某河大橋西錨碇隧洞開挖出渣方案

xx大橋西錨碇隧洞開挖出渣方案探討1、概述1.1工程概況xx大橋是xx國道主干線xx省xx至xx公路的控制性工程，xx大橋為主跨1088m的單跨雙鉸鋼桁加勁梁懸索橋，大橋西岸錨碇采用隧道式錨碇結(jié)構(gòu)。錨碇隧洞軸線總長度74.34m，其中前錨室軸線長度31.34m，錨塞體軸線長度40.0m，后錨室軸線長度3.0m。后端部總寬49.0m。洞軸線的水平傾角45°，隧洞口單洞斷面尺寸為10m×10.8m，頂拱半徑5m；洞底單洞斷面尺寸為21m×25m，頂拱半徑10.5m，見洞身縱斷面示意圖。左右隧洞最小凈距7.0m。1.2西錨碇隧道施工的特點、難點（1）隧道斷面大、洞軸線水平傾角大；（2）現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜；（3）機械設(shè)備運轉(zhuǎn)難度大，設(shè)備運行安全隱患大；（4）左右隧洞隧底最小徑距7m。2、出渣系統(tǒng)的構(gòu)想與實施2.1設(shè)備選型西錨碇隧洞分為左右兩個洞室，單側(cè)隧洞挖方量為17064m3，兩洞挖方量共計34128m3，洞口斷面為10×10.8m，洞底斷面為21×25m。前錨室隧道底坡48.2°，錨塞體隧道底坡52.8°。出渣系統(tǒng)采用挖掘機裝渣，2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車牽引礦車的有軌運輸方式，礦車容量6.0m3。2.1.1礦用提升機選型礦用提升機的選用需綜合考慮耙渣設(shè)備上下和渣料運輸?shù)倪M(jìn)度要求。出渣效率計算單洞洞室開挖的工期定為180天，隧洞開挖、支護(hù)一個循環(huán)需48小時，平均每個循環(huán)出渣量為190m3。礦車行走速度按30m/min，加上裝料時間4min。卸料時間1min，一個來回時間t=（74.34÷30）×2+4+1≈10min,則每個礦車1個小時出渣為6次，每臺每小時出渣率v=6×5=30m3,完成每循環(huán)190m3石渣運輸需耗時t=190/30=6.3h，滿足循環(huán)進(jìn)度中出渣在8小時以內(nèi)的要求。出渣絞車牽引力計算計算參數(shù)：礦車容積6.0（實際裝車按5.0），巖石容重按2.0t/計，則重10.0t。隧洞軸線傾角45°，從洞口至隧道錨碇前錨面的礦車軌道傾角為：=+arctg=+=,從錨碇前錨面至后錨面的礦車軌道傾角為=+arctg=+=。礦車與鋼軌滾動摩擦系數(shù)f=0.05,每臺礦車自重按8.5t計。礦車自重與載重：G=8.5+2.0×5=18.5t（1）鋼軌傾角為時：G在鋼軌上的垂直分力：=Cos×18.5=12.33tP1沿鋼軌的下滑力=Sin×18.5=13.8t礦車出渣按12.33t計時，所受摩阻力=f×=0.05×12.33=0.62t則此時的絞車牽引力為=+=13.8+0.62=14.42t（2）鋼軌傾角為時：G在鋼軌上的垂直分力：=Cos×18.5=11.2t沿鋼軌的下滑力=Sin×18.5=14.7t礦車出渣按11.2t計時，所受摩阻力=f×=0.05×11.2=0.56t則此時的絞車牽引力為=+=14.7+0.56=15.26t故出渣系統(tǒng)的提升設(shè)備采用2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車（見左圖）能滿足出渣要求，絞車配32.5mm鋼絲繩，絞車的技術(shù)參數(shù)見表2-1。