大坡度深長斜井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝

林宗輝LIN Zong-hui

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，濟(jì)南 250300）

1 工程概況

滇中引水工程建設(shè)，是云南省可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)建設(shè)工程，工程完成投資及運(yùn)營后可從水量較為豐富的金砂江干流引水至滇中區(qū)域，從根本上有效緩解了滇中地區(qū)的水資源緊張問題，改變區(qū)域河流和湖水生態(tài)與水環(huán)的現(xiàn)狀，將有力推動(dòng)云南省經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

云南省麗江市滇中引水工程香爐山隧洞1-1#施工斜井為斜井，地處麗江市石鼓鎮(zhèn)大廠村附近，是香爐山隧洞DL15+454～DL19+167段的施工運(yùn)輸通道。香爐山1-1#施工斜井K0+000～K0+812.32段是斜井段，K0+812.32～K0+862.32為水平段，總長862.32m，坡度24.33°，二襯澆筑完成后，斷面凈空尺寸（寬×高）為6.5×6.0m，斜井進(jìn)洞口高標(biāo)為2354m，斜井底標(biāo)高為2025m，主洞與斜井相交處設(shè)置一50m水平段作為車場(chǎng)段落。香爐山隧洞1-1#施工斜井進(jìn)口段縱斷面見圖1，香爐山隧洞1-1#施工斜井車場(chǎng)段縱斷面見圖2。

圖1 香爐山隧洞1-1#施工斜井進(jìn)口段縱斷面圖

圖2 香爐山隧洞1-1#施工斜井車場(chǎng)段縱斷面圖

2 斜井運(yùn)輸方案的確定

由于香爐山隧洞1-1#施工斜井坡度極大，如何保證人員、工器具、設(shè)備設(shè)施、物料的運(yùn)輸效率和安全，確保施工進(jìn)度及質(zhì)量是本工程的重點(diǎn)。香爐山隧洞1-1#施工斜井斜井運(yùn)輸系統(tǒng)方案比選表見表1。

表1 1-1#施工斜井斜井運(yùn)輸系統(tǒng)方案比選表

經(jīng)過對(duì)斜井運(yùn)輸系統(tǒng)方案的比選，以及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及相鄰標(biāo)段多方考察，根據(jù)香爐山隧洞1-1#施工斜井工程情況，綜合國內(nèi)現(xiàn)有施工工藝，綜合考慮價(jià)格、運(yùn)營成本、運(yùn)行穩(wěn)定性等多項(xiàng)因素，本項(xiàng)目決定采用絞車提升系統(tǒng)，設(shè)置3m單滾筒礦車進(jìn)行出渣、2m單滾筒人車進(jìn)行人員輸送。本文主要對(duì)3m單滾筒礦車提升系統(tǒng)設(shè)備選型進(jìn)行分析研究。

工程施工過程中，開挖洞渣、混凝土、鋼材等采用“無軌運(yùn)輸與有軌運(yùn)輸相結(jié)合”的方案進(jìn)行運(yùn)輸。絞車系統(tǒng)主要用于洞內(nèi)出渣、材料運(yùn)進(jìn)、人員進(jìn)出等使用工具。主洞內(nèi)采用自卸車與裝載機(jī)配套的無軌運(yùn)輸系統(tǒng)，將洞渣從掌子面運(yùn)輸至井底車場(chǎng)段后卸渣至礦車內(nèi)，再經(jīng)絞車系統(tǒng)運(yùn)輸至洞口卸渣到儲(chǔ)渣池內(nèi)，最后由裝載機(jī)裝渣至自卸車運(yùn)輸?shù)襟淇谀蠗壴鼒?chǎng)。

3 提升系統(tǒng)設(shè)備的選型

3.1 絞車與鋼絲繩型號(hào)的選擇

①單次提升最大重量的確定。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，選用KZ—10側(cè)卸式翻斗礦車（10m3曲軌液壓式），礦渣單位重按1.7t/m3（松散容量）計(jì)算，礦車自重7.0t（最值）。

單次最大提升總重量為：M總=M渣+M自=10×1.7+7.0=24.0t=24000kg。

②提升鋼絲繩的選擇。

式中：Pc—最大鋼絲繩長度單位體重，kg/M；n1—最大上升容器總量，臺(tái)；M—單件最大總上升體重，kg；Lc—鋼絲繩受力的最大尺寸，m；σ—鋼絲繩受力公稱抗拉強(qiáng)度，155~196kgf/mm2；f1—提高容器移動(dòng)位置摩擦力系數(shù)，當(dāng)運(yùn)行輪為滑動(dòng)支座時(shí)為0.01，為滑動(dòng)軸承時(shí)為0.015；f2—流動(dòng)阻力系數(shù)，為0.25~0.40；α—斜井傾角；m—安全系數(shù)，在提升物料時(shí)為6.5，提升人時(shí)為9.0。

