大坪斜井有軌運輸施工技術研究

吳發展

（中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009）

為加快長大隧道的施工進度，常通過斜井、橫洞等輔助導洞另辟工作面，受正線隧道埋深、地形等限制，輔助導洞坡度較陡不適合汽車運輸，采用有軌運輸。鐘有信等［1］介紹了龍廈鐵路斜井的有軌運輸系統及相應的安全管理技術，張海超等［2］探討了有軌斜井斷面選擇及裝碴運輸設備選配，劉樹明［3］對象山隧道3個有軌斜井運輸系統安全管理進行探討和研究，高鴻毅［4］分析探討了有軌運輸與無軌運輸的優缺點和經濟效益。木寨嶺鐵路隧道大坪有軌斜井縱坡在44%左右，屬陡坡斜井，結合有軌斜井實際運行情況，對有軌運輸施工技術進行總結和探討。

1 工程概況

大坪有軌斜井位于海拔2 850m的高原地帶，斜井洞身地段基本為板巖和炭質板巖，其洞口下穿212國道段的地質為炭質泥巖，正洞穿越炭質板巖和炭質頁巖，該巖遇水易崩解軟化。大坪有軌斜井主井與木寨嶺隧道左線線路中線相交里程為DK180+215，與進口方向成53°51′18″夾角；大坪有軌斜井副井與木寨嶺隧道左線線路中線相交里程為DK180+250，進口方向成 53°57′32″。主井縱坡44%，井長810m，副井縱坡43.7%，井長809m。大坪有軌斜井承擔正洞DK179+420～DK181+350段，共1 930m的施工任務。主斜井口安裝1臺2JK3.5×1.8/20雙滾筒提升機，副斜井口安裝1臺JK2.5×2-30單滾筒提升機，井內采用10m3礦車運碴至井外卸碴棧橋，洞外安排WA-380裝載機配合20t自卸汽車轉運碴，倒運至棄碴場。

2 斜井斷面選擇

主井以出碴運輸為主，鋪設4軌雙車道，為滿足正洞出碴選用的KZ10型側卸式礦車，其外形尺寸為5 750mm×1 800mm×1 740mm（長×寬×高）。

副井以進料和人員為主，鋪設2軌單車道，為方便運料，選用KZ4型側卸式礦車，其外形尺寸為3 850mm×1 500mm×1 468mm（長×寬×高）。

斜井斷面空間尺寸［5］，應滿足出碴、進料、人行道、通風管、排水管、有軌運輸的限界和安全距離，還要考慮建井機械和大型車輛、構件通過空間，還有文明施工的燈箱安裝，保障安全的信號設施和視頻監控系統安裝空間，主要考慮以下因素［6］：

①礦車尺寸及運行安全距離：軌距90cm，礦車寬度180cm。《鐵路隧道工程施工安全技術規程》（TB10304-2009）有軌運輸作業規定：嚴格控制軌距、線間距和線形。《鐵路隧道施工技術指南》（TZ204-2008）要求兩股軌道上運行車輛之間的安全距離是50cm。《煤礦安全規程》規定：兩礦車相向運行最突出處最小凈距不小于20cm，無人行道一側礦車與邊墻的距離30cm（綜合機械化采煤礦井為0.5cm）。方斗山隧道通風斜井和象山隧道斜井的情況表明，運行車輛之間20cm的距離是能夠滿足安全需要的。

②人行通道：為養道及設備檢修必須設人行道，《煤礦安全規程》規定：新建礦井、生產礦井新掘運輸巷的一側，從巷道道碴面起1.6m的高度內，必須留有寬0.8m（綜合機械化采煤礦井為1m）以上的人行道。

③水管、風管安放空間：保證施工期間正洞抽排水量和向正洞輸送高壓風，留足水管、風管空間，按單排φ200mm水管計算，水管、風管占用的寬度不應小于40cm。

④通風管空間：根據隧道正洞施工期間通風量所需要的風管直徑，考慮風管懸掛高度和停風時的下垂高度。本項目施工期間采用φ1 500mm風管，其懸掛高度為2 700mm，風管下方考慮500mm的安全空間，則風管所需要的空間高度為3.2m

⑤大型車輛及大型構件的通行：正洞為無軌運輸，正洞所需要的大型運輸車輛、裝碴設備均需通過斜井運到正洞工作，這些車輛、設備工作一段時間，還需要通過斜井運到洞外進行維修保養。正洞施工所需的二次襯砌模板臺車等大型構件也需要通過斜井運輸。斜井空間斷面必須考慮這些因素。

⑥溜槽預留空間：施工組織設計采用溜槽向正洞輸送二次襯砌混凝土，斜井斷面必須考慮溜槽位置，溜槽寬度一般不小于70cm。

根據以上因素，確定主井最小斷面（圖1）和副井最小斷面（圖2）。

圖1 主井最小斷面（單位：cm）

圖2 副井最小斷面（單位：cm）

3 提升設備檢驗、檢查

為保障提升設備運行安全，在投入使用前，由當地市級特種設備檢驗所對提升設備進行驗收檢驗，檢驗依據：《起重機械安全規程》（GB/T6067-85）、《煤礦在用提升絞車系統安全檢測檢驗規范》（AQ1016-2005）。主要檢測項目有：

