大坪斜井有軌運(yùn)輸施工技術(shù)研究

吳發(fā)展

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471009）

為加快長(zhǎng)大隧道的施工進(jìn)度，常通過(guò)斜井、橫洞等輔助導(dǎo)洞另辟工作面，受正線隧道埋深、地形等限制，輔助導(dǎo)洞坡度較陡不適合汽車運(yùn)輸，采用有軌運(yùn)輸。鐘有信等［1］介紹了龍廈鐵路斜井的有軌運(yùn)輸系統(tǒng)及相應(yīng)的安全管理技術(shù)，張海超等［2］探討了有軌斜井?dāng)嗝孢x擇及裝碴運(yùn)輸設(shè)備選配，劉樹明［3］對(duì)象山隧道3個(gè)有軌斜井運(yùn)輸系統(tǒng)安全管理進(jìn)行探討和研究，高鴻毅［4］分析探討了有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。木寨嶺鐵路隧道大坪有軌斜井縱坡在44%左右，屬陡坡斜井，結(jié)合有軌斜井實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)有軌運(yùn)輸施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和探討。

1 工程概況

大坪有軌斜井位于海拔2 850m的高原地帶，斜井洞身地段基本為板巖和炭質(zhì)板巖，其洞口下穿212國(guó)道段的地質(zhì)為炭質(zhì)泥巖，正洞穿越炭質(zhì)板巖和炭質(zhì)頁(yè)巖，該巖遇水易崩解軟化。大坪有軌斜井主井與木寨嶺隧道左線線路中線相交里程為DK180+215，與進(jìn)口方向成53°51′18″夾角；大坪有軌斜井副井與木寨嶺隧道左線線路中線相交里程為DK180+250，進(jìn)口方向成 53°57′32″。主井縱坡44%，井長(zhǎng)810m，副井縱坡43.7%，井長(zhǎng)809m。大坪有軌斜井承擔(dān)正洞DK179+420～DK181+350段，共1 930m的施工任務(wù)。主斜井口安裝1臺(tái)2JK3.5×1.8/20雙滾筒提升機(jī)，副斜井口安裝1臺(tái)JK2.5×2-30單滾筒提升機(jī)，井內(nèi)采用10m3礦車運(yùn)碴至井外卸碴棧橋，洞外安排WA-380裝載機(jī)配合20t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)碴，倒運(yùn)至棄碴場(chǎng)。

2 斜井?dāng)嗝孢x擇

主井以出碴運(yùn)輸為主，鋪設(shè)4軌雙車道，為滿足正洞出碴選用的KZ10型側(cè)卸式礦車，其外形尺寸為5 750mm×1 800mm×1 740mm（長(zhǎng)×寬×高）。

副井以進(jìn)料和人員為主，鋪設(shè)2軌單車道，為方便運(yùn)料，選用KZ4型側(cè)卸式礦車，其外形尺寸為3 850mm×1 500mm×1 468mm（長(zhǎng)×寬×高）。

斜井?dāng)嗝婵臻g尺寸［5］，應(yīng)滿足出碴、進(jìn)料、人行道、通風(fēng)管、排水管、有軌運(yùn)輸?shù)南藿绾桶踩嚯x，還要考慮建井機(jī)械和大型車輛、構(gòu)件通過(guò)空間，還有文明施工的燈箱安裝，保障安全的信號(hào)設(shè)施和視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝空間，主要考慮以下因素［6］：

①礦車尺寸及運(yùn)行安全距離：軌距90cm，礦車寬度180cm?！惰F路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB10304-2009）有軌運(yùn)輸作業(yè)規(guī)定：嚴(yán)格控制軌距、線間距和線形?！惰F路隧道施工技術(shù)指南》（TZ204-2008）要求兩股軌道上運(yùn)行車輛之間的安全距離是50cm?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：兩礦車相向運(yùn)行最突出處最小凈距不小于20cm，無(wú)人行道一側(cè)礦車與邊墻的距離30cm（綜合機(jī)械化采煤礦井為0.5cm）。方斗山隧道通風(fēng)斜井和象山隧道斜井的情況表明，運(yùn)行車輛之間20cm的距離是能夠滿足安全需要的。