本斜井的設(shè)計(jì)容量規(guī)模為1座；單次最高總上升重量約為24000kg；鋼筋繩最大長度為約953m；鋼筋繩承載力的公稱抗拉強(qiáng)度，約取170N/mm2；上升材料的移動(dòng)阻力系數(shù)，取0.015；流動(dòng)阻力系數(shù)，取0.3；斜井傾角為24.33°；提升物料安全系數(shù)，取6.5；將以上各值代入式（1）中，計(jì)算得：Pc=4.6kg/m。

根據(jù)所得Pc值，選取6×19S+Fcφ36的圓股鋼絲繩。其相關(guān)參數(shù)為：d=36mm，Pc=4.66kg/m，公稱抗拉強(qiáng)度σ=1670MPa。

鋼絲繩破斷力Qp=K·d2·σ·0.33=1.214×362×1670×0.33=867069N。

③鋼絲繩安全系數(shù)校核。

式中：ma—鋼絲繩安全系數(shù)；Qp—鋼絲繩破斷力；g—重力加速度，取9.8N/kg。將以上各值代入式（2）中，計(jì)算得：ma=6.67＞6.5，符合安全規(guī)程要求。

3.2 提升機(jī)的選擇

①滾筒直徑的確定。

按照“滾輪的最小直徑與鋼絲繩直徑的比值不得小于80”的設(shè)計(jì)規(guī)則，Dg=80d=80×36=2880mm<3000mm，采用外徑為3m的單滾筒提升機(jī)，其有關(guān)工藝技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)為:型號(hào)JK-3×1.5P，外徑Dg=3000mm，寬度B=1500mm，最高靜張力Fjmax=135kN，最大靜張力差Fjmin=105kN，最大提升速度4.6m/s。

②滾筒寬度的校驗(yàn)。

式中：Lm—鋼絲繩長度，取30m；ε—測(cè)試鋼線繩繩圈之間的空隙，取3mm；Kc—鋼絲繩在滾筒上的環(huán)繞層數(shù)，取3層；Dp—在滾筒上環(huán)繞的鋼絲繩的平均直徑，Dp=Dg+（Kc-1）d=3000+（3-1）×36=3072mm，取3.072m；Π取3.14。將以上各值代入式（3）中，計(jì)算得：Bmin=1413.62mm<<1500mm，滾筒寬度符合要求。

③提升機(jī)的最大實(shí)際靜張力。

式中：Fjmax—提升機(jī)的最大實(shí)際靜張力。將以上各值代入式（4）中，計(jì)算得：Fjmax=129.942kN＜135kN，符 合要求。

④提升機(jī)的最大實(shí)際靜張力差。

式中：Fjmin—提升機(jī)的最大實(shí)際靜張力差，將以上各值代 入 式（5）中，計(jì) 算 得：Fjmin=100.74kN＜105kN，符 合要求。

3.3 軌道規(guī)格的選擇

整體式提升系統(tǒng)中采用P43規(guī)格軌道，軌距選擇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軌距0.9m寬，礦車之間、礦車與結(jié)構(gòu)物之間距離不小于0.3m。

3.4 提升天輪的選擇

對(duì)地面設(shè)備來說，當(dāng)鋼絲繩受力對(duì)天輪圍抱角等于60°時(shí)天輪直徑尺寸為D≥60d；而采用天輪的時(shí)候鋼絲繩受力方向應(yīng)該低于天輪的邊緣。當(dāng)采用提升時(shí)用天輪必須大于鋼絲繩外徑的1.5倍；當(dāng)采用懸吊系統(tǒng)時(shí)，天輪必須大于鋼絲繩外徑的1倍。鋼絲繩口徑為d=36mm，根據(jù)規(guī)范要求，游動(dòng)天輪的直徑需大于等于60d，即D≥2160mm。選用直徑為2.5m的游動(dòng)天輪，其繩槽半徑為20mm，承受能力為1088.5kN，天輪最大游動(dòng)距離為1.35m。