2JTK-1.6改進(jìn)型絞車技術(shù)參數(shù)表表2-1卷筒個數(shù)雙筒鋼絲繩直徑32.5mm直徑1200mm破斷拉力總和652kN寬度900mm平均速度0.943m33/s容繩量560m電動機型號YR纏繞層數(shù)4功率132kW最大靜張力200kN轉(zhuǎn)速730r/miin最大靜張力差200kN減速機速比1:48.5重量15000kgg外形尺寸(mmm)6818×39924×11440運渣設(shè)備采用YCC－6型專用礦車（見下圖），礦車尺寸4.4×1.4×1.12m，容量6.0m3，卸車采用側(cè)卸式，卸車時通過曲軌使礦車傾斜（斜度20°），側(cè)墻板打開（開口寬度400～500mm）卸渣至卸料斗。礦車主要參數(shù)見表2-2名稱單位主要技術(shù)參數(shù)型號YCC2-4YCC2-6YCC2-8型式單側(cè)式單側(cè)式單側(cè)式容積m3468自重t3.54.66.0載重量t101517軌距mm762、9000762、9000762、9000牽引高度mm430430430側(cè)傾角度°404038最大開口寬度mm700800800外形尺寸mm3900×14450×15505000×15510×16805500×16650×1680曲軌側(cè)卸式礦車主要參數(shù)表2-22.1.2耙渣設(shè)備選型目前鐵路涵洞,水利建設(shè),金屬及非金屬礦等建設(shè)工程在用鉆爆法進(jìn)行巷道掘進(jìn)中采用的將巖石裝入礦車或巷道輸送機中的裝載機械主要有鏟斗裝載機和耙斗裝載機。但鏟斗裝載機多用在水平巷道工作面和傾角小于12°的傾斜巷道，耙斗裝載機在掘進(jìn)傾角5°~10°的傾斜巷道時工作效率較高，近年來隨著機械設(shè)備的不斷改進(jìn)耙斗裝載機的使用范圍有所增大但仍然只能在傾角小于30°的斜巷中使用。在沒有適用于大傾角隧道開挖的專用設(shè)備的情況下，錨碇隧洞的耙渣、裝渣設(shè)備采用靈活性高，清渣更徹底的挖掘機。綜合考慮挖掘機的裝渣速度、回轉(zhuǎn)半徑、最大挖掘力和整機重量選用斗容0.6m3的反鏟挖掘機。挖機參數(shù)見表2-3。挖掘機參數(shù)表表2-3項目單位數(shù)值整機質(zhì)量t12.2斗容m30.6爬坡角度度35（70％）全高m2.74全長m7.61履帶長m3.58履帶寬（外到外外）m2.49履帶板寬m0.52.2出渣系統(tǒng)布置2.2.1出渣系統(tǒng)平面布置出渣運輸采用有軌運輸方式，洞內(nèi)采用0.6m3反鏟挖掘機扒渣、集渣、裝渣，6.0m3側(cè)卸式礦車通過軌道運輸?shù)蕉赐獬鲈郏对?，洞外由自卸汽車裝渣運至指定棄土場。軌道選用38kg/m鋼軌,軌距900mm。軌枕采用槽鋼I10，軌枕尺寸為1135mm×100mm×44.8mm，間距為600mm，洞身段軌枕直接鋪設(shè)在洞底噴射砼坡面上，為保證軌道的平順和牢固軌枕與洞底坡面初期支護(hù)的型鋼拱架焊接在一起,軌道與軌枕亦采用焊接方式連接。洞口斜坡段坡度較緩，軌道直接鋪設(shè)在整平好的坡面上。側(cè)卸式礦車卸車時要求礦車停在傾斜角度小于5°的坡面或水平面上，出渣系統(tǒng)軌道布設(shè)時軌道縱坡設(shè)一段由前錨室洞底48.3°至卸車平面的過渡段,過渡段坡面與水平面的夾角17°,為保證卸渣槽的凈空過渡段的長度大于19m。西錨碇位于xx河西岸斜坡的中上部，地形西高東低，高差30m，地勢較陡，地形坡度30°～50°之間。而錨碇基坑沿路基縱向的寬度僅36.76m,錨碇基坑外側(cè)由北向南有一條施工便道緊貼錨碇基坑，右側(cè)與基坑距離0m,左側(cè)與基坑距離20m。提升機跨便道布設(shè)，原地面受地形坡度影響坡降大，標(biāo)高較低，為了不影響便道的通行同時滿足提升機的提升要求，需為提升機修筑高大基礎(chǔ)，因此在現(xiàn)場布設(shè)時將提升機基礎(chǔ)布置在便道與基坑之間。出渣系統(tǒng)縱斷面布置詳見圖2-1。