大坡度斜井有轨运输施工工法

大坡度斜井有轨运输施工工法

中铁十二局集团第二工程有限公司

李有兵白国峰

1．前言

随着我国长大隧道建设的不断增多，为了解决隧道通风一般都通过设置竖井或斜井来解决对应的问题。国内土建行业对有轨运输斜井辅助正洞施工经验较少，相关技术、规范尚不完善，传统施工方法、机械配置无法满足日趋紧迫的施工工期要求。我公司通过综合技术攻关，对大坡度斜井有轨运输施工技术进行技术创新，达到安全、高效、快速运输正洞石碴的目的，突显有轨运输在安全、技术、经济、环保等方面的优越性，取得了良好的经济效益和社会效益。其关键技术通过了山西省科学技术厅组织的专家评审，达到国际领先水平。

2. 工法特点

2.1有轨运输系统采用矿用提升机牵引侧翻式矿车运输，使用安全，卸料速度快。

2.2矿用提升机有轨运输出碴作业流程安排经济合理。

2.3有轨运输系统的设备选型、布置和安装，运输轨道、卸碴栈桥的修筑等经济、科学、合理。

2.4应用了安全、高效的可编程逻辑控制器PLC技术，保证了提升安全、提高了运输效率。

3. 适用范围

本工法适用于引水、铁路和公路隧道的大坡度斜井有轨运输施工，也适合于煤矿和铁矿等矿山的大坡度斜井有轨运输施工。

4. 工艺原理

大坡度斜井有轨运输施工技术工艺，通过矿用提升机的选型技术、布置和安装技术，有轨运输卸碴栈桥的布置和修筑技术，轨道布置技术，道床的修筑技术，信号和视频的安全监控技术等一系列的技术创新，实现出碴程序的流程化管理，采用挖掘机掌子面扒碴，给侧翻式矿车装碴，矿用提升机采用PLC电控自动化控制系统，上下行采用信号及视频监控系统进行协调指挥，经矿用提升机牵引至洞外卸碴场卸碴。

5.工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

大坡度斜井有轨运输工艺流程见图5.1。

图5.1 大坡度斜井有轨运输工艺流程图

5.2操作要点

在斜井完成开挖支护50m后，采用无轨运输已较为困难，由于坡度太陡，只能采用有轨运输。在此之前，首先要完成洞口外轨道铺设及栈桥修筑，洞内轨道要随着掌子面的向前掘进，及时跟进铺设。轨道铺设均采用人工并辅以机械配合完成。

根据矿用提升机及矿车规格选型及相关技术参数要求，在洞口段需进行轨道坡度转换，轨道过渡转换段近似于双曲线，并与两侧轨道平顺连接，曲线段采用异形曲轨，由厂家加工制作成型。

5.2.1 矿用提升机及配套设施安装

5.2.1.1 矿用提升机选型

按施工高峰期满负荷考虑，每天出实方量Q1m3来计算，实方容重2.5T/ m3。

基本参数：斜井倾角α,斜井长L m，每天出实方量Q1 m3 。

工作制按每天三班，每班净提升出碴时间6小时；每班出实方量Q1/3 m3。每班其余2小时为运送物料辅助提升时间。

选择提升速度：V m/s。

提升方式：双钩提升；提升容器：侧翻自卸矿车；提升钢绳：d=36mm, q1 =4.58kg/m

一个提升循环用时：T=L/ V +t1(辅助时间),一般取t1=133s；

每小时提升次数：n=60/T次

每班提升次数：N=6n次

每次提升量Q（T）

最大静张力F=(Q+q)(0.015cosα+sinα)+Lq1(0.15cosα+sinα)/1000

式中：L---斜井长（m）；q1---钢丝绳每米重量（kg）；Q---运送物料总重（T）；

q---矿车容器总重（T）；α---斜井倾角（°）

根据以上公式计算得出：

最大静张力：Fjmax(KN)

最大静张力差：△Fj(KN)

根据计算所得最大静张力及最大静张力差值，参照产品技术参数确定斜井矿用提升机的型号。

5.2.1.2 矿用提升机布置及安装

矿用提升机卷筒两控绳板至天轮之间钢丝绳的内外偏角应小于1°30′，这样才能满足钢丝绳在缠绕过程中能自然排绳，不产生背绳和咬绳，摘钩和挂钩方便。能防止矿车在斜井口出轨掉道。天轮采用固定天轮，钢丝绳与地面夹角不小于15°，以保证矿用提升机运行时提升力达到最佳效果。

。

图5.2-1 卷筒、天轮、洞口相对位置图

5.2.2洞外卸碴栈桥修筑

洞外采用架设栈桥的方式设置卸碴点见图5.2-2，栈桥以上轨道钢轨同样采用43.5Kg/m钢轨，[20槽钢作为轨枕，间距为30cm，在槽钢上打孔并采用扣件与钢轨连接固定，同时在卸碴栈桥上安装护轨和曲轨。

栈桥采用钢筋混凝土墩支撑，净跨距为10m，桥墩基础为钢筋混凝土结构，基础宽2.8m，长度分别为7.3m、4.65m，埋深2.0m，基础内配置φ22钢筋，纵横布设，间距为30cm，上下双排，两排主筋间设φ8箍筋，栈桥高度根据矿用提升机钢丝绳与天轮角度确定。

绞车

图5.2-2 栈桥卸碴断面图

栈桥上架设I32型钢纵梁，在每道钢轨和曲轨下各布设一道，纵梁两端支座处与墩顶预埋钢板焊接固定，为保证纵梁安全稳定，在每道纵梁下两侧桥墩处设置I20型钢斜撑进行支承加固，斜撑与纵梁间及墩侧壁预埋钢板间均采用焊接固定。

为防止矿车提升时制动失控掉道，需在卸碴栈桥靠近天轮一端设置防撞挡墙，挡墙采用钢筋混凝土结构，高度至提升中线以下20cm，挡墙内配置φ22主筋，间距30cm，主筋间设φ8箍筋。

5.2.3洞外材料运输线、存车线

洞内喷锚料、钢构件采用料车、矿用提升机提升运送，计划在洞口外铺设临时渡线，分别与斜井轨道连接，同时铺设一条渡线至搅拌站，再铺设一条临时存车线，用于存放料车及人车。在洞口处分别安装1台11.5Kw小型绞车，料车及人车通过导向轮、小型绞车引至洞内及搅拌站，洞内下料时将料车牵引至斜井轨道上，并与矿车挂接，矿用提升机牵引至洞内，洞外临时渡线、存车线、洞内运输线间通过道岔连接，共需铺设4付道岔。喷锚料、钢构件等材料采用料车经矿用提升机运输至井下，并在洞外布置运料线一条。

5.2.4轨道布置

在斜井中布设三条有轨运输线，洞外安装双筒矿用提升机1台，侧卸式曲轨矿车2