皮帶機(jī)出碴運(yùn)輸技術(shù)在斜井隧道施工中的應(yīng)用

劉學(xué)霸

1 工程概況

關(guān)角隧道位于既有鐵路天棚車站—察汗諾車站之間,增建二線線路自新天峻站引出后以32.645 km的隧道穿越青海南山。新建隧道為兩座平行的單線隧道,線間距40 m。隧道進(jìn)口段為8‰的上坡,在嶺脊設(shè)坡度代數(shù)差后,自DK295+700以 9.5‰的坡度連續(xù)下坡。

9號(hào)斜井位于青藏鐵路增建二線線路關(guān)角隧道Ⅱ線右側(cè),與正線交點(diǎn)里程 DYK304+510交角 37°46′8″,軌面高程 3 405.92 m。斜井全長(zhǎng)1 125.9 m,單車道無軌運(yùn)輸,斜井?dāng)嗝?.2 m×6.0 m(寬×高),每100 m設(shè)一處錯(cuò)車道,斜井綜合坡度9.83%,井口高程3 515.45 m,井口與正線高差106.55 m。

9號(hào)斜井正洞地質(zhì)圍巖分布Ⅳ級(jí)圍巖全長(zhǎng)1 519m,Ⅴ級(jí)圍巖全長(zhǎng)2 032 m,Ⅵ級(jí)圍巖全長(zhǎng)300 m,且地下水發(fā)育,可能最大涌水量Qmax=5 443 m3/d。

依據(jù)施組要求9號(hào)斜井承擔(dān)正洞Ⅰ線施工任務(wù)2 356 m(其中西寧向 757 m,里程 DK303+753,格爾木向 1 599 m,里程DK306+109),承擔(dān)正洞Ⅱ線施工任務(wù) 1 495 m(其中西寧向984 m,里程 DYK303+526,格爾木向511 m,里程 DYK305+021),總隧道棄碴數(shù)量為30萬 m3。

2 關(guān)角隧道皮帶機(jī)出碴方案的優(yōu)點(diǎn)

皮帶運(yùn)輸機(jī)與目前常用的有軌和無軌出碴運(yùn)輸?shù)姆椒ㄏ啾?有如下優(yōu)點(diǎn)：降低勞動(dòng)力需求;降低能量消耗;降低維修費(fèi)用;減少了有軌或無軌運(yùn)輸所帶來的誤工因素;占用隧道有效空間面積小;適應(yīng)了環(huán)境保護(hù)的要求;解決了施工通風(fēng)、排煙問題,保證了施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、安全。

3 方案實(shí)施

3.1 皮帶機(jī)方案

1)皮帶輸送機(jī)擬采用兩臺(tái)聯(lián)合輸送,正洞及斜井段一臺(tái),斜井口至棄碴場(chǎng)一臺(tái)。皮帶輸送機(jī)安裝在斜井左側(cè)底部,占用斷面寬度1.7 m(含安全距離50 cm),高度包括安裝平臺(tái)145 cm左右。2)輸送長(zhǎng)度：正洞段及斜井段合長(zhǎng)1 221 m,綜合坡度9.83%,洞外段長(zhǎng)250 m,綜合坡度5%。3)由于爆破后巖石塊石粒徑較大,對(duì)輸送能力、安全及皮帶壽命影響較大,因此在Ⅰ線段設(shè)置破碎站,將塊石粒徑破碎到15 cm以下。4)皮帶機(jī)穿Ⅰ線采用導(dǎo)坑法,由于高原缺氧,采用人工出碴效率低下,進(jìn)度緩慢,因此采用適宜裝載機(jī)出碴的斷面750 cm×700 cm。破碎站破碎機(jī)采用兩臺(tái)型號(hào) PEF-600×900,電機(jī)功率 2×75 kW,最大進(jìn)料粒度480 mm,破碎能力50 t/h～150 t/h,坑道安裝以適應(yīng)皮帶機(jī)運(yùn)輸角度和空間,皮帶機(jī)運(yùn)輸能力與破碎站匹配。5)皮帶機(jī)過正洞Ⅱ線受斜井井底加寬斷面直墻高度影響由原上跨方式改為下穿方式。過Ⅱ線正洞仰拱時(shí),將該段范圍的仰拱加深,邊墻腳子也相應(yīng)接長(zhǎng),以保證仰拱能與邊墻支護(hù)封閉成環(huán)。6)皮帶機(jī)在斜井井身段采用C15素混凝土基礎(chǔ),高60 cm,寬 120 cm,皮帶機(jī)機(jī)架直接置于條形基礎(chǔ)上,在井底段采用開槽方式下穿Ⅱ線正洞進(jìn)入破碎站。7)由于原井底段在施工過程中出現(xiàn)較大變形,且在鋪底時(shí)對(duì)底板進(jìn)行了加深,還在交叉口設(shè)置了鋼架,因此下穿開槽對(duì)該段擾動(dòng)可能導(dǎo)致進(jìn)一步的變形,施工前必須有可靠措施。

