大型地下水封洞库群机械化配套技术

・２２０・　第４１卷第２期　２　０　１　５年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＶｏＩ．４ｌ　Ｎｏ．２　Ｊａｎ．　２０ｌ５　・机械与设备・　文章编号：１００９—６８２５（２０１５）０２—０２２０—０２　大型地下水封洞库群机械化配套技术　李春辉摘周正华　辛国平　４０１　１２１）　（中铁隧道集团一处有限公司，重庆要：结合工程实例，通过研究大型地下水封洞库群的施工特点，提出了机械化配置要求，分析了机械化配套施工的优越性，并　根据机械化配置原则，给出了大型地下水封洞库机械配套组合。　关键词：水封洞库，机械化，配套，优越性　中图分类号：ＴＵ６０７　文献标识码：Ａ　地下水封洞库工程采用水封原理储备油气资源，具有安全可　污风通过斜井外排，运输车辆和通风设备的选型极为重要。ｂ．洞　靠、经济实用、投资少、占地小、环保和生态友好、储量大并且利于　库施工不进行仰拱和二次衬砌。在洞库施工中，仅少量施工线路　战备的优点，被称为“具有高度战略安全的储备库”，我国尚处于　需要混凝土铺底作业，而主洞库更是要开挖四层才能完成。所以　起步阶段。洞库建成后一般不再进入洞库内部进行修复工作，存　底板施工时，由于超欠挖效果不佳，台架行走不顺畅。Ｃ．洞库转　下台阶施工处多。洞库内有许多施工处需要转角开挖、　仵一系列施工技术难题，施工难度和技术难度大，机械化配套技　角扩挖、术是此类洞库施工的关键技术之一。本文以烟台大型地下水封　下台阶施工，传统的台架难以满足施工需求。ｄ．洞库施工断面较　式ＬＰＧ储气洞库为例，对洞库工程的配置进行了沦述。　大、较多。洞库主洞库施工均为宽１８　ｍ～２０　ｍ、高２６　ｍ～２８　ｍ，此　类同时施工的断面有９个一ｌＯ个，还有水幕小断面，高峰期合计　施工断面约有１５个左右。如采用传统加工的台架太重，移动极　１　工程概况　烟台地下水封ＬＰＧ洞库设计总库容为１００万ｍ　，是目前世界　储量最大的ＬＰＧ地下水封洞库，用于储存丁烷、ＬＰＧ和丙烷液化气　其不安全，而且施工断面太大，加工、修补非常困难。ｅ．为保证洞　库的密闭性，需要钻深孔注浆封堵裂隙。洞库施工地均在海边，　海边地层富含水。所以洞库在施工过程中，库内各处均有可能随　时出现裂隙水，水量较大。这时采用凿岩台车施工可以快速到达　施工地点进行钻深孔注浆（２０　ｍ以上），而传统机械难以满足此　体；其中丁烷、ＬＰＧ库库容均为２５万ｍ　，丙烷库库容为５０万ｍ　。　每个库均由３条长度２００　ｎｌ～４００　ｍ的洞罐组成，洞罐截面成蛋形　平底状（圆形拱顶、圆形边墙、水平底板），宽度１８　ｍ一２０　ｍ，高度　２６　ｍ～２８　ｍ，设计开挖断面面积３９７　ｍ　。水幕孔为直径１００　ｍｍ　类需求。￡水幕系统的可靠性是洞库气密性的重要条件之一，最　的钻孑Ｌ，水平水幕孔位于洞罐上２０　ｍ处，垂直水幕孑Ｌ位于洞罐外　深达１００　ｍ水幕孔的施工精度是其重要保证，水幕钻孔设备的选　侧２０　ｍ处，水幕孔长度为３０　ｍ一１００　ｍ。根据施工和运营的不同　型极为重要。ｇ．洞库施工锚杆设计量较大。如采用人工台架开　需要，在洞库的不同标高处设有洞库间连接巷道。因其具有结构　挖，在各个断面需加工２个台架。一个作为开挖台架施工，另一　复杂、开挖断面大、施工质量要求高、注浆及水幕技术要求高、施　个作为支护台架施工。在实际施工中，需要移动２个重型台架较　工组织难度大的特点，采用机械化配套施工。　为困难。　２设备配置总体要求　２）洞库机械化施工设备配置总体要求。鉴于洞库以上的施工　我们不难判断：水封洞库施工需要安全性和经济性高、节能环　１）大型地下洞库群施工特点。ａ．相对于传统的交通隧道，洞　特点，移动便捷、工效高、钻孔深、适应恶劣环境的一体化专业设备。　库施工环境更加恶劣。洞库施工９０％的工作量均为开挖施工，如　保、采用传统的台架法施工效率较低。９５％物料通过斜井运输，９０％　３机械化配套施工的优越性　备，为于渠运行提供安全保障。　５结语　科学合理的运行管理不仅是渠道安全运行的保障，也是渠道　４．５水管人员队伍建设方面　建立人才培养制度，加强对水管人员进行培训。建立起一支　发挥良好效益的基础。今后，管理单位仍需进一步提升调度管理　有高度责任感，熟练掌握巡检技术、监测技术和维护管理技术、应急　水平，合理利用水资源，加强工程管理，更好地服务于灌区，充分　处理方法的水管人员队伍，从人员保障方面确保渠道的安全运行。　发挥渠道的综合效益。　Ｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　ｃａｎａｌ　Ｇａｏ　Ｋｕｉｙｕｎ　（Ｈｉ　Ｒｉｖｅｒ　Ｒｅｇｉｏｎｓ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｙｉｎｉｎｇ　８３５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　ｃａｎａｌ　ｉｎ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ，ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｎａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，，　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｐａｉｒ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｔｅａｍ—　ｗｏｒｋ，８０　ａｓ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　ｃａｎａｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｎａｌ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ，ｗａｔｅｒ　ｖｏｌｕｍｅ　收稿日期：２０１４—１１—０３　作者简介：李春辉（１９７６一），男，工程师；　周正华（１９７５一），男，高级工程师；　辛国平（１９７６　），男，高级工程师　第４ｌ卷２　０　１　５年１月　第２期　李春辉等：大型地下水封洞库群机械化配套技术　・２２ｌ・　１）安全系数高。ａ．台车司钻人员安全性明显提高。凿岩台车　手：目前应用较成熟、性能稳定的混凝土湿喷机械手有大象（麦斯　开挖时，司钻人员距离掌子面十多米，安全系数明显高于传统人工　特ＭＥＹＣＯＰｏｔｅｎｚａ），阿利瓦（ＳＩＫＡ—ＰＭ５００），ＣＩＦＡ、挪曼尔特　作业。ｂ．机械化配套施工支护及时、到位。洞身在爆破开挖后，立　（ＮＯＲＭＥＴ）等，均适应地下喷混凝土作业环境。Ｃ．水幕孔钻孑Ｌ设　即由混凝土湿喷机组对外露围岩进行初喷，随后进行液压凿岩台　备：潜孔钻成熟品牌较多，Ａｔｌａｓ、古河等潜孔钻性能稳定，效率高，　车配合平台车进行锚杆钻孔、安装工作，避免了掌子面危石下落造　综合经济性较好，在地下洞库受限空间高强度作业环境下，应配置　成的人员伤害事故。ｅ．混凝土喷射机组操作人员安全性明显提　自动换钻杆和孔口捕尘系统。ｄ．通风机：优先选择变频通风机，该　高。采用混凝土喷射机组进行湿喷作业时，作业人员和设备可停　类型通风机可根据作业面空气质量自行调节风机运行速度，具有　留在已完成初期支护相对安全的位置进行湿喷作业，消除了对机　既能保证作业面空气质量又能实时控制功率，节能高效的优点，成　械设备和施工人员存在着很大的安全隐患。　熟的品牌有盖雅等。定级凋速通风机虽具有调速功能，但最多四　２）能耗低，功效高，经济效益明显。ａ．喷射混凝土湿喷机组经　级，每级定速运转，节能效果差。ｅ．装载机：目前国产成熟品牌有　济性分析。在喷射同等量的混凝土的情况下，传统工艺的能源和　柳工ＺＬＣ系列、徐工系列和厦工系列，可满足地下洞库高强度装渣　配件消耗是大型湿喷机组消耗的５倍以上，混凝土回弹量是大型　作业要求。ｆ．出渣大车：选功率２８０　ｋＷ以上的双后轿自卸式，有　湿喷机组的４倍～５倍，而效率仅为大型湿喷机组的１／３～１／５。　效载重２５　ｔ，车厢容积１２　ｍ　以上的出渣率。ｇ．高空作业平台车：　采用大型湿喷机组的经济性明显优于传统小型湿喷机。ｂ．凿岩台　优先选用结构简单、轮式行走、作业升高１０　ｍ～１２　ｍ、工作载荷　车施工经济性分析。以某开挖断面１２０　ｍ　的双线铁路隧道施工　４００　ｋｇ以上的平台车。２）烟台ＬＰＧ大型水封洞库主要施工机械　为例，岩石主要为花岗岩（强度达到８０　ＭＰａ以上），初期采用人工　配备见表１。　风钻开挖平均每方耗电量为１２　ｋＷ・ｈ左右，采用２台凿岩台车开　表１各分队机械配备表　挖后，平均每方耗电量为１．８　ｋＷ・ｈ左右，并且提高了施工效率，　队伍名称　作业内容　主要机械配备　数量／台　备注　较人工风钻开挖节约成本２７．９％，对降低人工费和间接费大有裨　开挖队　丁烷库和ＬＰＧ　库爆破开挖　三臂凿岩台车　作业平台车　２　１　辅助人工装药　钻爆破眼　益，采用凿岩台车施工经济性能明显突出。　开挖二队　丙烷库爆破开挖　三臂凿岩台车　２　钻爆破眼　３）工程质量稳定可靠，工人劳动强度低，作业环境得到根本改　作业平台车　１　辅助人工装药　观。ａ．喷射混凝土作业。以主洞库顶层施工为例，若采用常规的　湿喷机械手　２　小型喷射机作业，需配备２台～３台，每台配６人，连续作业３．