長(zhǎng)距離陡坡斜井提升運(yùn)輸能力的探討

熊廷剛

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 401121)

0 引言

隨著我國(guó)鐵路設(shè)計(jì)行車速度的提高，橋隧比例大幅增加，隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，為縮短施工工期，通過(guò)設(shè)置輔助坑道增加施工作業(yè)面，實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)隧短打”。輔助坑道包括斜井、豎井和平導(dǎo)等，斜井在長(zhǎng)大隧道施工中被廣泛應(yīng)用，受汽車爬坡能力限制，陡坡斜井運(yùn)輸多采用有軌運(yùn)輸?shù)姆绞?，即采用提升機(jī)軌道提升礦車運(yùn)輸洞碴和材料。有軌斜井運(yùn)輸能力決定了正洞施工進(jìn)度，結(jié)合龍廈鐵路2號(hào)斜井現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)斜井承擔(dān)正洞任務(wù)量大小，通過(guò)對(duì)斜井運(yùn)輸能力的測(cè)算和有軌運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)控制，有效地解決了有軌斜井的運(yùn)輸能力問(wèn)題，提高了隧道施工進(jìn)度。

1 工程概況

1)設(shè)計(jì)概況。

新建龍巖—廈門(mén)鐵路屬國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km/h，客貨共線。象山隧道是全線最長(zhǎng)的雙洞單線隧道，起于福建省龍巖市新羅區(qū)曹溪鎮(zhèn)三坑村，止于漳州市南靖縣和溪鎮(zhèn)樂(lè)土村，隧道左線長(zhǎng)15 898 m，隧道右線長(zhǎng)15 917 m，最大埋深830 m。隧道共設(shè)置有5座斜井，其中1號(hào)，5號(hào)斜井為無(wú)軌運(yùn)輸斜井，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)斜井為有軌運(yùn)輸斜井。

2號(hào)斜井全長(zhǎng)508.17 m，傾角22°，設(shè)置龍巖市新羅區(qū)適中鎮(zhèn)新祠村，位于線路前進(jìn)方向右側(cè)。斜井井身與右線線路中線的交點(diǎn)里程為YDK25+006.0，斜井與隧道正洞采用斜交雙聯(lián)方式連接，井身與線路小里程方向夾角為39°26'11″。斜井?dāng)嗝鎯艨粘叽鐬?10 cm(寬)×596 cm(高)。

2)任務(wù)劃分。

2號(hào)斜井所承擔(dān)正洞施工里程為：左線DK24+137～DK26+ 968、單線長(zhǎng)度2 831 m，右線YDK24+158～YDK26+940、單線長(zhǎng)度2 782 m。

2 斜井有軌運(yùn)輸方案

根據(jù)GBJ 213-90礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定，坡度大于30°的斜井，不宜采用礦車提升;目前國(guó)內(nèi)一般汽車長(zhǎng)距離載重爬坡能力不超過(guò)15%(即9°)。根據(jù)斜井的設(shè)計(jì)坡度，為滿足斜井的運(yùn)輸能力，2號(hào)斜井采用三車道有軌運(yùn)輸?shù)姆绞浇M織施工，其中兩車道為出碴運(yùn)輸軌道，一車道為材料運(yùn)輸軌道?；炷敛捎昧锊圯斔?。

1)井口卸碴與材料裝車。

井口卸碴采用敞開(kāi)式卸碴，出碴礦車設(shè)計(jì)為側(cè)卸式結(jié)構(gòu)，通過(guò)棧橋上曲軌在礦車行走過(guò)程中自動(dòng)完成卸碴;材料采用人工裝卸，噴射混凝土拌合完成后直接裝入礦車。井口主要臨時(shí)工程布置見(jiàn)圖1。

圖1 井口主要臨時(shí)工程平面布置示意圖

2)提升運(yùn)輸。

洞外提升系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)物有絞車房、天輪架、棧橋。絞車房?jī)?nèi)設(shè)置2臺(tái)絞車提升礦車運(yùn)輸，一臺(tái)是3.0 m直徑雙滾筒提升機(jī)，提升10 m3礦車出碴，另一臺(tái)2.5 m直徑單滾筒提升機(jī)，提升4 m3礦車運(yùn)輸材料。天輪架上設(shè)置3個(gè)游動(dòng)天輪，控制鋼絲繩的轉(zhuǎn)向。洞外提升系統(tǒng)布置縱斷面見(jiàn)圖2。

圖2 洞外提升系統(tǒng)布置縱斷面圖

3)井底換裝。

正洞采用無(wú)軌運(yùn)輸，與斜井有軌運(yùn)輸在井底進(jìn)行換裝，利用自卸汽車的機(jī)動(dòng)性以及斜井與正洞鋪底面高差實(shí)現(xiàn)立體轉(zhuǎn)載。

井底車場(chǎng)、接料通道和碴倉(cāng)布置見(jiàn)圖3。

圖3 井底車場(chǎng)、接料通道、碴倉(cāng)平面布置圖

3 斜井有軌運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 斜井有軌運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

1)有軌運(yùn)輸斜井是隧道施工的唯一通道，斜井?dāng)嗝嫘。熊嚨郎?，坡度陡，單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸能力有限。

