大傾角斜井施工提升運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱慶凱

（河南錦源建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450000）

近些年來，我國大量抽水蓄能電站開始投建。抽水蓄能電站規(guī)模越來越大，落差也越來愈大，電站中大傾角斜井工程不斷增多，施工難度也不斷增大。斜井施工中施工空間相對狹小，施工機(jī)械布置不便，尤其是大傾角斜井施工難度大，安全危險(xiǎn)源多。黑龍江荒溝抽水蓄能電站引水斜井坡度為50°，最長的一個(gè)斜井長為387.57 m，在水電施工及煤礦建設(shè)領(lǐng)域?qū)崒俸币姟?/p>

大坡度斜井施工，存在運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)大，斜井人車安全要求高；斜井內(nèi)矸石、材料極易滾落傷人，工作面安全防護(hù)難度大；設(shè)備、工具需人工搬運(yùn)至工作面，勞動強(qiáng)度大，效率低；工作面鉆爆施工困難；工作面械設(shè)備布置受限，人工出渣勞動強(qiáng)度大。確保大坡度情況下，有一套安全可靠的提升運(yùn)輸系統(tǒng)，對整個(gè)工程施工至關(guān)重要。

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站引水斜井包括1#、2#兩條斜井，每條引水斜井分成上斜井和下斜井兩段；每段斜井包括上彎段、斜井直段、下彎段；上彎段、下彎段均為空間轉(zhuǎn)彎。上斜井的上彎段與引水上平洞相連，上斜井的下彎段與引水中平洞相連。5#施工支洞、4#施工支洞連通引水上平洞、引水中平洞作為施工通道。下斜井的上彎段與引水中平洞相連，下斜井的下彎段與引水下平洞相連。4#施工支洞、2#施工支洞連通引水中平洞、引水下平洞作為下斜井施工通道。

圖1 斜井結(jié)構(gòu)布置

四條斜井中1#上斜井已經(jīng)施工完畢，剩余三條斜井：1#下斜井全長為383.75 m，其中直線段長度為341.12 m；2#上斜井全長為229.19 m，其中直段段長度為185.55 m；2#下斜井段長度為344.94 m。斜坡段坡度均為50°。斜井開挖斷面為圓形，直徑7.9 m。支護(hù)采用錨噴支護(hù)。均采用導(dǎo)井法施工，導(dǎo)井Φ2.4 m。

2 提升運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斜井導(dǎo)井施工完成后，斜井?dāng)U挖采用自上而下施工成井。為了滿足斜井?dāng)U挖時(shí)人員、材料、設(shè)備井內(nèi)運(yùn)輸及工作面作業(yè)安全，井口布置運(yùn)輸車提升系統(tǒng)和防護(hù)臺車提升系統(tǒng)，通過鑿井絞車、天輪導(dǎo)向進(jìn)行提升。擴(kuò)挖提升系統(tǒng)布置見圖2。

圖2 斜井?dāng)U挖系統(tǒng)布置

斜井提升系統(tǒng)主要包括提升絞車、運(yùn)輸車及防護(hù)臺車。運(yùn)輸車負(fù)責(zé)作業(yè)人員、施工材料、風(fēng)水管路、工器具的運(yùn)輸。提升采用2JZ-10/800 型雙滾筒鑿井絞車。運(yùn)輸車自重為3.5 t，設(shè)計(jì)載重2 t。防護(hù)臺車主要用作斜井安全防護(hù)、導(dǎo)井安全防護(hù)和工作平臺，提升采用1 臺2JZ-16/800 型鑿井絞車，防護(hù)臺車自重為7 t，設(shè)計(jì)載重2 t。為保證上平洞與中平洞洞內(nèi)運(yùn)輸空間，斜井鑿井絞車靠平洞左側(cè)布置，使用雙繩提升車輛，一根鋼絲繩負(fù)責(zé)提升另一根負(fù)責(zé)安全防護(hù)，當(dāng)提升繩意外斷繩時(shí)，防護(hù)繩可以滿足全部提升需求，保證在出現(xiàn)意外情況下能夠保證運(yùn)輸車輛的運(yùn)行安全。

2.2 提升車輛設(shè)計(jì)

（1）運(yùn)輸車。運(yùn)輸車主要用作斜井人員及材料、小型工器具運(yùn)輸。運(yùn)輸車設(shè)計(jì)廂式結(jié)構(gòu)，采用16#、12#工字鋼及鋼板等輔助材料制作而成，其中車輪使用Φ600 實(shí)芯膠輪，并考慮對運(yùn)輸車增加減震系統(tǒng)，以減少人員不舒適感。運(yùn)輸車在底盤兩側(cè)設(shè)計(jì)有導(dǎo)向輪，防止行駛過程中跑偏，在井口上彎段停車位置安裝限位開關(guān)，用作安全防護(hù)。運(yùn)輸車由專業(yè)廠家定制。

（2）防護(hù)臺車。防護(hù)臺車做施工安全平臺，為保證斜井施工安全，采用一個(gè)無軌膠輪型鋼結(jié)構(gòu)的安全施工平臺，用以防止斜井內(nèi)墜石對井下施工人員造成傷害，同時(shí)該平臺作為支護(hù)、管線延伸、井內(nèi)安全防護(hù)平臺。施工安全平臺設(shè)置為二層，上層為安全防護(hù)平臺，下層為工器具放置平臺，工作面作業(yè)時(shí)臺車下落至最底處。

（3）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①在防護(hù)臺車車頭前側(cè)底部設(shè)置擋欄，寬度3 m，高度為1.8 m，距離底板高度0.1 m，能夠有效阻止沿溝槽內(nèi)滑落的墜物對作業(yè)面人員的傷害。

