斜井小半徑曲線物料運輸工法

PAGE4PAGE15斜井曲線段物料運輸工法1、前言斜井小半徑曲線物料運輸技術(shù)是中國鐵路總公司在重慶石忠高速公路控制工程方斗山隧道斜井創(chuàng)造性應(yīng)用的一種新穎的技術(shù)型施工方法。它一改煤礦系統(tǒng)傳統(tǒng)的分段運輸法、刮板式輸送帶運輸法，采用洞外一臺礦用提升機(jī)提升，曲線段安設(shè)五花立輥約束鋼絲繩運動方向，實現(xiàn)礦車按曲線方向行駛的一系列新技術(shù)，使斜井徑曲線段物料運輸具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全等特點。該項技術(shù)在方斗山隧道斜井施工中，取得了令人滿意的效果，其施工組織便利，安全性能可靠，滿足了斜井的快速施工要求。通過對軌道和礦車的改造、設(shè)備配套等技術(shù)的不斷完善、發(fā)展，經(jīng)總結(jié)形成本工法。結(jié)合本工法在施工生產(chǎn)中進(jìn)行的質(zhì)量管理成果《攻克大斷面陡坡斜井曲線段運輸難題》獲國家級二等QC成果獎。2、工法特點刮板式輸送帶運輸法：運輸可以實現(xiàn)連續(xù)性，所需設(shè)備均有定型產(chǎn)品，但費用高，每米需1.3萬元左右，不能緊跟工作面，需挖掘機(jī)倒碴、每兩循環(huán)需接輸送機(jī)，維修人員多，不能反向向下輸送噴漿料及其它材料，因此不適用于本工程。分段運輸法：煤礦在平面上轉(zhuǎn)角采用分段牽引法，在斜面上還無先例，但理論可行。但需要開挖兩個洞室安裝兩臺絞車、需增加兩臺機(jī)械轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤需單獨研制，且費用大，由于需反復(fù)摘鉤危險性很大，施工速度緩慢。本工法與傳統(tǒng)方法比較具有以下特點：2.1速度快。由于減少了井身內(nèi)摘掛鉤工序，提高了運輸施工速度，斜井曲線段開開挖月進(jìn)尺達(dá)到77.5m/月。2.2安全性好。采用井外一臺礦用提升機(jī)提升，無井身內(nèi)摘掛鉤，減少安全風(fēng)險。2.3工藝簡單。本工法應(yīng)用五花立輥約束鋼絲繩運動，對礦車及設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造，不需增加設(shè)備和人員，易操作。2.4效益明顯：可充分利用現(xiàn)有設(shè)備，僅需增加一些附件及對軌道、礦車適當(dāng)改造，節(jié)約投入。3、適用范圍本工法適用采用礦用提升機(jī)提升的鐵路、公路、水工及各種地下人防工程的斜井曲線段物料運輸。4、工藝原理4.1利用原有斜井礦用提升機(jī)對礦車、軌道進(jìn)行改造后進(jìn)行物料運輸?shù)姆椒?，進(jìn)入曲線后，鋼絲繩仍按礦用提升機(jī)與礦車兩點之間形成直線，當(dāng)?shù)V車進(jìn)入曲線一定距離后，鋼絲繩將偏離軌道，致使鋼絲繩與鋼軌相交，磨損鋼絲繩，為了使鋼絲繩始終位于軌道中間，在鋼絲繩的曲線內(nèi)側(cè)設(shè)置立輥，對鋼絲繩進(jìn)行約束。4.2由于立輥高度較低，提升機(jī)剎車時及其它因素容易造成牽引鋼絲繩跳躍，導(dǎo)致立輥無法約束鋼絲繩，發(fā)生安全事故，因此在立輥頂部增設(shè)五花凸輪，保證鋼絲繩不脫離立輥。4.3礦車鋼絲繩連接器高度與礦車底盤高度相同，但立輥高度不得超過礦車的輪軸高度，超過礦車輪軸便會碰撞立輥造成礦車無法運行或跳道，為了實現(xiàn)五花立輥約束鋼絲繩必須對礦車進(jìn)行改造，增設(shè)繩卡器牽降低鋼絲繩的連接高度。4.4立輥頂部設(shè)五花凸輪后鋼絲繩礦車向下運行時如何進(jìn)入五花立輥或礦車向上運行時鋼絲繩如何脫離立輥。