3.2 破碎站方案

破碎站由給料槽、破碎機(jī)、出料槽、皮帶機(jī)組成。大車運(yùn)碴Ⅰ線皮帶機(jī)橫通道內(nèi),直接經(jīng)給料槽向破碎機(jī)喂料口喂料,由于沒有振動(dòng)棒條篩,粒度小于15 cm的巖碴也經(jīng)由破碎機(jī)出料,效率相對(duì)降低,但橫通道內(nèi)儲(chǔ)料量大,由裝載機(jī)二次倒料。1)巖石破碎機(jī)。本系統(tǒng)要求的破碎機(jī)要達(dá)到以下幾個(gè)目的：破碎機(jī)工作可靠,故障率低、維修方便;體積小、重量輕,破碎能力滿足125 m3/h左右的破碎量;破碎后顆粒不需要太細(xì),基本達(dá)到15 cm左右適合皮帶機(jī)運(yùn)輸即可,破碎太細(xì)將增大破碎成本,降低破碎效率。隧道內(nèi)破碎機(jī)我方已與鄭州金馬礦山機(jī)械廠達(dá)成協(xié)議,擬采購兩臺(tái)PEF-600×900型鄂式破碎機(jī)。2)防塵、降噪。破碎機(jī)的降塵、降噪方面,在破碎機(jī)的進(jìn)料口和出料口設(shè)置高壓水霧,在進(jìn)料口設(shè)兩道遮擋橡膠條,并安設(shè)除塵器,對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行降塵、降噪處理,確保破碎機(jī)工作區(qū)域空氣的清潔。3)皮帶運(yùn)輸機(jī)安全措施要求：所選用的各項(xiàng)安全措施和防護(hù)范圍必須有打滑、煙霧、堆料、溫度、防跑偏、縱撕、灑水、防寒、急停等保護(hù);在機(jī)頭、尾和改向點(diǎn)及其他危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)防止人員和設(shè)備受到傷害的防護(hù)裝置和警示標(biāo)志。采用集中控制的方法來對(duì)整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和聯(lián)合控制,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)方式運(yùn)行。按照GB 50431-2008帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求,在有可燃性氣體及煤礦井下等具有爆炸環(huán)境時(shí)應(yīng)使用難燃或阻燃膠帶,否則使用普通膠帶。難燃、阻燃膠帶是在膠料中添加阻燃劑,達(dá)到難燃、阻燃目的,但耐磨性、抗沖擊性有所降低,且價(jià)格高。本皮帶機(jī)洞外部分選用ST1000耐寒尼龍繩芯膠帶,洞內(nèi)部分選用ST1000鋼絲繩芯膠帶。

