線性工程有軌出渣技術(shù)的研究與應(yīng)用

謝娜娜

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410200）

0 引言

貴州省夾巖水利樞紐工程北干渠6 標段總長度15.583 km，其中有主隧洞4 座，總長達14833 m，工程平面布置圖見圖 1。主洞呈圓形斷面，洞徑6.0~6.2 m，隧洞穿越地層地質(zhì)條件較差，Ⅳ類圍巖約占40%；Ⅴ類圍巖約占20%。溶溝溶槽發(fā)育，風(fēng)化破碎嚴重，巖體完整性差。圍巖極不穩(wěn)定或穩(wěn)定性差，隧洞洞身段位于地下水以下，且處于為強巖溶地層，受巖溶影響較大，涌水、涌泥現(xiàn)象嚴重。所布置的3 個施工支洞均為斜井，1#、2#、3#施工支洞坡度分別為28.8%、30.1%、40.6%，采用無軌出渣基本無法實現(xiàn)。加上隧洞長（余家寨隧洞長度達到11340 m），排風(fēng)散煙困難；地質(zhì)條件極差，無法滿足無軌出渣設(shè)備重車通行要求，確定采用有軌運輸方式。

1 有軌出渣設(shè)備的設(shè)計和確定

根據(jù)確定的出渣方式，機械設(shè)備的選型力求在保證工期的前提下，減少設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本，使各工序作業(yè)能力匹配，實現(xiàn)均衡生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益[1]。

1.1 梭式礦車與礦斗車比選

目前國內(nèi)有軌出碴方法主要在梭礦和礦斗之間選擇，根據(jù)對有軌出碴中采用梭式礦車或礦斗車出碴方案的考察調(diào)研和比選分析，選定礦斗車進行 出渣。其主要優(yōu)缺點如表1 所示。

圖1 隧洞平面布置圖 Fig. 1 Tunnel layout

表1 梭式礦車與礦斗車優(yōu)缺點比較 Table 1 Advantages and disadvantages comparison between shuttle and hopper tramcar

1.2 軌道選擇與設(shè)計

根據(jù)載重要求，4 m3石渣及礦車?。?.6*4+4.56）T=10.96 T，并滿足快速運輸?shù)囊螅ǔ鲈刂茣r速不超過15 km/h），運輸軌道采用24#鋼軌架設(shè)，軌距900 mm，可滿足本工程出渣運輸要求。

1.3 斜井井底車場設(shè)計

（1）洞底車場的布置

礦車在車場內(nèi)折返穿梭直線運行，在存車線旁側(cè)線路上調(diào)車，在支洞底部設(shè)置車場進行調(diào)車。車場布置如圖2 所示。

圖2 施工支洞洞底車場布置示意圖 Fig. 2 Schematic layout of bottom yard of construction branch tunnel

（2）井底車場通過能力計算

本工程最高出渣強度為19 萬t/年，以此驗算井底車場通過能力。

井底車場通過能力采用下式計算：

式中：N——井底車場通過能力，萬t/a；n——一列礦車數(shù)，本工程為3 輛；G——每輛礦車實際載重，取17 t；300——年工作日，d / a；14——日工作時數(shù)，h/d；1.15——運輸不均衡系數(shù)，K——石渣系數(shù)，0.1~0.25；t——列車進入井底車場的平均間隔時間，按6 h 循環(huán)出渣時間，每次循環(huán)出渣量按75 m3*2.5 t/m3＝190 t 計算，共需出渣車次為12 車，每車平均間隔時間為30 min。

通過上式計算得井底車場通過能力為29 萬t/a>年最大出渣強度19 萬t，可滿足要求[2]。

1.4 支洞提升絞車設(shè)計

施工支洞及進入主洞后的工作面的開挖，根據(jù)《水利水電施工通用安全技術(shù)規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于提升絞車的要求，結(jié)合本工程洞挖強度，即單次最大運輸洞挖石渣料4 m3，計算的最大運輸荷載為10.96 t，確定斜井運輸提升絞車的技術(shù)參數(shù)。

（1）鋼絲繩最大靜張力計算

鋼絲繩最大靜張力Fmax=(G最大+G礦車)×(sina+f1× cosa)+P繩×L×(sina+f2×cosa)

α：支洞斜角度數(shù)；f1：軌道礦車摩擦系數(shù)，取0.015；f2：鋼絲繩摩擦系數(shù)，取0.3；P繩：鋼絲繩延米重量，L：鋼絲繩長度；G 最大+G 礦車：重量，4 m3石渣及礦車取（1.6*4+4.56）T=10.96T（3#支洞最大裝渣為3 m3，重量9.36 T）。