立輥安裝在鋼絲繩的曲線內(nèi)側(cè)，并偏移軌道中心一定尺寸，而繩卡器在礦車上安裝時向曲線外側(cè)偏移一定尺寸，當(dāng)?shù)V車向下運行到立輥位置時，立輥不會與繩卡器碰撞；利用鋼絲繩在曲線兩約束點間是一弦線的原理，當(dāng)?shù)V車通過立輥后并運行一定距離，鋼絲繩將向曲線內(nèi)側(cè)移動，最后被立輥擋住不再往曲線內(nèi)側(cè)移動，實現(xiàn)立輥對鋼絲繩的約束。反之，鋼絲繩將脫離立輥的約束。5、施工工藝流程及操作要點5.1礦用提升機(jī)采用2JK-2.5×1.5/20型礦用提升機(jī)，卷筒直徑2500mm，卷桶寬度1500mm，拉力90KN，最大提升速度3.8m/s，鋼絲繩直徑31mm（為右交捻繩），鋼絲繩長度1000m，電機(jī)功率400KW，總重35943Kg，使用電壓6000V。5.2軌道鋪設(shè)及地輥安裝曲線段運輸采用單線雙軌，鋼軌采用43kg/m鋼軌，軌距762mm，鋼軌按曲線鋪設(shè)，鋼軌按《煤礦安全規(guī)程》采用曲線錯接式接頭，錯距2m；枕木采用油枕，油枕橫截面為200×160mm，枕木長1200mm，.鋪設(shè)間距800mm，安裝地輥及立輥處枕木采用160mm槽鋼；每間距8米設(shè)置一地輥及軌道防滑裝置，防滑裝置采用Φ22，L=1.5m的地錨將軌枕固定于底板。地輥安裝高度距軌面40mm，地輥支架焊接在槽鋼上，地輥安裝見圖5.2-1《地輥安裝示意圖》。圖5.2-1地輥安裝示意圖5.3礦車改造在礦車沒改造前，采用鋼絲繩連接器連接礦車時，鋼絲繩高度將超過礦車輪的軸下線，而立輥高度不能超過輪軸的軸下線，利用連接器牽引礦車根本無法讓礦車通過立輥時便將牽引鋼絲繩引入立輥中，見圖5.3-1《礦車改造前礦車牽引示意圖》。因此，通過研究改繩卡器牽引代替連接器牽引。繩卡器設(shè)計體積很小，這使它不受車輪軸下線的限制而能根據(jù)需要任意降低牽引高度，使礦車通過立輥便能將鋼絲繩引入立輥有效約束區(qū)域內(nèi)，從而讓牽引鋼絲繩沿立滾設(shè)置位置運動，見圖5.3-2《礦車改造后礦車牽引示意圖》，為使礦車與牽引鋼絲繩連接可靠，將原礦車連接器移至礦車尾部，鋼絲繩從礦車下部穿過與礦車尾部連接器連接牢固，鋼絲繩與礦車連接見圖5.3-3《鋼絲繩與礦車連接示意圖》。繩卡器材料采用Q235鋼材，與礦車底盤相連采用連續(xù)焊接法焊接，焊縫高不低于8mm。為防止鋼絲繩在繩孔中的擠壓形成點或線接觸而磨損、點蝕影響鋼絲繩壽命，同時防止繩卡器松動或在意外沖擊力下鋼絲繩在繩槽中滑動磨損鋼絲繩，設(shè)計在繩卡器與鋼絲繩之間鑲嵌一套兩半圓形紫銅套。紫銅質(zhì)地較軟，在夾緊力的作用下能與鋼絲繩緊密接觸，形成足夠的摩擦力，同時為消除繩卡器兩端對鋼絲繩的剪切力，兩端制作成圓滑過渡喇叭形。紫鋼套與夾繩器之間各有矩形螺紋槽，相互鑲嵌其中，防止紫銅套與夾繩器相互滑動。圖5.3-1礦車改造前礦車牽引示意圖圖5.3-2礦車改造后礦車牽引示意圖圖5.3-3鋼絲繩與礦車連接示意圖5.4五花立輥設(shè)計及安裝五花地輥設(shè)計見圖5.4-1《五花地輥設(shè)計圖》圖5.4-1五花地輥設(shè)計圖5.4.1五花立輥設(shè)計⑴五花立輥高度設(shè)計五花立輥總高度：H1=H2+H3＜HH1：五花立輥有效區(qū)高度；H2：五花立輥底座與上蓋高度；H：軌枕面與軸下線間的距離。五花立輥有效區(qū)高度：H2=h1+h2h1：鋼絲繩直徑；h2：自由區(qū)間，由于立輥高度受軸下線與軌枕機(jī)間的高度控制，取84mm；⑵五花立輥主軸設(shè)計立輥主軸主要承受鋼絲繩偏移所產(chǎn)生的剪切力，通過分析可知，礦車由井底向井口出碴時為最不利受力條件，主軸直徑需滿足其受力要求。