圖2-1出渣系統(tǒng)縱斷面布置圖(單位：cm)挖掘機上下錨洞采用自行設(shè)計加工的專用平板車運輸,絞車提升,在左右洞口設(shè)置挖掘機進(jìn)出通道。挖掘機運輸平車與出渣礦車在洞內(nèi)共用一條軌道，在洞口設(shè)置岔軌和平車停靠平臺，礦車運行時平車停在岔軌末端的停車平臺內(nèi)，平車運行時礦車停靠在卸渣槽上方的主軌上。平車及礦車?？繒r均要求采用雙保險，前端拉環(huán)處用鋼絲繩系于地錨上，后端后車輪用卡軌器卡牢。出渣系統(tǒng)平面布置見圖2-2。圖2-2出渣系統(tǒng)平面布置圖2.2.2挖掘機運輸平車設(shè)計隧道錨開挖的石渣的耙渣、裝渣采用0.6m3斗容的挖掘機。挖機在爆破的過程中必須運出隧道，而隧底軌道的最大傾角達(dá)53.8°，挖機本身無法在此坡面上穩(wěn)定。挖掘機上下錨洞必須設(shè)計專門的運輸平臺，保證挖掘機能緩慢移動上平臺并在平臺上保持穩(wěn)定。故將挖掘機運輸平臺設(shè)計成楔形平臺，楔形平臺的夾角為27°，這樣在洞底坡面達(dá)53.8°時楔形平臺的頂面與水平面的夾角為26.8°挖掘機能順利爬上平臺并在其上保持穩(wěn)定,平車寬2.6m，長3.6m，前后輪距1.75m，左右輪距0.9m。運輸平車見圖2-3。圖2-3挖掘機運輸平車圖（單位：cm）平車穩(wěn)定性驗算比較洞底坡度48.2°與洞底坡度53.8°時挖掘機與運輸平車運行的兩種工況,在洞底坡度53.8°時整個運輸系統(tǒng)的傾覆力矩更大,在進(jìn)行穩(wěn)定性驗算時取洞底坡度53.8°的工況進(jìn)行驗算整個運輸系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足挖掘機運輸要求。在進(jìn)行挖掘機運輸系統(tǒng)穩(wěn)定性驗算時未考慮平車啟動瞬間挖掘機慣性對整個系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，因此在實際操作過程中要求提升機緩慢啟動，以消除挖掘機慣性對運輸系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。2.3出渣系統(tǒng)的運行步驟及安全措施2.3.1出渣系統(tǒng)的運行步驟（1）將礦車停在坡度平緩的出渣槽上方前后用鋼絲繩和卡軌器固定牢，卸下提升機上的主鋼絲繩，將提升機主鋼絲繩系在平車上并把平車拖至洞口變坡點上2m處，固定平車解除提升機主鋼絲繩。（2）挖掘機通過挖掘機通道停于平車正前方，掛上提升機主鋼絲繩，挖掘機上平車，并用對拉螺桿、手拉葫蘆等工具將挖掘機牢牢固定在平車上。（3）啟動提升機將挖掘機緩緩放至隧道掌子面，解除固定措施，挖掘機下平車。（4）將挖掘機運輸平車拖至岔軌末端的平車?？科脚_前后用鋼絲繩和卡軌器固定牢，卸下提升機主鋼絲繩將其系在礦車?yán)h(huán)上，撤除礦車固定鋼絲繩和卡軌器，礦車可沿主軌上下正常進(jìn)行石渣運輸。（5）出渣結(jié)束重復(fù)上述步驟將挖掘機提升出洞，洞內(nèi)進(jìn)行下一個循環(huán)的施工。2.3.2出渣系統(tǒng)的運行的安全措施（1）礦用提升機的傳動軸、電器部分、剎車，鋼絲繩，鋼絲繩與礦車?yán)h(huán)的連接，軌道的平整度和牢固程度等關(guān)鍵部位必須每個班檢查，確保各部位正常運行。（2）沿軌道的軸線直線段每7~10m布設(shè)地輪，變坡點上下2m范圍內(nèi)各布設(shè)一個地輪，礦車、平車上下時提升機的主鋼絲繩落在地輪上，避免鋼絲繩與坡面和軌枕摩擦損壞鋼絲繩。（3）整個出渣系統(tǒng)的危險點在挖掘機與平車的上下，挖掘機的固定和上下都必須固定專人作業(yè)，挖掘機在平車上的停放位置直接影響挖掘機與平車的穩(wěn)定，挖掘機的停放位置必須用油漆在平車上做出明顯的標(biāo)志，保證每次挖掘機?？