５　ｈ　支护队　锚喷支护６　、注浆　三臂凿岩台车　作业平台车　２　高峰时配置数量　钻锚杆孔　才能完成喷射混凝土支护作业，并且外加剂和水由人工控制现场　注浆机　４　高峰时配置数量　添加，随意性较大，喷出的料束受上料速度的影响而不均匀、不连　装载机　１４　同上　续，平整度较差，外观颜色不均匀，力学性能指标浮动较大，而且现　出渣队　装渣、运渣　自卸汽车　２５　同上　挖掘机　４　同上　场粉尘浓度大，施工质量和作业环境得不到良好的保证。而湿喷　反井钻　ｌ　机组施工仅需１台，配备３人作业１　ｈ即可完成主洞库顶层喷射混　提升井架　ｌ　凝土支护作业，并且拌合料配比及外加剂掺量稳定，再加上机械手　竖井队　的开挖支护　竖井、泵坑　门式起重机　ｌ　喷射的流量稳定、速度匀速，能实现现场连续湿喷，湿喷混凝土表　小型挖掘机　ｌ　注浆机　２　面平整度较好，外观颜色均匀，力学性能指标浮动幅度小，初期支　水幕钻孔队　水幕钻孔及相关试验　液压坑道钻机　护混凝土强度高、整体性强、密实度好，施工质量稳定可靠，现场粉　５结语　尘浓度小，作业环境良好，劳动强度低。ｂ．洞身开挖作业。以主洞　烟台地下水封ＬＰＧ洞库工程通过机械化配套的应用，１１．７７个　库顶层施工为例，常规的人工风钻开挖需配人工３０名左右，钻眼　月完成２　１３５．１　ｍ交通巷道掘进（月均掘进１８１　ｍ，最高月掘进　作业时间为４　ｈ；采用凿岩台车仅需２台、共４人连续作业ｌ　ｈ即可　３０９　ｍ），１５．９个月完成９条主洞库２　８１７　ｍ开挖支护作业，每条主　完成钻眼作业，劳动强度大大降低。　洞库分４层开挖，累计开挖１　１１８．８万ｎｌ　洞渣（月均开挖７万ｍ　，　４大型地下洞库群机械化配套　最高月开挖１２万ｍ　），优质高效地完成了工程施工任务，证明了　１）机械化配套原则。地下洞库施工以高强度开挖、钻孔、喷混　本配套技术方案的合理性和先进性。　凝土、装载及运输、注浆等作业为主，主要设备的适用性和可靠性　通过本工程的实践，本人深刻体会到：大型地下水封洞库施　对工程顺利推进至关重要。ａ．三臂凿岩台车Ａｔｌａｓ３５３Ｅ，Ｓａｎｄｖｉｋ　工技术难度大，机械化配套施工是解决相关技术难题的重要途径　（Ｔａｍｒｏｃｋ）Ｔ１１及更新系列，地下作业应优先选择全液压系统，能　之一，其重要性将日益突出。随着社会的发展，人力资源成本越　较好适应潮湿、多尘的作业环境，全液压系统稳定性、可靠性高，易　来越高，且对工作环境提出了更高的要求，传统风钻操作工、小型　维护，元配件成本相对较低，对中硬岩（Ｒ　：８０　ＭＰａ～１００　ＭＰａ）和　湿喷机操作人员越来越少，机械化配套施工的优势将进一步体　硬岩（Ｒ　＝１００　ＭＰａ～１２０　ＭＰａ）的适应性较好。ｂ．混凝土湿喷机械　现，机械化配套前景极为广阔。　Ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　０ｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｃａｖｅｒｎ　ｇｒｏｕｐｓ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｔａｉｎｓ　Ｌｉ　Ｃｈｕｎｈｕｉ　Ｚｈｏｕ　Ｚｈｅｎｇｈｕａ　Ｘｉｎ　Ｇｕｏｐｉｎｇ　（Ｎｏ．１　Ｄｉｖ￣ｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｇｒｏｕｐ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１　１２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｅａ・　ｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｃａｖｅｒｎ　ｇｒｏｕｐｓ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｔａｉｎｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｃａｖｅｒｎ　ｇｒｏｕｐｓ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｔａｉｎｓ　ａｄｈｅｒｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｖｅｒｎ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｔａｉｎ，ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，ａｕｘｉｌｉａｒｙ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