副井地表井口附近各设置一台轴流风机，并沿井筒、井底车场巷道内布设通风管，将井外新鲜风通过轴流风机、通风管压送至掌子面，污风通过井筒排除井外。井底车场短路端贯通后的巷道式通风系统，利用副井供送新鲜风、主井排污风，于井底车场短路端巷道内设置局扇引流，以加快井底车场污风通过主井排除洞外。

井底车场短路巷道贯通后竖井井筒改铰作业，按主、副井井筒不同时改铰的原则组织实施，副井先行改铰，主井继续施工并兼作人员下井改铰作业的通道，待副井改铰完成并投入正常施工后，再改铰主井，具体包括如下步骤：

①副井改铰前，拆除井筒内吊桶装置，将地表拆解后的部分施工机械设备通过井筒内提升系统下放至井下进行组装，以满足井底车场机械化快速施工需求。

②副井改铰仍利用建井期间井架及提升机作为罐笼提升设备，将天轮进行改装，并将副井井筒内吊桶改铰为双层单车罐笼和吊桶提升作业，利用副井内富余空间设置梯子间，沿井壁竖向布置供水管、高压电缆、通信电缆、信号电缆。

③副井改铰完成后，再实施主井改铰。主井改铰前，拆除井筒内吊桶，向井底下放平导、正洞施工期间的所有机械设备；主井改铰仍利用建井期间井架及提升机作为罐笼提升设备，对天轮平台、封口盘及井筒内吊挂钢丝绳等进行相应改装，并将井筒内吊桶提升系统换装为箕斗提升系统，形成2对4个箕斗的出碴提升系统。

保障井底车场正常施工的运输系统，包括竖井改铰前的吊桶进料、出碴系统和竖井改铰后的罐笼进料、箕斗出碴系统。竖井改铰前主、副井井筒内均采用吊桶提升，井底车场内平巷采用平板车并配吊桶承担进料、出碴，实现掌子面碴石通过平板车上搭载的多个吊桶装运后直接提升出井，避免洞内出现转碴作业。竖井改铰后副井井筒内采用双层单车罐笼和吊桶提升系统协同进料，主井井筒内采用2对4个箕斗连续出碴，井底车场采用无轨运输方式与副井下料、主井提碴高效衔接，形成井筒重直提升与平巷运输的综合运输作业体系。

以上所述只是用图解说明本发明双洞分修隧道施工生产竖井井底无轨运输车场构造及施工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。