線性工程有軌出渣技術的研究與應用

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，隧洞穿越地層地質條件較差，Ⅳ類圍巖約占40%；Ⅴ類圍巖約占20%。溶溝溶槽發育，風化破碎嚴重，巖體完整性差。圍巖極不穩定或穩定性差，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。加上隧洞長（余家寨隧洞長度達到11340 m），排風散煙困難；地質條件極差，無法滿足無軌出渣設備重車通行要求，確定采用有軌運輸方式。

1 有軌出渣設備的設計和確定

根據確定的出渣方式，機械設備的選型力求在保證工期的前提下，減少設備投入，降低生產成本，使各工序作業能力匹配，實現均衡生產，提高經濟效益[1]。

1.1 梭式礦車與礦斗車比選

目前國內有軌出碴方法主要在梭礦和礦斗之間選擇，根據對有軌出碴中采用梭式礦車或礦斗車出碴方案的考察調研和比選分析，選定礦斗車進行 出渣。其主要優缺點如表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缺點比較 Table 1 Advantages and disadvantages comparison between shuttle and hopper tramcar

1.2 軌道選擇與設計

根據載重要求，4 m3石渣及礦車?。?.6*4+4.56）T=10.96 T，并滿足快速運輸的要求（出渣控制時速不超過15 km/h），運輸軌道采用24#鋼軌架設，軌距900 mm，可滿足本工程出渣運輸要求。

1.3 斜井井底車場設計

（1）洞底車場的布置

礦車在車場內折返穿梭直線運行，在存車線旁側線路上調車，在支洞底部設置車場進行調車。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，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，h/d；1.15——運輸不均衡系數，K——石渣系數，0.1~0.25；t——列車進入井底車場的平均間隔時間，按6 h 循環出渣時間，每次循環出渣量按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 支洞提升絞車設計

施工支洞及進入主洞后的工作面的開挖，根據《水利水電施工通用安全技術規程》和《煤礦安全規程》關于提升絞車的要求，結合本工程洞挖強度，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參數。

（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；f1：軌道礦車摩擦系數，取0.015；f2：鋼絲繩摩擦系數，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?。?.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，按照國家煤礦安全規程，安全系數取6.5。

對渣料與混凝土運輸進行驗算，Fmax×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。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）絞車基礎穩定性

根據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，基礎混凝土受壓強度為115/0.8=575 KPa<30×103KPa，C30 混凝土可滿足基礎強度需要[3]。

2 隧洞有軌出渣的運行

2.1 平洞（主洞）設施布置

每條主洞配兩臺12 t 電瓶車，三臺8 m3側卸式礦車；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 主洞設施布置示意圖 Fig. 3 Schematic layout of main tunnel facilities

圖4 出渣提升系統立面圖 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，如此循環作業[5]。

3 效果分析

通過實踐，有軌出渣技術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壓力，極大地改善了洞內作業環境，礦車的使用使得運輸設備可以靈活進出隧洞出渣；軌道布置避免了運輸設備在不良地質條件下的施工不確定性，減少了設備的維修費用，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[6]。

4 結論

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點，對工期緊、作業面小、不具備無軌出渣條件的工程有一定的借鑒意義。