康臏?zhǔn)確性。（4）每次爆破作業(yè)和出渣作業(yè)后，對軌道進(jìn)行一次全面的檢查，軌道平整、牢固且軌道附近清潔無雜物，保證礦車、平車在軌道上的順利運行。（5）挖掘機上下隧洞的速度盡可能放慢，以減少慣性對挖掘機及平車穩(wěn)定性的影響，3、大傾角隧道錨施工工法探討3.1斜井施工方法根據(jù)圍巖的類別、交通條件、斷面尺寸、支護(hù)參數(shù)等因素。斜井工程開挖方法有全斷面開挖和先開挖導(dǎo)洞再進(jìn)行擴大開挖兩種。3.1.1全斷面開挖法采用自上而下進(jìn)行，全斷面一次爆破成型。該法適用于井底無出渣條件，從井底出渣工期不能滿足要求，或斜井傾角小無法布置溜渣的隧道。3.1.2先開挖導(dǎo)井再擴大開挖成型法（1）導(dǎo)井開挖導(dǎo)井開挖可采用普通法、一次鉆孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法和反井鉆機法。前四種方法由于作業(yè)條件差，鉆孔偏斜率大，只能用于較淺的井。反井鉆機法，用勞動力少，適用性強，開挖速度快，已成為導(dǎo)井開挖的主要方法。反井鉆機開挖導(dǎo)井。適用于中等硬度的巖石，開挖次序為先自上而下鉆導(dǎo)孔，再自下而上擴孔成井。該法具有鉆進(jìn)速度快、工效高、施工安全、勞動強度低、施工精度高、質(zhì)量好等優(yōu)點，是水電工程豎井、斜井開挖新開辟的一種施工方法。（2）擴大開挖方法導(dǎo)井貫通以后，自上而下進(jìn)行擴大開挖。擴大開挖采用特制的軌式擴挖平臺車，進(jìn)行鉆孔裝藥，爆破石渣從導(dǎo)井溜至井底，再用其他機械裝運出渣。3.2xx大橋隧道錨出渣系統(tǒng)中存在的不足和改進(jìn)方法3.2.1出渣系統(tǒng)中存在的不足（1）出渣系統(tǒng)考慮時僅考慮了運渣系統(tǒng)的運渣能力與工程工期以及運渣系統(tǒng)的運行安全，而沒有充分考慮耙渣設(shè)備的對系統(tǒng)的特殊要求，出渣系統(tǒng)存在軌距偏小、耙渣設(shè)備運輸平車前后輪距偏小等不利因素。（2）提升設(shè)備選型時選用2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車，考慮每個洞配2臺側(cè)卸式礦車，但在現(xiàn)場實際操作中，礦車上下洞的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于挖掘機裝車時間，采用2臺側(cè)卸式礦車并不能大幅提升出渣效率。（3）側(cè)卸式礦車設(shè)計時，箱體的長高比值沒有考慮礦車停在53.8°的斜坡上時，渣料在車箱內(nèi)的分布情況，使車廂裝渣后整個礦車的中心超過了礦車的后輪軸，提升機鋼絲繩帶勁后容易出現(xiàn)前輪脫離軌道的情況。（4）提升機調(diào)速方法采用通過集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉(zhuǎn)速，這種轉(zhuǎn)速控制法能耗大，調(diào)速范圍小，平滑性差，低速機械特性軟，并且轉(zhuǎn)速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟，電網(wǎng)電壓的高低對速度影響很大，對減速機、連軸器、鋼絲繩的機械沖擊大，使用壽命短。3.2.2改進(jìn)方法（1）綜合考慮耙渣、運渣設(shè)備的要求，加大軌距，在施工現(xiàn)場條件許可的前提下，盡可能延長斜坡道的距離，將兩次變坡改為三次乃至于四次變坡，為加大前后輪距創(chuàng)造條件。（2）選用20t單筒絞車。（3）在側(cè)卸式礦車箱體內(nèi)增設(shè)隔板，改善渣料的分布，同時提高提升機鋼絲