①技術資料：有出廠合格證，使用維護說明書，檢查維護制度，操作規程，駕駛員操作證，安裝檢驗記錄和安全檢驗合格證。

②金屬結構：焊縫不允許存在裂紋和開焊；螺栓連接不得松動，無缺損。

③鋼絲繩：有合格證；不得有打結、扭曲和擠壓現象；潤滑良好。

④滑輪：無裂紋和損傷鋼絲繩的缺陷，有防止鋼絲繩跳槽的裝置。

⑤制動器：各鉸接部位動作靈活，各零部件不得有裂紋和塑性變形。

⑥卷揚機：鋼絲繩從卷筒下方繞入，并略高于地面，不得與地面或其他障礙物摩擦；卷揚機的支承面平整堅實，固定可靠，防止工作時滑動或傾覆。

⑦電氣保護：控制電源回路短路保護、照明電源設獨立的控制和短路保護。

⑧安全防護裝置：限位裝置可靠有效，緊急剎車裝置動作靈活，安全可靠。

⑨空負荷試驗：各種操作機構靈活；電氣系統、聯鎖、限位、制動裝置功能準確，動作靈敏可靠；傳動機構正常，運行平穩。

提升設備正式使用前，必須在當地特種設備安全監察機構登記，經審查批準、登記建檔，取得使用證，方可使用。根據定期檢驗制度，使用過程中，按期向當地具有資格的檢驗機構申請在用起重機械的安全技術檢驗。使用單位還須進行提升設備的自我檢查、每日檢查、每月檢查和年度檢查。

斜井提升設備必須進行日常檢查與定期檢查試驗，并做出記錄，檢查時間與項目見表1。

表1 提升設備檢查與試驗項目

4 運輸能力提升

斜井有軌運輸方案為洞外提升系統、井口卸碴、井底換裝。有軌運輸斜井是隧道施工的唯一通道，斷面小、坡度陡；正洞作業面多，各作業面可能同時出現相同工序，如同時出碴，將因運輸能力導致個別作業面等待的情況，制約工程進度［7］。

為充分利用斜井運輸能力，減少出碴和進料裝卸占用時間，提高運輸效率，做好現場管控。

井口卸碴采用側卸式礦車，利用卸碴棧橋上的曲軌，礦車在提升機牽引下，在行走過程中自動完成卸碴。棧橋的跨度要滿足卸碴長度，跨度不小于礦車車廂長的2倍。棧橋下面即為碴倉，由裝載機將碴裝給運碴汽車，運至棄碴場。由于碴倉可以存碴，礦車與運碴汽車無須一對一配合，施工干擾與管理難度小。

圖3 提升系統洞外布置示意圖（單位：m）

做好現場的施工組織，有軌斜井的施工工作面不宜過多，保持井底、井口和各作業面的信息暢通，避免不同作業面的工序重疊。同時根據工期安排確定關鍵線路，出碴與進料都力保關鍵線路，讓有限的運輸能力發揮最大功效。

材料的快速裝運，洞內施工用的鋼筋、鋼拱架、鋼筋網等材料，提前成捆；水泥、速凝劑等提前裝箱，采用機械裝卸。對于隧道爆破后的個別大塊石碴，及時破碎改小，避免大石塊卡住碴倉。配置與有軌運輸能力相匹配的運輸車輛，避免車輛閑置或不足。

5 施工排水與防淹井

有軌斜井坡度大且為反坡排水，一旦發生涌突水情況，處置不當將造成淹井的危害，必須高度重視排水和防淹井。

斜井每隔100m設臨時水倉一個，掌子面的出水由潛水泵排至臨時水倉，再在臨時水倉處安設座式水泵，采用一級提升直接排出洞外。斜井進入正洞且主、副斜井貫通后，在大坪副井井底設大型水倉，用多級離心泵將水一次提升至洞外。

利用超前地質預報手段，判斷前方圍巖的節理和地下水發育情況，輔以超前深孔探水［8］。對于涌水量大、周圍圍巖好的集中涌水點進行頂水注漿，用φ42mm的鋼管作導水管，將涌水導出，避免給注漿封堵造成困難。對面狀涌水在出水面上游注漿截斷水源，對出水面作局部注漿，注漿壓力為1～1.5Mpa，對水封堵。對散水地段作徑向注漿，注漿鉆孔梅花形布置，起到注漿堵水的作用。

斜井洞口地面高于周圍地面，洞口設置橫向截水溝，防止洞外的水進入洞內。洞口附近堆放沙袋等應急物資，一旦出現大水，便于迅速用沙袋保護洞口，防止洞外水流入洞內。

6 防溜車

溜車是有軌運輸中最主要的風險因素，防溜車是安全管理的重點，分析可能發生溜車的原因［9］，分別是：鋼絲繩斷裂、鋼絲繩繩卡損壞、車輛牽引銷子損壞、車輛掉道、安全設施未發揮作用、操作失誤。采取針對性的防控措施，把溜車風險降到最低程度，保證有軌運輸安全。