②人行通道：為養(yǎng)道及設(shè)備檢修必須設(shè)人行道，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運(yùn)輸巷的一側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機(jī)械化采煤礦井為1m）以上的人行道。

③水管、風(fēng)管安放空間：保證施工期間正洞抽排水量和向正洞輸送高壓風(fēng)，留足水管、風(fēng)管空間，按單排φ200mm水管計(jì)算，水管、風(fēng)管占用的寬度不應(yīng)小于40cm。

④通風(fēng)管空間：根據(jù)隧道正洞施工期間通風(fēng)量所需要的風(fēng)管直徑，考慮風(fēng)管懸掛高度和停風(fēng)時(shí)的下垂高度。本項(xiàng)目施工期間采用φ1 500mm風(fēng)管，其懸掛高度為2 700mm，風(fēng)管下方考慮500mm的安全空間，則風(fēng)管所需要的空間高度為3.2m

⑤大型車輛及大型構(gòu)件的通行：正洞為無(wú)軌運(yùn)輸，正洞所需要的大型運(yùn)輸車輛、裝碴設(shè)備均需通過(guò)斜井運(yùn)到正洞工作，這些車輛、設(shè)備工作一段時(shí)間，還需要通過(guò)斜井運(yùn)到洞外進(jìn)行維修保養(yǎng)。正洞施工所需的二次襯砌模板臺(tái)車等大型構(gòu)件也需要通過(guò)斜井運(yùn)輸。斜井空間斷面必須考慮這些因素。

⑥溜槽預(yù)留空間：施工組織設(shè)計(jì)采用溜槽向正洞輸送二次襯砌混凝土，斜井?dāng)嗝姹仨毧紤]溜槽位置，溜槽寬度一般不小于70cm。

根據(jù)以上因素，確定主井最小斷面（圖1）和副井最小斷面（圖2）。

圖1 主井最小斷面（單位：cm）

圖2 副井最小斷面（單位：cm）

3 提升設(shè)備檢驗(yàn)、檢查

為保障提升設(shè)備運(yùn)行安全，在投入使用前，由當(dāng)?shù)厥屑?jí)特種設(shè)備檢驗(yàn)所對(duì)提升設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)，檢驗(yàn)依據(jù)：《起重機(jī)械安全規(guī)程》（GB/T6067-85）、《煤礦在用提升絞車系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》（AQ1016-2005）。主要檢測(cè)項(xiàng)目有：

①技術(shù)資料：有出廠合格證，使用維護(hù)說(shuō)明書，檢查維護(hù)制度，操作規(guī)程，駕駛員操作證，安裝檢驗(yàn)記錄和安全檢驗(yàn)合格證。

②金屬結(jié)構(gòu)：焊縫不允許存在裂紋和開焊；螺栓連接不得松動(dòng)，無(wú)缺損。

③鋼絲繩：有合格證；不得有打結(jié)、扭曲和擠壓現(xiàn)象；潤(rùn)滑良好。

④滑輪：無(wú)裂紋和損傷鋼絲繩的缺陷，有防止鋼絲繩跳槽的裝置。

⑤制動(dòng)器：各鉸接部位動(dòng)作靈活，各零部件不得有裂紋和塑性變形。

⑥卷?yè)P(yáng)機(jī)：鋼絲繩從卷筒下方繞入，并略高于地面，不得與地面或其他障礙物摩擦；卷?yè)P(yáng)機(jī)的支承面平整堅(jiān)實(shí)，固定可靠，防止工作時(shí)滑動(dòng)或傾覆。

