大傾角斜井施工提升運輸系統設計

朱慶凱

（河南錦源建設有限公司，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，施工機械布置不便，尤其是大傾角斜井施工難度大，安全危險源多。黑龍江荒溝抽水蓄能電站引水斜井坡度為50°，最長的一個斜井長為387.57 m，在水電施工及煤礦建設領域實屬罕見。

大坡度斜井施工，存在運輸安全風險大，斜井人車安全要求高；斜井內矸石、材料極易滾落傷人，工作面安全防護難度大；設備、工具需人工搬運至工作面，勞動強度大，效率低；工作面鉆爆施工困難；工作面械設備布置受限，人工出渣勞動強度大。確保大坡度情況下，有一套安全可靠的提升運輸系統，對整個工程施工至關重要。

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 斜井結構布置

四條斜井中1#上斜井已經施工完畢，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。支護采用錨噴支護。均采用導井法施工，導井Φ2.4 m。

2 提升運輸系統設計

2.1 提升系統設計

斜井導井施工完成后，斜井擴挖采用自上而下施工成井。為了滿足斜井擴挖時人員、材料、設備井內運輸及工作面作業安全，井口布置運輸車提升系統和防護臺車提升系統，通過鑿井絞車、天輪導向進行提升。擴挖提升系統布置見圖2。

圖2 斜井擴挖系統布置

斜井提升系統主要包括提升絞車、運輸車及防護臺車。運輸車負責作業人員、施工材料、風水管路、工器具的運輸。提升采用2JZ-10/800 型雙滾筒鑿井絞車。運輸車自重為3.5 t，設計載重2 t。防護臺車主要用作斜井安全防護、導井安全防護和工作平臺，提升采用1 臺2JZ-16/800 型鑿井絞車，防護臺車自重為7 t，設計載重2 t。為保證上平洞與中平洞洞內運輸空間，斜井鑿井絞車靠平洞左側布置，使用雙繩提升車輛，一根鋼絲繩負責提升另一根負責安全防護，當提升繩意外斷繩時，防護繩可以滿足全部提升需求，保證在出現意外情況下能夠保證運輸車輛的運行安全。

2.2 提升車輛設計

（1）運輸車。運輸車主要用作斜井人員及材料、小型工器具運輸。運輸車設計廂式結構，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 實芯膠輪，并考慮對運輸車增加減震系統，以減少人員不舒適感。運輸車在底盤兩側設計有導向輪，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，用作安全防護。運輸車由專業廠家定制。

（2）防護臺車。防護臺車做施工安全平臺，為保證斜井施工安全，采用一個無軌膠輪型鋼結構的安全施工平臺，用以防止斜井內墜石對井下施工人員造成傷害，同時該平臺作為支護、管線延伸、井內安全防護平臺。施工安全平臺設置為二層，上層為安全防護平臺，下層為工器具放置平臺，工作面作業時臺車下落至最底處。

（3）設計要點

①在防護臺車車頭前側底部設置擋欄，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滑落的墜物對作業面人員的傷害。

②臺車頂層護板能有效防止工作面附近頂板掉渣。

2.3 提升系統參數計算

表1 斜井提升系統設計參數

2.4 提升系統受力計算

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

運輸車采用1 臺2JZ-10/800 型鑿井絞車提升，在上平臺上布置橫梁安裝導向輪，提升鋼絲繩選用Φ30 mm 不旋轉鋼絲繩，運輸車自重為3.5T，設計載重為2T。

防護臺車采用1 臺2JZ-16/800 鑿井絞車提升，在上平臺上布置橫梁安裝導向輪，提升鋼絲繩選用Φ30 mm 不旋轉鋼絲繩[1]，防護臺車自重為7T，設計載重為2T。

表2 JZ-10/800 鑿井絞車主要技術參數

表3 2JZ-16/800 鑿井絞車主要技術參數

（1）鑿井絞車受力分析

運輸車鑿井絞車受力分析

運輸車鑿井絞車與導向輪的出繩角度為13°，鑿井絞車受力主要為運輸車的拉力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《簡明建井工程手冊》錨筋計算

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底座上，故摩擦力計算不考慮錨桿預緊力作用。

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拉力為：

⑤鑿井絞車提升物料（2t）時拉力為：

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

⑥按提物對鑿井絞車進行驗算，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）防護臺車鑿井絞車受力分析

防護臺車鑿井絞車與導向輪的出繩角度為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《簡明建井工程手冊》錨筋計算：

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底座上，故摩擦力計算不考慮錨桿預緊力作用。f=μ·N=μ·G=156 kN

③鑿井絞車錨筋容許水平向剪力為：

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

鑿井絞車提升力驗算：160/81.29=1.97＞1.5倍，滿足使用要求。

⑤按提物對鑿井絞車進行驗算，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）提升鋼絲繩驗算

①運輸車提升鋼絲繩驗算（常規）

運輸車開挖期間主要運輸人員和物料，鋼絲繩選直徑Φ=30 mm，鋼絲繩運輸工況為：鋼絲繩強度等級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。

經計算提人時安全系數15.48，大于14[3]，滿足要求。提物時安全系數12.37，大于6，滿足要求，根據以上驗算所選鋼絲繩符合安全規定。

②防護臺車提升鋼絲繩驗算

臺車開挖期間主要做為防護平臺，鋼絲繩選直徑Φ=30 mm，鋼絲繩運輸工況為：鋼絲繩強度等級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。經計算鋼絲繩安全系數驗算8.24，大于6[4]，滿足要求。根據以上驗算所選鋼絲繩符合安全規定。

4 結語

經過工程全過程施工的驗證，采用運輸車加防護臺車的提升運輸系統，能夠切實保障施工安全，同時為工程快速施工創造了有利條件，為該工程安全順利完工提供保障。《水電水利工程斜井豎井施工規范》DL/T5407-2009。