由圖5.4-2《受力分析圖Ⅰ》可得出鋼絲繩受拉力為：F=Gsin22°+Gcos22°γF：鋼絲繩拉力；G：礦車與運送物料重量之和；γ：輪與鋼軌滾運摩擦力系數(shù)；22°：斜井傾角；圖5.4-2受力分析圖Ⅰ由圖5.4-3《受力分析圖Ⅱ》可得出五花立輥主軸剪力為：Q=2FsinαQ：五花立輥主軸剪力；F：鋼絲繩拉力；α：弦切角，α≈L/(πD)×360°L：立輥間距；D：園曲線直徑；圖5.4-3受力分析圖Ⅱ五花立輥主軸直徑d=(4Q/[τ]/π)1/2d：五花立輥主軸直徑；Q：五花立輥主軸剪力；[τ]：五花立輥主軸永許剪應(yīng)力；五花立輥通過以上計算沒考慮按勻速運動時的受力狀態(tài)，因此，考慮礦車起動時的靜摩擦阻力及其他因素影響，取3.0的安全系數(shù)。5.4.2五花立輥五花立輥安裝在距曲線起點8m處開始設(shè)置安裝立輥，在該處連設(shè)兩組立輥及軌距拉桿（間距0.8m），往后立輥安裝間距5.0m，軌距拉桿5.0m一組。立輥與軌道鋼枕用M20螺栓連接，鋼枕兩端各用4根φ22砂漿錨桿錨固，錨桿長1.2m。5.5信號系統(tǒng)信號通訊系統(tǒng)主要由電鈴、指示燈、對講機(jī)、內(nèi)部電話和視頻裝置組成，在作業(yè)時，各種信號工具同時使用，可避免因某種工具損壞而影響絞車系統(tǒng)正常運行。信號在絞車房與井口、井底之間傳輸，絞車司機(jī)收到信號人員的操作指令，并確認(rèn)軌道線路無障礙時，發(fā)出回應(yīng)信號，再得到信號人員確認(rèn)后，方可進(jìn)行操作。嚴(yán)格遵守信號的發(fā)布程序，在停車狀態(tài)，若收到不明確的信號，不能操作，只有指令正確，信號規(guī)范后方可運行礦車。同時在絞車液壓泵站起動按扭中串入一組警報信號線。當(dāng)絞車司機(jī)起動液壓泵站準(zhǔn)備動車警報器便發(fā)出聲光警示，洞內(nèi)任何人員只要看(聽)見警報器發(fā)出聲光警示便立即拆離軌道。關(guān)閉液壓泵站停車警報器便停止聲光警示。警報器在洞內(nèi)每間隔50m安裝一個。當(dāng)進(jìn)入曲線施工段時，礦車跳道不易及時發(fā)現(xiàn)，在曲線段增設(shè)礦車跳道信息捕捉裝置。在軌道內(nèi)外側(cè)距離礦車車廂150mm處每間距16m（直線段）、8m（曲線段）錨焊一立桿，立桿高出車廂底板150mm，立桿上安裝一套小滑輪，滑輪內(nèi)穿Φ3mm鋼絲繩，調(diào)整鋼絲繩與礦車車廂相距50mm。每間距80m安裝一套LX4-12S型行程開關(guān)，將鋼絲繩與行程開關(guān)撞桿頂端固定。工作原理：礦車輪緣一旦爬上鋼軌面，礦車車廂便會偏離軌道中心線撞上其中一側(cè)鋼絲繩，鋼絲繩拉動行程開關(guān)向絞車司機(jī)發(fā)出警報，即可立即停車處理。5.6勞動力安排主要勞動力配備參見表5.6-1《主要勞動力配備》。主要勞動力配備表5.6-1班組主要工作內(nèi)容工種人數(shù)備注提升班軌道設(shè)置、檢修修，鋼絲繩繩檢修、更更換，操作作絞車軌道工7檢修工2繩檢工2絞車司機(jī)6信號班發(fā)送信號信號工6合計236、材料與設(shè)備6.1材料本工法涉及材料均為常規(guī)建筑材料，不涉及需特別說明的新型材料。6.2設(shè)備主要機(jī)械設(shè)備配置參見表6.2-1《主要機(jī)械設(shè)備配備表》。