⑦電氣保護(hù)：控制電源回路短路保護(hù)、照明電源設(shè)獨(dú)立的控制和短路保護(hù)。

⑧安全防護(hù)裝置：限位裝置可靠有效，緊急剎車裝置動(dòng)作靈活，安全可靠。

⑨空負(fù)荷試驗(yàn)：各種操作機(jī)構(gòu)靈活；電氣系統(tǒng)、聯(lián)鎖、限位、制動(dòng)裝置功能準(zhǔn)確，動(dòng)作靈敏可靠；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常，運(yùn)行平穩(wěn)。

提升設(shè)備正式使用前，必須在當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)登記，經(jīng)審查批準(zhǔn)、登記建檔，取得使用證，方可使用。根據(jù)定期檢驗(yàn)制度，使用過(guò)程中，按期向當(dāng)?shù)鼐哂匈Y格的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)?jiān)谟闷鹬貦C(jī)械的安全技術(shù)檢驗(yàn)。使用單位還須進(jìn)行提升設(shè)備的自我檢查、每日檢查、每月檢查和年度檢查。

斜井提升設(shè)備必須進(jìn)行日常檢查與定期檢查試驗(yàn)，并做出記錄，檢查時(shí)間與項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1 提升設(shè)備檢查與試驗(yàn)項(xiàng)目

4 運(yùn)輸能力提升

斜井有軌運(yùn)輸方案為洞外提升系統(tǒng)、井口卸碴、井底換裝。有軌運(yùn)輸斜井是隧道施工的唯一通道，斷面小、坡度陡；正洞作業(yè)面多，各作業(yè)面可能同時(shí)出現(xiàn)相同工序，如同時(shí)出碴，將因運(yùn)輸能力導(dǎo)致個(gè)別作業(yè)面等待的情況，制約工程進(jìn)度［7］。

為充分利用斜井運(yùn)輸能力，減少出碴和進(jìn)料裝卸占用時(shí)間，提高運(yùn)輸效率，做好現(xiàn)場(chǎng)管控。

井口卸碴采用側(cè)卸式礦車，利用卸碴棧橋上的曲軌，礦車在提升機(jī)牽引下，在行走過(guò)程中自動(dòng)完成卸碴。棧橋的跨度要滿足卸碴長(zhǎng)度，跨度不小于礦車車廂長(zhǎng)的2倍。棧橋下面即為碴倉(cāng)，由裝載機(jī)將碴裝給運(yùn)碴汽車，運(yùn)至棄碴場(chǎng)。由于碴倉(cāng)可以存碴，礦車與運(yùn)碴汽車無(wú)須一對(duì)一配合，施工干擾與管理難度小。

圖3 提升系統(tǒng)洞外布置示意圖（單位：m）

做好現(xiàn)場(chǎng)的施工組織，有軌斜井的施工工作面不宜過(guò)多，保持井底、井口和各作業(yè)面的信息暢通，避免不同作業(yè)面的工序重疊。同時(shí)根據(jù)工期安排確定關(guān)鍵線路，出碴與進(jìn)料都力保關(guān)鍵線路，讓有限的運(yùn)輸能力發(fā)揮最大功效。

材料的快速裝運(yùn)，洞內(nèi)施工用的鋼筋、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等材料，提前成捆；水泥、速凝劑等提前裝箱，采用機(jī)械裝卸。對(duì)于隧道爆破后的個(gè)別大塊石碴，及時(shí)破碎改小，避免大石塊卡住碴倉(cāng)。配置與有軌運(yùn)輸能力相匹配的運(yùn)輸車輛，避免車輛閑置或不足。

5 施工排水與防淹井

有軌斜井坡度大且為反坡排水，一旦發(fā)生涌突水情況，處置不當(dāng)將造成淹井的危害，必須高度重視排水和防淹井。

斜井每隔100m設(shè)臨時(shí)水倉(cāng)一個(gè)，掌子面的出水由潛水泵排至臨時(shí)水倉(cāng)，再在臨時(shí)水倉(cāng)處安設(shè)座式水泵，采用一級(jí)提升直接排出洞外。斜井進(jìn)入正洞且主、副斜井貫通后，在大坪副井井底設(shè)大型水倉(cāng)，用多級(jí)離心泵將水一次提升至洞外。

