大坡度深長斜井提升系統設計及安裝

林宗輝LIN Zong-hui

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，濟南 250300）

1 工程概況

滇中引水工程建設，是云南省可持續發展的重大戰略性基礎建設工程，工程完成投資及運營后可從水量較為豐富的金砂江干流引水至滇中區域，從根本上有效緩解了滇中地區的水資源緊張問題，改變區域河流和湖水生態與水環的現狀，將有力推動云南省經濟可持續發展。

云南省麗江市滇中引水工程香爐山隧洞1-1#施工斜井為斜井，地處麗江市石鼓鎮大廠村附近，是香爐山隧洞DL15+454～DL19+167段的施工運輸通道。香爐山1-1#施工斜井K0+000～K0+812.32段是斜井段，K0+812.32～K0+862.32為水平段，總長862.32m，坡度24.33°，二襯澆筑完成后，斷面凈空尺寸（寬×高）為6.5×6.0m，斜井進洞口高標為2354m，斜井底標高為2025m，主洞與斜井相交處設置一50m水平段作為車場段落。香爐山隧洞1-1#施工斜井進口段縱斷面見圖1，香爐山隧洞1-1#施工斜井車場段縱斷面見圖2。

圖1 香爐山隧洞1-1#施工斜井進口段縱斷面圖

圖2 香爐山隧洞1-1#施工斜井車場段縱斷面圖

2 斜井運輸方案的確定

由于香爐山隧洞1-1#施工斜井坡度極大，如何保證人員、工器具、設備設施、物料的運輸效率和安全，確保施工進度及質量是本工程的重點。香爐山隧洞1-1#施工斜井斜井運輸系統方案比選表見表1。

表1 1-1#施工斜井斜井運輸系統方案比選表

經過對斜井運輸系統方案的比選，以及對施工現場及相鄰標段多方考察，根據香爐山隧洞1-1#施工斜井工程情況，綜合國內現有施工工藝，綜合考慮價格、運營成本、運行穩定性等多項因素，本項目決定采用絞車提升系統，設置3m單滾筒礦車進行出渣、2m單滾筒人車進行人員輸送。本文主要對3m單滾筒礦車提升系統設備選型進行分析研究。

工程施工過程中，開挖洞渣、混凝土、鋼材等采用“無軌運輸與有軌運輸相結合”的方案進行運輸。絞車系統主要用于洞內出渣、材料運進、人員進出等使用工具。主洞內采用自卸車與裝載機配套的無軌運輸系統，將洞渣從掌子面運輸至井底車場段后卸渣至礦車內，再經絞車系統運輸至洞口卸渣到儲渣池內，最后由裝載機裝渣至自卸車運輸到箐口南棄渣場。

3 提升系統設備的選型

3.1 絞車與鋼絲繩型號的選擇

①單次提升最大重量的確定。

根據本工程實際情況，選用KZ—10側卸式翻斗礦車（10m3曲軌液壓式），礦渣單位重按1.7t/m3（松散容量）計算，礦車自重7.0t（最值）。

單次最大提升總重量為：M總=M渣+M自=10×1.7+7.0=24.0t=24000kg。

②提升鋼絲繩的選擇。

式中：Pc—最大鋼絲繩長度單位體重，kg/M；n1—最大上升容器總量，臺；M—單件最大總上升體重，kg；Lc—鋼絲繩受力的最大尺寸，m；σ—鋼絲繩受力公稱抗拉強度，155~196kgf/mm2；f1—提高容器移動位置摩擦力系數，當運行輪為滑動支座時為0.01，為滑動軸承時為0.015；f2—流動阻力系數，為0.25~0.40；α—斜井傾角；m—安全系數，在提升物料時為6.5，提升人時為9.0。

本斜井的設計容量規模為1座；單次最高總上升重量約為24000kg；鋼筋繩最大長度為約953m；鋼筋繩承載力的公稱抗拉強度，約取170N/mm2；上升材料的移動阻力系數，取0.015；流動阻力系數，取0.3；斜井傾角為24.33°；提升物料安全系數，取6.5；將以上各值代入式（1）中，計算得：Pc=4.6kg/m。

根據所得Pc值，選取6×19S+Fcφ36的圓股鋼絲繩。其相關參數為：d=36mm，Pc=4.66kg/m，公稱抗拉強度σ=1670MPa。

鋼絲繩破斷力Qp=K·d2·σ·0.33=1.214×362×1670×0.33=867069N。

③鋼絲繩安全系數校核。

式中：ma—鋼絲繩安全系數；Qp—鋼絲繩破斷力；g—重力加速度，取9.8N/kg。將以上各值代入式（2）中，計算得：ma=6.67＞6.5，符合安全規程要求。

3.2 提升機的選擇

①滾筒直徑的確定。

按照“滾輪的最小直徑與鋼絲繩直徑的比值不得小于80”的設計規則，Dg=80d=80×36=2880mm<3000mm，采用外徑為3m的單滾筒提升機，其有關工藝技術設計參數為:型號JK-3×1.5P，外徑Dg=3000mm，寬度B=1500mm，最高靜張力Fjmax=135kN，最大靜張力差Fjmin=105kN，最大提升速度4.6m/s。

