鐵路長大隧道陡坡長斜井設備配套技術

武 凡 趙喜斌 劉成禹

1 工程概況

新建龍巖—廈門鐵路屬國家重點工程項目，設計時速 200 km，客貨共線。由中國中鐵隧道集團承建的象山隧道是全線最長的雙洞單線隧道和最重要的控制性工程，起于福建省龍巖市新羅區曹溪鎮三坑村，經過適中鎮新祠村、象山村，止于漳州市南靖縣和溪鎮樂土村。左洞長15 898m，右洞長 15 917m，最大埋深 830m。隧道設有 5座斜井，1號、5號斜井采用無軌運輸，2號、3號、4號斜井采用有軌運輸，1號、2號、3號、4號、5號斜井斜長分別為907.15 m，508.17 m，905.65 m，894.28 m，546m，坡度分別為9.12%，22°，23.08°，23.04°，9.588%。

象山隧道通過進出口和 5個斜井分 6個工區施工，共計24個掘進開挖面。施工高峰期平行作業面將達到 100個以上，參建人員達5 000余人、施工設備達 1 320余臺套。采用輔助坑道和大型機械化配套施工技術，以實現長隧短打、快速施工。象山隧道合同工期從 2006年 12月30日至 2009年 10月 29日，共 34個月計 1 034日歷天，其中右線須在 28個月內達到鋪架條件。象山隧道(斜井)下穿采空區、水庫、河流，穿過煤層、巖溶段、至少 10個主要斷裂帶、地下水發育帶、軟質巖地層、高地溫帶、高應力區、巖石放射性異常段等不良地質。地質極其復雜，技術含量高，施工難度大，工期異常緊迫。防突水、涌泥、坍塌、軟巖大變形、瓦斯、巖爆、輻射及多作業面施工組織管理是該工程突出的重難點。

3號斜井位于線路前進方向的右側，地處適中鎮象山村。與線路大里程方向夾角 17°，斜井井身中線與左線線路交點里程為YDK28+230。3號斜井最小開挖斷面(寬×高)為706 cm×628 cm。斜井與隧道正洞連接方式采用正交雙聯，采用四車道有軌運輸方式。具有斜距長、坡度大的特點，是龍廈鐵路的重點控制工程，制約著全線的工期，它的安全優質和如期建成具有重大的意義。

2 斜井提升設備選型的原則

有軌斜井提升設備的確定原則主要以施工進度和提升量而決定，為確保龍廈鐵路建設工程的順利進行，按期完成施工任務，有軌斜井的提升能力主要以如下條件所決定:1)提升速度:斜井提升設備受斜井軌道鋪設質量影響，結合行車安全性綜合考慮，選擇鋼絲繩最大繩速在5.0m/s左右為宜。2)提升能力:提升設備的提升能力是由發動機的功率決定的。在最大繩速一定的情況下，發動機的功率越大，提升能力越大。在設備配備上使機械設備能力大于進度計劃指標能力，有足夠的設備儲備。3)礦車容量:礦車裝碴量越大，需要的提升力越大，對提升系統的要求越高。針對不同的工序施工，按專業化組織流水作業，以性能好、效率高、機況良好的大型設備裝配挖、裝、運、錨噴、襯砌、輔助作業等主要作業線，實現各機械化作業線的有機配合，用機械化程度的提高來實現隧道施工的穩產、高產。設備選型以電動液壓為首選，機械設備配備采用無軌機械化配套技術，合理匹配，使全線形成快速施工能力。機械設備的配備要適應特長隧道的特點。針對龍廈鐵路象山隧道 3號斜井的施工特點，采用斜井提升設備時，應重點考慮斜井的防溜車措施和防突水、突泥等安全隱患。

3 主要設備配置

斜井井身施工中采用PC60挖掘機裝碴，采用2.5m直徑雙滾筒絞車提升 10m3側卸式礦車承擔出碴和施工所用材料的運輸任務。斜井開挖至正洞，在進行正洞施工時，由3.0 m直徑雙滾筒絞車提升 10m3側卸式礦車承擔出碴和初期支護施工用材料運輸任務;2.5m直徑雙滾筒絞車提升4m3軌行式罐車承擔襯砌混凝土和施工人員運送任務。井口卸碴采用曲軌自動卸碴，采用可儲存一定量碴的敞開式碴倉，避免自卸車與礦車間一對一接碴的配合問題，使井口卸碴不受影響。在碴倉處放一臺ZLC50C裝載機，將碴裝入自卸汽車遠運至棄碴場。井底設一漏斗，自卸車利用高差直接將洞碴卸入礦車，在自卸車與礦車不能絕對對應時，可考慮將碴直接卸在漏斗附近，裝載機可直接上料給礦車提升出洞外。