利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，判斷前方圍巖的節(jié)理和地下水發(fā)育情況，輔以超前深孔探水［8］。對(duì)于涌水量大、周圍圍巖好的集中涌水點(diǎn)進(jìn)行頂水注漿，用φ42mm的鋼管作導(dǎo)水管，將涌水導(dǎo)出，避免給注漿封堵造成困難。對(duì)面狀涌水在出水面上游注漿截?cái)嗨?，?duì)出水面作局部注漿，注漿壓力為1～1.5Mpa，對(duì)水封堵。對(duì)散水地段作徑向注漿，注漿鉆孔梅花形布置，起到注漿堵水的作用。

斜井洞口地面高于周圍地面，洞口設(shè)置橫向截水溝，防止洞外的水進(jìn)入洞內(nèi)。洞口附近堆放沙袋等應(yīng)急物資，一旦出現(xiàn)大水，便于迅速用沙袋保護(hù)洞口，防止洞外水流入洞內(nèi)。

6 防溜車

溜車是有軌運(yùn)輸中最主要的風(fēng)險(xiǎn)因素，防溜車是安全管理的重點(diǎn)，分析可能發(fā)生溜車的原因［9］，分別是：鋼絲繩斷裂、鋼絲繩繩卡損壞、車輛牽引銷子損壞、車輛掉道、安全設(shè)施未發(fā)揮作用、操作失誤。采取針對(duì)性的防控措施，把溜車風(fēng)險(xiǎn)降到最低程度，保證有軌運(yùn)輸安全。

①鋼絲繩檢查：鋼絲繩是有軌運(yùn)輸系統(tǒng)防溜車的核心環(huán)節(jié)，鋼絲繩在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)為重載礦車的牽引工作過(guò)程中，在自身重力作用下，會(huì)落到地滾輪上并不斷產(chǎn)生摩擦，疲勞磨損，其直徑不斷減小甚至斷絲發(fā)生斷裂導(dǎo)致的溜車事故。預(yù)防措施主要是對(duì)鋼絲繩、地滾定期抹油，以減小兩者的運(yùn)行阻力；專職人員檢查鋼絲繩的外觀，測(cè)量直徑，檢查斷絲情況，繩的磨損或斷絲達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，及時(shí)更換新繩；在礦斗車車架上設(shè)斷繩脫鉤保險(xiǎn)器抓鉤，抓鉤能在意外斷繩時(shí)自動(dòng)下落鉤住軌枕而阻止車輛下滑。

②繩卡日常檢查：鋼絲繩的繩卡在運(yùn)行過(guò)程中與地滾等撞擊、摩擦造成損壞或螺母松動(dòng)。必須每天檢查繩卡是否松動(dòng)或損壞，不發(fā)生鋼絲繩抽頭。

③防銷子脫落：礦車與鋼絲繩采用銷子連接，銷子在使用過(guò)程中，將出現(xiàn)磨損、疲勞損壞。檢查銷子直徑與其穿孔的直徑相配合，銷子上方設(shè)門鎖，防止銷子上跳。

④車輛掉道防治：出碴時(shí)難免有個(gè)別碴子掉落在軌道附近，影響車輛安全運(yùn)行；軌道長(zhǎng)期使用，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，路況差易引發(fā)車輛掉道。專業(yè)的養(yǎng)道人員對(duì)軌道進(jìn)行日常巡道檢查，確保軌道幾何尺寸正確，清除軌道周圍的障礙物。