2)正洞施工作業(yè)面多，各作業(yè)面可能同時(shí)出現(xiàn)相同工序，出現(xiàn)同時(shí)需要進(jìn)料和出碴的情況，因運(yùn)輸能力不足導(dǎo)致個(gè)別作業(yè)面停工待料或等待出碴的情況，制約了工程整體施工進(jìn)度。

3.2 提升斜井運(yùn)輸能力的關(guān)鍵

斜井的運(yùn)輸能力是正洞施工進(jìn)度的根本保證，最大程度提升單位時(shí)間內(nèi)斜井運(yùn)輸能力是解決斜井運(yùn)輸能力的唯一辦法。

根據(jù)工期要求對(duì)斜井運(yùn)輸系統(tǒng)提升能力進(jìn)行了測(cè)算，行車道數(shù)量、提升機(jī)型號(hào)、礦車大小均已確定，且提升機(jī)牽引礦車的運(yùn)行速度是額定的，因此當(dāng)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少礦車閑置時(shí)間能最大限度發(fā)揮斜井的運(yùn)輸能力，關(guān)鍵措施是減少洞碴和材料的裝卸占用時(shí)間。主要辦法是提高裝卸效率，一方面是通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織和調(diào)度管理，提高裝卸速度;另一方面是有軌與無(wú)軌運(yùn)輸轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)置合理、裝卸機(jī)械設(shè)備配套、機(jī)械化作業(yè)程度高、場(chǎng)地布置科學(xué)、運(yùn)輸方便，井口卸碴、裝料及井底裝碴、卸料一次性完成。

4 運(yùn)輸系統(tǒng)控制要點(diǎn)

4.1 井口混凝土裝運(yùn)及卸碴

1)混凝土裝運(yùn)。噴射混凝土拌和完成后通過(guò)漏斗直接裝入材料運(yùn)輸?shù)V車。拌和站設(shè)置在進(jìn)料車道一側(cè)，方便混凝土裝運(yùn)，避免出碴礦車的干擾。生產(chǎn)模筑混凝土與噴射混凝土的拌和機(jī)獨(dú)立使用，模筑混凝土拌和機(jī)設(shè)置在井口近端，噴射混凝土拌和機(jī)設(shè)置在井口的遠(yuǎn)端，避免模筑混凝土與噴射混凝土運(yùn)輸立體交叉。噴射混凝土出料口平面位置和高差滿足礦車接料需要，出料口平面位置應(yīng)位于材料運(yùn)輸車道兩軌道正中央，與內(nèi)軌頂面高差宜為3.5 m～4.0 m;模筑混凝土拌和機(jī)出料口位置滿足模筑混凝土輸送角度要求，傾角等于斜井坡度。

2)井口卸碴。出碴礦車設(shè)計(jì)為側(cè)卸式結(jié)構(gòu)，在棧橋上設(shè)置曲軌，礦車在提升機(jī)的牽引力作用下行走過(guò)程中自動(dòng)完成卸碴。由于棄碴場(chǎng)離斜井洞口較遠(yuǎn)，為減少出碴車數(shù)量、保證有軌運(yùn)輸出碴速度，通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，2號(hào)斜井采用的是敞開(kāi)式卸碴。

4.2 井底出碴和材料裝卸

1)井底車場(chǎng)。斜井井底是有軌與無(wú)軌運(yùn)輸轉(zhuǎn)換的交通樞紐，井底行車線路的規(guī)劃和橫通道設(shè)置是保證行車暢通的基本條件，為減少井底錯(cuò)車干擾，方便車輛調(diào)頭，正洞左、右線之間應(yīng)設(shè)置2個(gè)橫通道，橫通道宜為兩車道斷面，滿足錯(cuò)車需要。兩橫通道距離宜為25 m左右，橫通道與斜井交叉口錯(cuò)開(kāi)距離大于10 m，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。

2)接料通道。接料通道是正洞轉(zhuǎn)載斜井噴射混凝土和模筑混凝土的通道，在保證隧道結(jié)構(gòu)安全的前提下，結(jié)合井底碴倉(cāng)位置，根據(jù)斜井與正洞立體相交關(guān)系，平面相交角度為15°～35°時(shí)，設(shè)置一個(gè)接料通道，接料通道應(yīng)為兩車道;平面相交角度為35°～90°時(shí)，最好設(shè)置兩個(gè)接料通道，減少通道內(nèi)行車干擾。

3)井底碴倉(cāng)。井底碴倉(cāng)設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)斜井和正洞相交角度確定，平面相交角度為15°～35°時(shí)，碴倉(cāng)設(shè)置在斜井內(nèi)，平面相交角度為35°～90°時(shí)，碴倉(cāng)一半設(shè)置在正洞內(nèi)，一半設(shè)置在斜井內(nèi)，井底斜井內(nèi)軌頂面低于正洞仰拱填充頂面4 m。

5 施工中存在的不足及改進(jìn)