為便于初期支護材料和其他物資能快速上到礦車上，在軌道上布置一起重 5 t的小型門吊。材料等用汽車運至軌道旁后，門吊直接吊入礦車，礦車軌行送至井底，井底同樣布置一門吊，再從礦車上吊入汽車運送至作業面。為便于混凝土快速的上到罐車(礦車)上，將攪拌站直接安裝在軌道旁，避免混凝土的倒運。為實現攪拌機的連續攪拌，在攪拌噴射混凝土的攪拌機下設一儲料4m3左右的料倉，噴漿料從攪拌機出料后暫存在料倉里，在料倉下設一皮帶輸送機，將噴漿料運送上礦車。井底采用立體轉載，將噴漿料礦車側翻利用高差落入井下汽車，井下汽車再無軌運送至作業面。襯砌混凝土攪拌后，可通過溜槽等直接送上軌行式罐車(金剛車)?？紤]在金剛車運行時，攪拌機也能連續攪拌，采用2臺金剛車，分別掛在一個車道上，就能實現在一臺金剛車運行卸料時，始終有一臺在井口上料。井底金剛車采用高差直接將混凝土卸入混凝土運輸汽車，由混凝土運輸汽車運送至工作面。為實現井底快速的材料、洞碴的轉載，根據井底的地形條件，利用高差，用較簡單的方法進行轉載。轉載處要考慮各種材料的卸料位置和汽車的接料通道。

4 提升設備檢算

4.1 提升容器的選擇

根據斜井設計斷面和井底設備，選用大型礦車提升。采用10m3的大型側卸式礦車及雙鉤提升。

1)提升計算。

日提升量Vmax的計算:

Vmax=正洞最高月開挖量×松散系數÷月工作天數=1 271m3。

2)一次提升時間t:

選用繩速4.6m/s的提升機，考慮提升啟動、停車前后加減速和卸車影響，經計算提升循環時間為 290 s。提升容器大小的計算:

其中，K1為容器裝滿系數，取 0.9;K2為提升不均勻系數，取1.2;Vmax為最大提升量，m3，取1 271;t為一次提升時間，s，取290; T為每日提升小時，取 16。

經計算:V雙鉤=8.53m3，選用10m3礦車，每次提升1輛。

4.2 提升機選擇

1)最大靜張力F最大。

其中，n為一次提升車數;Q1為提升容器及連接裝置的自重，為5 870 kg;Q2為提升容器的有效載重，為15 000 kg;α為斜井傾角，22.86°;f1為提升容器的阻力系數，取 0.01;f2為鋼絲繩移動的阻力系數，取0.25;Pk為提升鋼絲繩的單位長度重量，計算暫選用φ37鋼絲繩，取3.446 kg/m;L為鋼絲繩提升長度，為900m。

經計算:

2)最大靜拉力差F差。

3)提升機選擇。

選用XKT2×3×1.5B-11.5型提升機，配610 kW電動機，最大靜拉力為13 000 kg，最大靜拉力差8 000 kg，完全可以滿足提升計算。

4.3 鋼絲繩選擇

鋼絲繩安全系數按煤礦安全規程用 7.5，要求鋼絲繩破斷拉力總和:7.5×F最大=76 642.5 kg。選用φ37鋼絲繩，抗拉強度1 700MPa，鋼絲繩破斷拉力總和為82 500 kg。

4.4 天輪直徑d選擇

采用游動天輪，要求直徑為 40～60的繩，采用直徑 2 500mm天輪完全可以滿足要求。斜井提升系統出碴用雙鉤，進料用單鉤，所以每個井口備8m3礦車4臺;3m3混凝土運輸車運輸混凝土料，4m3礦車 2臺運送其他材料，人員上下安排使用 22座人車;正洞段采用無軌運輸，考慮到可能有兩個工作同時出碴，井底配置 8臺自卸汽車，3臺裝載機。并考慮工期緊、壓力大、任務重的特點，在設備配置方面適當加大，主要施工設備有充足的備用。

5 目前設備選型的總體評價

有軌斜井設備配置充分考慮了斜井運行速度的影響，結合施工生產的要求，采用大功率、大容量的提升設備，在富水、大坡度、深斜井施工難度極大的情況下，最高月進尺 150m，基本能夠滿足施組對工期的總體要求。

[1] 崔元龍.簡明建井工程手冊[M].北京:煤炭工業出版社，2003.

[2] 鐵路施工技術規范[S].

[3] 巨景才.烏鞘嶺隧道九號斜井機械管理統計分析[J].山西建筑，2009，35(4):350-351.