主要機(jī)械設(shè)備配備表表6.2-1序號機(jī)械設(shè)備名稱規(guī)格、型號單位數(shù)量備注1雙筒絞車400kW臺12側(cè)卸礦車4m3臺23裝載機(jī)ZLC50C臺1洞外裝碴4自卸車20T臺2洞外運碴5電焊機(jī)小型臺26軌行運輸?shù)V車臺17皮帶運輸機(jī)自制臺18信號通信系統(tǒng)套2電鈴、指示燈、對對講機(jī)、內(nèi)內(nèi)部電話和和視頻裝置置若干左右線各1套9發(fā)電機(jī)400kW臺1備用7、質(zhì)量控制7.1通過全員崗前培訓(xùn)、技術(shù)交底，制定崗位責(zé)任制等手段，規(guī)范操作行為，從人的因素上杜絕質(zhì)量隱患的發(fā)生。7.2軌道接頭的間隙不得大于5mm，高低和左右錯差不得大于2mm。2條鋼軌頂面的高低差，不得大于5mm。軌枕的間距偏差不得超過50mm，道碴普通碎石道碴，軌枕下應(yīng)搗實，對道床應(yīng)經(jīng)常清理，應(yīng)無雜物、無積水。7.3軌距拉桿嚴(yán)格設(shè)計間距安裝，誤差不大于50mm。7.4地錨系統(tǒng)嚴(yán)格按要求間距，錨桿長度進(jìn)行設(shè)置，錨孔內(nèi)錨桿藥包必須飽滿，錨桿與鋼枕焊接牢固。7.5地輥與立輥安裝間距誤差不大于20mm，立輥橫向向曲線外側(cè)誤差0mm，曲線內(nèi)側(cè)誤差10mm。8、安全措施8.1嚴(yán)格遵守絞車信號制度。8.2對絞車、軌道、鋼絲繩等嚴(yán)格按檢查制度進(jìn)行檢查，并做好檢查記錄。8.3絞車操作嚴(yán)格貫徹執(zhí)行主、副司機(jī)制，對制動系統(tǒng)要在開車前進(jìn)行檢查，在確認(rèn)無故障后方能使用。8.4絞車行駛不得超速，曲線段運行速度≯1.5m／s，進(jìn)入直線段后才能逐漸加至全速；嚴(yán)格按信號及時減速、剎車。8.5設(shè)置礦車跳道信息捕捉裝置，實時將信號傳送給絞車司機(jī)，以便出現(xiàn)異常情況立即處理。8.6鋼絲繩連接必需采用重型繩卡，繩卡數(shù)量不得少于6個，繩卡里端為鋼絲繩斷頭端。8.7采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對礦車運行全過程監(jiān)控與錄像，直線段每間距150m設(shè)置一套，曲線段間距30m設(shè)置一套，其中卸碴位、變坡點、曲線起始、終止點各增設(shè)一套，由絞車副司機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時停車處理。8.8洞外配備1臺并網(wǎng)發(fā)電機(jī)，可隨時啟動向洞內(nèi)送電。9、環(huán)保措施9.1開工前組織全體干部職工進(jìn)行生態(tài)資源環(huán)境保護(hù)知識學(xué)習(xí)，增強(qiáng)環(huán)保意識。9.2合理布置施工場地，生產(chǎn)、生活設(shè)施盡量布置在征地線以內(nèi)，并在周圍進(jìn)行綠化，以盡量減少對原有環(huán)境的破壞。9.3做好生產(chǎn)、生活區(qū)的衛(wèi)生工作，保持工地清潔，生活垃圾在指定的地點堆放。9.4洞口及生活區(qū)設(shè)污水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后再排放。9.5加強(qiáng)施工機(jī)械養(yǎng)護(hù)，禁止機(jī)械運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放。9.6隧道內(nèi)設(shè)專人檢測洞內(nèi)空氣成分、粉塵含量及溫度。減少大氣污染及對粉塵污染防治等。9.7加強(qiáng)施工機(jī)械設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，減少機(jī)械噪聲，盡量減少施工對當(dāng)?shù)鼐用竦牟焕绊憽?.8棄碴要“先擋后棄”，并設(shè)環(huán)形截水溝，保證排水暢通，盡量不破壞原有地表徑流通道。