①鋼絲繩檢查：鋼絲繩是有軌運輸系統防溜車的核心環節，鋼絲繩在長時間連續為重載礦車的牽引工作過程中，在自身重力作用下，會落到地滾輪上并不斷產生摩擦，疲勞磨損，其直徑不斷減小甚至斷絲發生斷裂導致的溜車事故。預防措施主要是對鋼絲繩、地滾定期抹油，以減小兩者的運行阻力；專職人員檢查鋼絲繩的外觀，測量直徑，檢查斷絲情況，繩的磨損或斷絲達到報廢標準時，及時更換新繩；在礦斗車車架上設斷繩脫鉤保險器抓鉤，抓鉤能在意外斷繩時自動下落鉤住軌枕而阻止車輛下滑。

②繩卡日常檢查：鋼絲繩的繩卡在運行過程中與地滾等撞擊、摩擦造成損壞或螺母松動。必須每天檢查繩卡是否松動或損壞，不發生鋼絲繩抽頭。

③防銷子脫落：礦車與鋼絲繩采用銷子連接，銷子在使用過程中，將出現磨損、疲勞損壞。檢查銷子直徑與其穿孔的直徑相配合，銷子上方設門鎖，防止銷子上跳。

④車輛掉道防治：出碴時難免有個別碴子掉落在軌道附近，影響車輛安全運行；軌道長期使用，養護不及時，路況差易引發車輛掉道。專業的養道人員對軌道進行日常巡道檢查，確保軌道幾何尺寸正確，清除軌道周圍的障礙物。

⑤安全設施管理：每班前由專職電工檢查提升機防過卷等安全裝置，確認正常后方能運行提升機。車輛停止運行時，及時關閉洞口的安全擋車器，防止車輛在自重力的作用下向洞內自溜。

⑥操作人員管理：提升機人員屬特殊工種操作人員，司機與信號工必須經嚴格的崗前培訓，取得操作資格證方能上崗；聯絡信號清楚、準確，井內和井口的信號必須由專職信號工發送。

7 斜井提升安全保障

提升裝置必須裝設防止過卷裝置、防止超速裝置、超負荷或失壓保護裝置。

①防止過卷裝置：當提升容器超過正常卸載位置（或出車平臺）50cm時，必須能自動斷電，并能使保險閘發生作用。

②防止超速裝置：當提升速度超過最大速度的15%時，必須能自動斷電，并能使保險閘發生作用。

③超負荷或失壓保護裝置：當提升速度超過3.5m/s時，必須裝設限速器，保證提升容器在達到井口時的速度不超過2m/s；限速器凸輪板的旋轉角度不應小于270°。

提升機必須裝設深度指示器、開始減速時能自動示警的警鈴、司機不離開座位即能操縱的常用閘和保險閘，保險閘必須能自動發生制動作用。

在交接班和人員上下井的時間內，必須由正司機開車，副司機在旁監護。

在斜井的井口碴倉、井身及井底碴倉安設監控攝像頭，配備專線電話、電鈴便于井底信號工與提升司機聯系，提升司機通過閉路電視和聯絡信號清晰地監控提升全過程。

8 結語

考慮施工誤差、管路安裝精度及隧道變形等因素，斜井斷面選擇時，應留有一定的富余量。

結合超前地質預報，做好施工排水和涌突水風險管理，防止淹井。

以防溜車和提升機的安全管理方面為有軌運輸做好安全保障。

［1］鐘有信，郭得福，羅草原.長大斜井有軌運輸系統配套設計與施工技術［J］.隧道建設，2008（2）：70-73.

［2］張海超，劉曉翔，王業剛，等.木寨嶺隧道有軌斜井斷面選擇及裝碴運輸設備選配［J］.隧道建設，2010（2）：216-219.

［3］劉樹明.有軌斜井運輸安全保障體系研究［J］.隧道建設，2010（S1）：498-502.

［4］高鴻毅.隧道大坡度斜井有軌、無軌運輸探討［J］.鐵道建筑技術，2015（1）：75-78.

［5］郭得福，李紅軍，周生喜.象山特長隧道長大斜井施工技術［J］.隧道建設，2009（S2）：58-66.

［6］盧智強，羅治軍.通過斜井施工長大隧道的幾點認識［J］.隧道建設，2009（S2）：1-6.

［7］熊廷剛.長距離陡坡斜井提升運輸能力的探討［J］.山西建筑，2012（26）：183-185.

［8］趙喜斌.象山隧道4#斜井涌水淹井處理技術［J］.隧道建設，2008（6）：707-710.

［9］趙喜斌，郭得福.象山鐵路隧道斜井有軌運輸溜車分析及防控措施［J］.隧道建設，2008（5）：601-604.