鋼絲繩破斷拉力：F斷≥Fmax×f

f：安全系數(shù)，按照國家煤礦安全規(guī)程，安全系數(shù)取6.5。

對渣料與混凝土運輸進行驗算，F(xiàn)max×f 計算成果如表2 所示。

絞車鋼絲繩直徑確定為24.5 mm，最多三層纏繞鋼絲繩，可滿足提升要求。

（2）絞車選型計算

提升絞車卷筒直徑提物時是鋼絲繩直徑的60倍。即卷筒直徑D=60*d。

絞車卷筒直徑不小于1.47 m，卷筒尺寸，選用 1.6 m 為宜。

表2 余家寨隧洞施工支洞絞車鋼絲繩破斷拉力驗算成果表 Table 2 Checking calculation results of broken tension of branch tunnel winch wire rope of Yujiazhai tunnel construction

（3）電瓶車電機功率

施工所需牽引力與最大靜拉力：FJmax=44.84 KN

電機功率：P＝K×FJmax×V/1000n

式中：P——電機功率；K——備用系數(shù)。1.15～1.2，取1.2；FJmax——鋼絲繩最大靜拉力；N——電動機傳動效率，0.85；V——絞車運行速度，1.5 m/s。

經(jīng)計算電機功率P=94.96 KW，配置110 KW 電機可滿足要求。

通過計算本工程提升設(shè)備選用 JTP(B)-1.6× 1.2(P)型提升絞車，24.5 mm 鋼絲繩、卷筒直徑1.6 m。

（4）絞車基礎(chǔ)穩(wěn)定性

根據(jù)本工程選定的絞車型號，絞車整機重量G2=115 KN，絞車整機接觸面0.2 m2，基礎(chǔ)混凝土受壓強度為115/0.8=575 KPa<30×103KPa，C30 混凝土可滿足基礎(chǔ)強度需要[3]。

2 隧洞有軌出渣的運行

2.1 平洞（主洞）設(shè)施布置

每條主洞配兩臺12 t 電瓶車，三臺8 m3側(cè)卸式礦車；每個掌子面配置一臺扒渣機，裝渣能力不低于120 m3/h。每隔300 m 設(shè)置一個錯車道，平洞軌道及錯車道布置見圖3，圖4。主洞段開挖掌子面采用扒渣機裝渣，用電瓶車牽引側(cè)卸式礦車至施工支洞（斜井）井底車場，洞外配置卷揚機，雙鉤大絞車提升至洞外卸渣。平洞段礦車運行速度不得超過15 km/h。

2.2 斜井（施工支洞）段提升施工

圖3 主洞設(shè)施布置示意圖 Fig. 3 Schematic layout of main tunnel facilities

圖4 出渣提升系統(tǒng)立面圖 Fig. 4 Vertical view of deslagging elevation system

斜井段開挖采用小挖機裝渣，絞車提升側(cè)卸礦車出渣。主洞開挖石渣由電瓶車牽引至斜井底 部車場后，換用雙鉤大絞車提升至洞外卸渣，洞外采用液壓反鏟轉(zhuǎn)運裝車，自卸汽車分別從支洞口道路運至指定渣場堆存。絞車提升速度不得大于3.5 m/s。

為保證斜井段行車安全，斜坡軌道長度在200~300 m 之間時，軌道中間設(shè)置一道防跑車裝置；長度300~500 m 時，在上部變坡點最后一道擋車器和軌道底擋車器之間均勻布置兩道防跑車裝置；500 m 以上軌道，在上部變坡點最后一道擋車器和軌道底擋車器之間均勻布置三道[4]。

2.3 行車調(diào)度

本標段隧洞采用兩臺電瓶車3 臺礦車配套出渣，施工時主洞兩頭兩個掌子面安排同時爆破，爆后待排煙、排險處理后開始出渣施工。出渣時，電瓶車牽引1#、2#礦車自洞口車場進洞分別至兩側(cè)A、B 掌子面(見圖2)，3#礦車停在斜井底部車場等待。1#礦車在A 掌子面裝車后由電瓶車牽引至車場后，松開牽引掛鉤，由絞車提升1#礦車出洞，電瓶車則牽引3#礦車立即進洞至A 掌子面裝渣。

此時，2#礦車在B 掌子面裝車后也由電瓶車牽引至車場，1#礦車洞外卸渣后由絞車放回斜井底部車場，再將2#礦車提升出洞卸渣，電瓶車則牽引1#礦車至B 掌子面卸渣。3#礦車裝渣出洞后，則由2#礦車至A 掌子面裝渣，如此循環(huán)作業(yè)[5]。

3 效果分析

通過實踐，有軌出渣技術(shù)在貴州省夾巖水利樞紐工程北干渠6 標工程隧洞工程施工中發(fā)揮了不可忽視的作用，電瓶車的使用減小了長隧洞施工的通風(fēng)壓力，極大地改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，礦車的使用使得運輸設(shè)備可以靈活進出隧洞出渣；軌道布置避免了運輸設(shè)備在不良地質(zhì)條件下的施工不確定性，減少了設(shè)備的維修費用，從而降低了施工成本，提高了工作效率，保證了工程的進度要求，為工程的順利完成奠定了基礎(chǔ)[6]。

4 結(jié)論

采用有軌出渣運輸方式在解決了斜井出渣難

題的同時，還具備了上述諸多優(yōu)點，對工期緊、作業(yè)面小、不具備無軌出渣條件的工程有一定的借鑒意義。