5.1 施工中存在的不足

1)井身道岔的鋪設(shè)。出碴車道為兩車道，在接近井底碴倉(cāng)時(shí)通過(guò)道岔將兩車道并為一車道進(jìn)入碴倉(cāng)。現(xiàn)場(chǎng)采用人工扳道的方式完成，在實(shí)際過(guò)程中曾出現(xiàn)操作失誤，導(dǎo)致撞車和礦車脫軌，影響出碴效率。

2)大型及粉狀材料裝卸。2號(hào)斜井由于井口場(chǎng)地限制，井口、井底材料均采用人工裝卸，工作效率低，材料運(yùn)輸車等待時(shí)間長(zhǎng)，降低了材料運(yùn)輸?shù)V車的使用效率。

3)卡倉(cāng)的處理。在隧道開(kāi)挖爆破后經(jīng)常出現(xiàn)大塊石碴，石碴被卡在碴倉(cāng)口導(dǎo)致不能正常出碴，過(guò)程中采用人工破碎和采用挖掘機(jī)吊運(yùn)大塊石碴的方式處理，該方式速度慢，影響出碴進(jìn)度。

5.2 改進(jìn)

1)導(dǎo)線道叉的應(yīng)用。在接近井底碴倉(cāng)處設(shè)置導(dǎo)線道叉實(shí)現(xiàn)并道，該方式不需人工扳道，兩車道礦車在曲線軌道的外力作用下自動(dòng)進(jìn)入碴倉(cāng)，不會(huì)出現(xiàn)脫軌的現(xiàn)象，能有效地保證礦車運(yùn)行安全，確保出碴速度。

2)大型及粉狀材料裝卸。鋼拱架、鋼筋等材料提前成捆，速凝劑、水泥等粉狀材料提前裝箱，采用機(jī)械裝卸。洞口機(jī)加工房、材料庫(kù)緊鄰進(jìn)料車道設(shè)置，在機(jī)加工房與材料庫(kù)之間安裝一臺(tái)龍門(mén)吊，龍門(mén)吊應(yīng)盡可能延伸至材料庫(kù)和機(jī)加工房，材料一次性吊裝到位。井底材料運(yùn)輸軌道上方設(shè)置一個(gè)桁吊，與井口龍門(mén)吊材料集中裝車方式配套使用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化卸車，保證卸車速度。

3)卡倉(cāng)的處理。在碴倉(cāng)上方設(shè)置一個(gè)桁吊，用于吊運(yùn)卡住碴倉(cāng)的大塊石碴，桁吊宜固定在初期支護(hù)預(yù)留的錨桿頭上，不占用井底路面空間。

6 現(xiàn)場(chǎng)管控注意事項(xiàng)

隧道正洞作業(yè)面多，施工過(guò)程中各作業(yè)面可能同時(shí)進(jìn)行相同的施工工序，同時(shí)需要出碴和材料的情況，表現(xiàn)出有軌運(yùn)輸能力不足，相反情況有軌運(yùn)輸系統(tǒng)更多時(shí)候處于閑置狀態(tài)。為充分利用斜井有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，提高斜井的日運(yùn)輸能力，同時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的事項(xiàng)：

1)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度管理，井底設(shè)專職調(diào)度，保持井口、井底和各作業(yè)面信息暢通，保證車輛調(diào)配及時(shí)、數(shù)量安排合理;加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織，盡量避免不同作業(yè)面工序重疊;鋼拱架、防水板等材料在材料運(yùn)輸車空閑時(shí)提前運(yùn)輸進(jìn)洞。

2)合理配備正洞內(nèi)運(yùn)輸資源，特別是配備滿足與有軌運(yùn)輸相配套的出碴和材料運(yùn)輸?shù)能囕v，避免車輛閑置或不足。

3)明確關(guān)鍵線路，主次分明，重點(diǎn)突出，出碴和材料運(yùn)輸首先保證關(guān)鍵線路施工需要。

4)車輛行駛線路規(guī)劃合理，減少錯(cuò)車和倒車，加強(qiáng)通風(fēng)和照明，保證車輛行駛速度。

7 結(jié)語(yǔ)

斜井是組織正洞施工的唯一通道，材料運(yùn)輸、出碴是有軌運(yùn)輸施工組織和管理的重點(diǎn)。在項(xiàng)目策劃前期對(duì)斜井的運(yùn)輸能力認(rèn)真分析，通過(guò)合理布置施工場(chǎng)地，提高井口和井底裝卸設(shè)備機(jī)械化作業(yè)程度，保持裝卸設(shè)備最合理配套，達(dá)到快速轉(zhuǎn)載的目的;加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織和調(diào)度管理，減少多工作面作業(yè)相互干擾，避免有軌運(yùn)輸系統(tǒng)閑置，減少裝卸及其他因素占用礦車有效運(yùn)行時(shí)間，最大程度發(fā)揮有軌斜井的運(yùn)輸能力，是保證隧道正洞施工進(jìn)度的根本。

［1］ 鐘有信，郭得福，羅草原.長(zhǎng)大斜井有軌運(yùn)輸系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2008(1)：70-73.

［2］ 裴生艷.斜井有軌運(yùn)輸系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用［A］.鐵路長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)研討會(huì)論文集［C］.蘭州：中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)，2004.