4 提升系統(tǒng)的布置及施工

4.1 提升系統(tǒng)布置

①洞口臨時(shí)儲(chǔ)渣池布局：洞口臨時(shí)儲(chǔ)渣池應(yīng)符合臨時(shí)存放渣料、裝載機(jī)裝料、斗車緩沖距離、斗車自動(dòng)下滑傾角等規(guī)定。洞口臨時(shí)儲(chǔ)渣池軌道底部采用C20素混凝土澆筑，頂面角度7.6°，長10m，最高5.3m。

②洞底車場(chǎng)段設(shè)置：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，為滿足施工需求自卸車直接卸料至礦斗內(nèi)，將支洞井底平洞段凈空斷面尺寸擴(kuò)大為6.5m×10.0m（寬×高），下部開挖凈空斷面尺寸為2.1m×2.3m（寬×高）的集料堆積槽，采用型鋼加工下料斗。同時(shí)在車場(chǎng)段設(shè)置行吊1臺(tái)，對(duì)施工過程中所需的各種材料進(jìn)行裝卸倒運(yùn)。

③游動(dòng)天輪布置：游動(dòng)天輪布置在距離洞口53m的位置，天輪頂部高程為2361.9m。

④絞盤房布置：按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求，卷揚(yáng)機(jī)與天輪之間的運(yùn)動(dòng)距離應(yīng)當(dāng)保持鋼絲繩平面偏角小于1.5°，根據(jù)游動(dòng)天輪的最大游動(dòng)間距為1.35m，算得卷揚(yáng)機(jī)與天輪的最小距離Lmin=（1.35÷2）÷（tan1.5°）=25.78m。絞盤房整體布置在斜坡道上的延長線上，卷揚(yáng)機(jī)滾筒圓心與天輪的距離約為30m，滾輪中心點(diǎn)與鐵軌中心點(diǎn)重合，因此絞盤房內(nèi)部地板高度約為2359m。絞車房基礎(chǔ)側(cè)墻采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，絞車房內(nèi)場(chǎng)地硬化采用厚15cm的C15素混凝土。

⑤軌道的布設(shè)：為方便支洞內(nèi)挖掘裝渣和孔底?？空径蔚牟荚O(shè)，將運(yùn)渣礦車鋼軌中心線布設(shè)在距支洞中心線左邊0.3m處，人車鋼軌中心線布設(shè)在距支洞中心線右側(cè)1.8m處，鋼軌間隔與礦車輪距一致為0.9m，經(jīng)卸渣平臺(tái)后一直延長至支洞內(nèi)離施工作業(yè)面約20m左右位置，每完成2~3個(gè)開挖及支護(hù)的施工循環(huán)就需要再延伸布設(shè)一個(gè)軌道，以防因挖掘爆破而損傷鋼軌。

香爐山隧洞1-1#施工斜井斜井?dāng)嗝娌贾脠D見圖3。

圖3 香爐山隧洞1-1#施工斜井?dāng)嗝娌贾脠D

4.2 提升系統(tǒng)施工

①游動(dòng)天輪支撐架的制造與安裝施工：在測(cè)量定位出天輪的具體布置情況后，通過工字鋼焊接制造游動(dòng)天輪支撐架，支撐架制造時(shí)應(yīng)當(dāng)保證游動(dòng)速度天輪的頂部高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

②洞口軌道支撐基礎(chǔ)平臺(tái)的澆筑：為達(dá)到在洞口內(nèi)側(cè)卸翻斗礦車卸渣的高度，軌道基礎(chǔ)和卸渣平臺(tái)均用C20混凝土澆筑起來。

③附屬構(gòu)件安裝與施工：軌道枕木，按照實(shí)際的施工狀況可采用木質(zhì)枕木或槽鋼板，但枕木須放置在穩(wěn)固并平整的軌道。

5 結(jié)束語

隧洞運(yùn)輸方式也是制約主洞建設(shè)的關(guān)鍵因素，在大斜井和小截面的主洞工程建設(shè)過程中，常常由于其條件制約而為工程建設(shè)造成了諸多不便。香爐山隧洞1-1號(hào)#施工斜井采用的主洞無軌運(yùn)輸和斜井有軌運(yùn)輸結(jié)合的辦法,極大節(jié)省了施工成本，也大大提高了出渣的效率，縮短工期，提升系統(tǒng)最大出渣能力。通過該項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，證明采該運(yùn)輸方法操作性較強(qiáng)，且經(jīng)濟(jì)效益比較合理，安全可靠，為類似工程提供了參考。