10、效益分析10.1經(jīng)濟(jì)效益本工法與采用分段牽引法比較：分段牽引法比較需投入3臺提升機(jī)械，增加費用約54萬元；開挖3個機(jī)械安裝洞室，增加費用約22.1萬元；配備兩臺機(jī)械轉(zhuǎn)盤增加費用約15萬元；投入機(jī)械操作人員32人共2個月時間，增加費用約11.52萬元；共需增加費作約102.62萬元。本工法只需加工立輥26套，每套400元/套，增加費用1.04萬元，礦車改造費用約800元，合計增加費用1.84萬元，可節(jié)約成本100.78萬元。本工法與采用刮板輸送機(jī)提升運輸法比較：刮板輸送機(jī)提升運輸每米需1.3萬元左右，本工程曲線長127m，需要增加費用約165.1萬元，本工法可節(jié)約成本163.26萬元。10.2社會效益展示了強(qiáng)企風(fēng)采，提升企業(yè)核心競爭力。斜井三維曲線段提升技術(shù)的成功應(yīng)用，既節(jié)約了施工成本，又有效地緩解了工期壓力。在施工中，未發(fā)生一起安全、質(zhì)量事故，而且在業(yè)主對石忠高速公路多次綜合評比中，均名列前茅，綜合業(yè)績受到重慶市交委、業(yè)主、設(shè)計院和監(jiān)理單位的認(rèn)可和好評，贏得了良好的社會效益。10.3技術(shù)效益在無任何可借鑒經(jīng)驗的情況下，成功開發(fā)出了斜井三維曲線段提升技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)斜井曲線段單一絞車提升運輸施工的空白。斜井曲線提升技術(shù)的成功實施，為今后類似條件下斜井工程的設(shè)計和施工提供可靠的決策依據(jù)。11、應(yīng)用實例例石（柱）～忠（縣縣）高速公公路土建工工程B12合同段斜斜井工程，位位于重慶市市石柱縣境境內(nèi)，為方方斗山隧道道的專用通通風(fēng)巷道，分分為左、右右線。斜井左線全長7708.22m，傾角24°，井口與與井底高差差283..639mm；洞口6..5m為平平坡段，平平坡與井身身間設(shè)一半半徑為200m的豎曲曲線，長88.5m；；斜井凈寬寬8.5mm，凈高6..25m，凈凈空面積445.377m2；開開挖寬度為為9.4～10.044m，高度度為7.28～7.97mm，開挖斷斷面面積為為56.8～72.7mm2。斜井右線全長7781.11m，傾角22°，井口與與井底高差差283..203mm；洞口211m為平坡坡段，平坡坡與井身間間設(shè)一半徑徑為20mm的豎曲線線，長8mm。斜井凈凈寬7m，凈高高5.255m，凈空空面積311.49mm2；開挖挖寬度為7.9～8.54mm，高度為6.28～6.98mm，開挖斷斷面面積為為41.3～53.8mm2。井身身有1277m位于平平面半徑R=1500m的曲線線上。斜井井平面布置置見圖111-1《方斗山隧隧道斜井平平面布置圖圖》。圖11-1方斗斗山隧道斜斜井平面布布置圖斜井全洞要進(jìn)行行二次砼襯襯砌，二次次襯砌主要要采用素混混凝土，其其中洞口220m和F4斷層及影影響帶600m采用C25鋼筋混凝凝土襯砌。二二次襯砌厚厚度為30～45cm。斜井襯襯砌砼設(shè)中中隔墻（一一側(cè)為排風(fēng)風(fēng)道，一側(cè)側(cè)為送風(fēng)道道），中隔隔墻厚度為為30cmm，為鋼筋筋混凝土。左左線斜井送送、排風(fēng)道道為對稱結(jié)結(jié)構(gòu)，右線線斜井送、排排風(fēng)道為非非對稱結(jié)構(gòu)構(gòu)。初期支護(hù)主要采采用D22砂漿錨桿桿（L＝2.5～3.0m）+鋼筋網(wǎng)+C20噴射混凝凝土；EVA復(fù)合防水水板；C25混凝土二二次襯砌（斷斷層破碎