②臺車頂層護(hù)板能有效防止工作面附近頂板掉渣。

2.3 提升系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

表1 斜井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.4 提升系統(tǒng)受力計(jì)算

荒溝電站引水2#上斜井、1#和2#下斜井提升系統(tǒng)主要包括運(yùn)輸車提升系統(tǒng)和防護(hù)臺車提升系統(tǒng)。為保證車輛運(yùn)行安全，均采用雙繩提升系統(tǒng)。

運(yùn)輸車采用1 臺2JZ-10/800 型鑿井絞車提升，在上平臺上布置橫梁安裝導(dǎo)向輪，提升鋼絲繩選用Φ30 mm 不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，運(yùn)輸車自重為3.5T，設(shè)計(jì)載重為2T。

防護(hù)臺車采用1 臺2JZ-16/800 鑿井絞車提升，在上平臺上布置橫梁安裝導(dǎo)向輪，提升鋼絲繩選用Φ30 mm 不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩[1]，防護(hù)臺車自重為7T，設(shè)計(jì)載重為2T。

表2 JZ-10/800 鑿井絞車主要技術(shù)參數(shù)

表3 2JZ-16/800 鑿井絞車主要技術(shù)參數(shù)

（1）鑿井絞車受力分析

運(yùn)輸車鑿井絞車受力分析

運(yùn)輸車鑿井絞車與導(dǎo)向輪的出繩角度為13°，鑿井絞車受力主要為運(yùn)輸車的拉力F、地腳錨桿的錨固力F0、鑿井絞車與地面之間的摩擦力f[2]。

①根據(jù)《簡明建井工程手冊》錨筋計(jì)算

每臺鑿井絞車布置8 根地腳錨桿。

②鑿井絞車底座摩擦力f，由于本工程地腳錨桿焊接在絞車基礎(chǔ)底座上，故摩擦力計(jì)算不考慮錨桿預(yù)緊力作用。

③鑿井絞車錨筋容許水平向剪力為：

④鑿井絞車提升人員時(shí)拉力為：

⑤鑿井絞車提升物料（2t）時(shí)拉力為：

鑿井絞車提升力驗(yàn)算：100 kN/54.13=1.85＞1.5 倍，滿足要求。

⑥按提物對鑿井絞車進(jìn)行驗(yàn)算，故：鑿井絞車水平向所受分力為：

⑦鑿井絞車錨桿豎向所受分力為：

Fy=F=54.13 kN＜8 F0=8×29.4=235.2 kN

滿足使用要求。

（2）防護(hù)臺車鑿井絞車受力分析

防護(hù)臺車鑿井絞車與導(dǎo)向輪的出繩角度為8°。鑿井絞車受力主要為臺車的拉力F、地腳錨桿的錨固力F0、鑿井絞車與地面之間的摩擦力f。

①根據(jù)《簡明建井工程手冊》錨筋計(jì)算：

每臺鑿井絞車布置8 根地腳錨桿。

②鑿井絞車底座摩擦力f，由于本工程地腳錨桿焊接在絞車基礎(chǔ)底座上，故摩擦力計(jì)算不考慮錨桿預(yù)緊力作用。f=μ·N=μ·G=156 kN

③鑿井絞車錨筋容許水平向剪力為：

④鑿井絞車提升防護(hù)臺車時(shí)拉力為：F=[(G+G2)(sinα+fcosα)+PL(sinα+f1cosα)]=81.29 kN

鑿井絞車提升力驗(yàn)算：160/81.29=1.97＞1.5倍，滿足使用要求。

⑤按提物對鑿井絞車進(jìn)行驗(yàn)算，故：鑿井絞車水平向所受分力為：

Fx=F=81.29 kN＜8

τ+f=8×58.9+156=627.2 kN

⑥鑿井絞車錨桿豎向所受分力為：

Fy=F=81.29 kN＜8 F0=8×29.4=235.2 kN

（3）提升鋼絲繩驗(yàn)算

①運(yùn)輸車提升鋼絲繩驗(yàn)算（常規(guī)）

運(yùn)輸車開挖期間主要運(yùn)輸人員和物料，鋼絲繩選直徑Φ=30 mm，鋼絲繩運(yùn)輸工況為：鋼絲繩強(qiáng)度等級1 870 N/mm2，鋼絲繩型號為18×7，鋼絲繩的最小破斷拉力為522 kN。

經(jīng)計(jì)算提人時(shí)安全系數(shù)15.48，大于14[3]，滿足要求。提物時(shí)安全系數(shù)12.37，大于6，滿足要求，根據(jù)以上驗(yàn)算所選鋼絲繩符合安全規(guī)定。

②防護(hù)臺車提升鋼絲繩驗(yàn)算

臺車開挖期間主要做為防護(hù)平臺，鋼絲繩選直徑Φ=30 mm，鋼絲繩運(yùn)輸工況為：鋼絲繩強(qiáng)度等級1 870 N/mm2，鋼絲繩型號為18×7，鋼絲繩的最小破斷拉力為522 kN。經(jīng)計(jì)算鋼絲繩安全系數(shù)驗(yàn)算8.24，大于6[4]，滿足要求。根據(jù)以上驗(yàn)算所選鋼絲繩符合安全規(guī)定。

4 結(jié)語

經(jīng)過工程全過程施工的驗(yàn)證，采用運(yùn)輸車加防護(hù)臺車的提升運(yùn)輸系統(tǒng)，能夠切實(shí)保障施工安全，同時(shí)為工程快速施工創(chuàng)造了有利條件，為該工程安全順利完工提供保障?！端娝こ绦本Q井施工規(guī)范》DL/T5407-2009。