3.3 能力計(jì)算

1)皮帶機(jī)運(yùn)輸能力的計(jì)算。依據(jù)9號(hào)斜井施工組織能力及資源配置狀況和工程地質(zhì)情況,9號(hào)斜井?dāng)M按3個(gè)工作面施工,按每天平均進(jìn)尺9 m,開挖斷面70 m2,松散系數(shù)1.35計(jì)算,每天850 m2,則皮帶機(jī)每天運(yùn)輸時(shí)間近7 h。如果按每天20 m的進(jìn)度計(jì)算,皮帶機(jī)每天的工作時(shí)間也不超過15 h。2)破碎機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算。破碎機(jī)的生產(chǎn)能力與巖石的硬度及粒度有關(guān)。9號(hào)斜井地質(zhì)主要以板巖、混合片麻巖、礫巖、花崗巖及斷層破碎帶組成,并以斷層破碎帶為主,圍巖相對(duì)軟弱,對(duì)破碎機(jī)的生產(chǎn)能力影響主要在花崗巖,但9號(hào)斜井正洞花崗巖長(zhǎng)度不足600 m,且為Ⅳ級(jí),那么對(duì)破碎機(jī)生產(chǎn)能力的影響主要在粒度上,因此爆破設(shè)計(jì)必須與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合,適時(shí)調(diào)整,以達(dá)到更好的粒度,減少二次破碎時(shí)間。這就要求所有進(jìn)入破碎機(jī)的粒度均不得大于480 mm。破碎機(jī)生產(chǎn)能力按中間數(shù)進(jìn)行考慮即100 t/h(合62.5 m3/h),兩臺(tái)合計(jì)125 m3/h,與皮帶機(jī)運(yùn)輸能力匹配。

3.4 皮帶機(jī)布置及坑道方案

皮帶機(jī)布置于斜井左側(cè)底面,采用C15混凝土條形基礎(chǔ),斷面60 cm×120 cm(高×寬),頂面找平,坡度與斜井坡度一致,原排污管及高壓水管置于C15混凝土基礎(chǔ)下外側(cè),減少對(duì)斜井?dāng)嗝娴那终?保證斜井通車寬度,見圖1。

皮帶機(jī)橫截面為100 cm×85 cm(寬×高)。考慮到下穿段原斜井井底及正洞圍巖全部為板巖,Ⅴ級(jí),圍巖軟弱,施工過程中變形較大,后期施作初支雙層支護(hù)、仰拱鋼架及鋪底施作后基本穩(wěn)定。為減小二次開挖擾動(dòng)導(dǎo)致新一輪收斂變形,應(yīng)采取控制措施。由于正洞在開挖后出現(xiàn)較大變形,故仰拱鋼架及仰拱襯砌不能中斷,那么就必須將該段仰拱加深,將仰拱兩端弧形段做成直墻,也就是邊墻拱架加長(zhǎng),經(jīng)計(jì)算仰拱加深35 cm即可,但邊墻拱架得加長(zhǎng)230 cm。

皮帶機(jī)過正洞仰拱加深方案見圖2。

皮帶機(jī)穿越正洞中間帶坑道方案。皮帶機(jī)穿越正洞中間帶地質(zhì)情況復(fù)雜,正洞施工期間變形較大,原整體斜角下穿改為Ⅱ線側(cè)正交下穿、Ⅰ線側(cè)正交上穿。支護(hù)經(jīng)過調(diào)整和加強(qiáng)后為：支護(hù)斷面采用受力較好的同心圓弧,半徑4.5 m,自正洞交叉口起鋼架全部采用Ⅰ20鋼架,間距 50 cm,噴 C25混凝土厚度 28 cm,設(shè)φ 6.5雙層鋼筋網(wǎng),φ 22砂漿錨桿,長(zhǎng)3.5 m,環(huán)向間距 1 m,縱向間距50 cm(見圖3)。

4 結(jié)語

關(guān)角隧道9號(hào)斜井采用皮帶機(jī)運(yùn)輸出碴取得了良好的效果,洞內(nèi)空氣比傳統(tǒng)的無軌運(yùn)輸清潔,運(yùn)輸速度大大提高,運(yùn)輸費(fèi)用每立方米降低2.4元。因此合理選用施工方案對(duì)工程進(jìn)度、工程成本是十分關(guān)鍵的。

[1]李清泰.高地應(yīng)力順層偏壓軟巖長(zhǎng)大隧道綜合施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(16)：297-298.