⑤安全設(shè)施管理：每班前由專職電工檢查提升機(jī)防過(guò)卷等安全裝置，確認(rèn)正常后方能運(yùn)行提升機(jī)。車輛停止運(yùn)行時(shí)，及時(shí)關(guān)閉洞口的安全擋車器，防止車輛在自重力的作用下向洞內(nèi)自溜。

⑥操作人員管理：提升機(jī)人員屬特殊工種操作人員，司機(jī)與信號(hào)工必須經(jīng)嚴(yán)格的崗前培訓(xùn)，取得操作資格證方能上崗；聯(lián)絡(luò)信號(hào)清楚、準(zhǔn)確，井內(nèi)和井口的信號(hào)必須由專職信號(hào)工發(fā)送。

7 斜井提升安全保障

提升裝置必須裝設(shè)防止過(guò)卷裝置、防止超速裝置、超負(fù)荷或失壓保護(hù)裝置。

①防止過(guò)卷裝置：當(dāng)提升容器超過(guò)正常卸載位置（或出車平臺(tái)）50cm時(shí)，必須能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。

②防止超速裝置：當(dāng)提升速度超過(guò)最大速度的15%時(shí)，必須能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。

③超負(fù)荷或失壓保護(hù)裝置：當(dāng)提升速度超過(guò)3.5m/s時(shí)，必須裝設(shè)限速器，保證提升容器在達(dá)到井口時(shí)的速度不超過(guò)2m/s；限速器凸輪板的旋轉(zhuǎn)角度不應(yīng)小于270°。

提升機(jī)必須裝設(shè)深度指示器、開始減速時(shí)能自動(dòng)示警的警鈴、司機(jī)不離開座位即能操縱的常用閘和保險(xiǎn)閘，保險(xiǎn)閘必須能自動(dòng)發(fā)生制動(dòng)作用。

在交接班和人員上下井的時(shí)間內(nèi)，必須由正司機(jī)開車，副司機(jī)在旁監(jiān)護(hù)。

在斜井的井口碴倉(cāng)、井身及井底碴倉(cāng)安設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭，配備專線電話、電鈴便于井底信號(hào)工與提升司機(jī)聯(lián)系，提升司機(jī)通過(guò)閉路電視和聯(lián)絡(luò)信號(hào)清晰地監(jiān)控提升全過(guò)程。

8 結(jié)語(yǔ)

考慮施工誤差、管路安裝精度及隧道變形等因素，斜井?dāng)嗝孢x擇時(shí)，應(yīng)留有一定的富余量。

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做好施工排水和涌突水風(fēng)險(xiǎn)管理，防止淹井。

以防溜車和提升機(jī)的安全管理方面為有軌運(yùn)輸做好安全保障。

［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（2）：70-73.

［2］張海超，劉曉翔，王業(yè)剛，等.木寨嶺隧道有軌斜井?dāng)嗝孢x擇及裝碴運(yùn)輸設(shè)備選配［J］.隧道建設(shè)，2010（2）：216-219.

［3］劉樹明.有軌斜井運(yùn)輸安全保障體系研究［J］.隧道建設(shè)，2010（S1）：498-502.

［4］高鴻毅.隧道大坡度斜井有軌、無(wú)軌運(yùn)輸探討［J］.鐵道建筑技術(shù)，2015（1）：75-78.

［5］郭得福，李紅軍，周生喜.象山特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)大斜井施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009（S2）：58-66.

［6］盧智強(qiáng)，羅治軍.通過(guò)斜井施工長(zhǎng)大隧道的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.隧道建設(shè)，2009（S2）：1-6.

［7］熊廷剛.長(zhǎng)距離陡坡斜井提升運(yùn)輸能力的探討［J］.山西建筑，2012（26）：183-185.

［8］趙喜斌.象山隧道4#斜井涌水淹井處理技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2008（6）：707-710.

［9］趙喜斌，郭得福.象山鐵路隧道斜井有軌運(yùn)輸溜車分析及防控措施［J］.隧道建設(shè)，2008（5）：601-604.