②滾筒寬度的校驗。

式中：Lm—鋼絲繩長度，取30m；ε—測試鋼線繩繩圈之間的空隙，取3mm；Kc—鋼絲繩在滾筒上的環繞層數，取3層；Dp—在滾筒上環繞的鋼絲繩的平均直徑，Dp=Dg+（Kc-1）d=3000+（3-1）×36=3072mm，取3.072m；Π取3.14。將以上各值代入式（3）中，計算得：Bmin=1413.62mm<<1500mm，滾筒寬度符合要求。

③提升機的最大實際靜張力。

式中：Fjmax—提升機的最大實際靜張力。將以上各值代入式（4）中，計算得：Fjmax=129.942kN＜135kN，符 合要求。

④提升機的最大實際靜張力差。

式中：Fjmin—提升機的最大實際靜張力差，將以上各值代 入 式（5）中，計 算 得：Fjmin=100.74kN＜105kN，符 合要求。

3.3 軌道規格的選擇

整體式提升系統中采用P43規格軌道，軌距選擇行業標準軌距0.9m寬，礦車之間、礦車與結構物之間距離不小于0.3m。

3.4 提升天輪的選擇

對地面設備來說，當鋼絲繩受力對天輪圍抱角等于60°時天輪直徑尺寸為D≥60d；而采用天輪的時候鋼絲繩受力方向應該低于天輪的邊緣。當采用提升時用天輪必須大于鋼絲繩外徑的1.5倍；當采用懸吊系統時，天輪必須大于鋼絲繩外徑的1倍。鋼絲繩口徑為d=36mm，根據規范要求，游動天輪的直徑需大于等于60d，即D≥2160mm。選用直徑為2.5m的游動天輪，其繩槽半徑為20mm，承受能力為1088.5kN，天輪最大游動距離為1.35m。

4 提升系統的布置及施工

4.1 提升系統布置

①洞口臨時儲渣池布局：洞口臨時儲渣池應符合臨時存放渣料、裝載機裝料、斗車緩沖距離、斗車自動下滑傾角等規定。洞口臨時儲渣池軌道底部采用C20素混凝土澆筑，頂面角度7.6°，長10m，最高5.3m。

②洞底車場段設置：根據現場情況，為滿足施工需求自卸車直接卸料至礦斗內，將支洞井底平洞段凈空斷面尺寸擴大為6.5m×10.0m（寬×高），下部開挖凈空斷面尺寸為2.1m×2.3m（寬×高）的集料堆積槽，采用型鋼加工下料斗。同時在車場段設置行吊1臺，對施工過程中所需的各種材料進行裝卸倒運。

③游動天輪布置：游動天輪布置在距離洞口53m的位置，天輪頂部高程為2361.9m。

④絞盤房布置：按照國家標準要求，卷揚機與天輪之間的運動距離應當保持鋼絲繩平面偏角小于1.5°，根據游動天輪的最大游動間距為1.35m，算得卷揚機與天輪的最小距離Lmin=（1.35÷2）÷（tan1.5°）=25.78m。絞盤房整體布置在斜坡道上的延長線上，卷揚機滾筒圓心與天輪的距離約為30m，滾輪中心點與鐵軌中心點重合，因此絞盤房內部地板高度約為2359m。絞車房基礎側墻采用C20鋼筋混凝土結構，絞車房內場地硬化采用厚15cm的C15素混凝土。

⑤軌道的布設：為方便支洞內挖掘裝渣和孔底停靠站段的布設，將運渣礦車鋼軌中心線布設在距支洞中心線左邊0.3m處，人車鋼軌中心線布設在距支洞中心線右側1.8m處，鋼軌間隔與礦車輪距一致為0.9m，經卸渣平臺后一直延長至支洞內離施工作業面約20m左右位置，每完成2~3個開挖及支護的施工循環就需要再延伸布設一個軌道，以防因挖掘爆破而損傷鋼軌。

香爐山隧洞1-1#施工斜井斜井斷面布置圖見圖3。

圖3 香爐山隧洞1-1#施工斜井斷面布置圖

4.2 提升系統施工

①游動天輪支撐架的制造與安裝施工：在測量定位出天輪的具體布置情況后，通過工字鋼焊接制造游動天輪支撐架，支撐架制造時應當保證游動速度天輪的頂部高度達到設計要求。

②洞口軌道支撐基礎平臺的澆筑：為達到在洞口內側卸翻斗礦車卸渣的高度，軌道基礎和卸渣平臺均用C20混凝土澆筑起來。

③附屬構件安裝與施工：軌道枕木，按照實際的施工狀況可采用木質枕木或槽鋼板，但枕木須放置在穩固并平整的軌道。

5 結束語

隧洞運輸方式也是制約主洞建設的關鍵因素，在大斜井和小截面的主洞工程建設過程中，常常由于其條件制約而為工程建設造成了諸多不便。香爐山隧洞1-1號#施工斜井采用的主洞無軌運輸和斜井有軌運輸結合的辦法,極大節省了施工成本，也大大提高了出渣的效率，縮短工期，提升系統最大出渣能力。通過該項目的實踐經驗，證明采該運輸方法操作性較強，且經濟效益比較合理，安全可靠，為類似工程提供了參考。