皮带机出碴运输技术在斜井隧道施工中的应用

2010-05-24刘学霸

山西建筑 2010年13期

刘学霸

1 工程概况

关角隧道位于既有铁路天棚车站—察汗诺车站之间,增建二线线路自新天峻站引出后以32.645 km的隧道穿越青海南山。新建隧道为两座平行的单线隧道,线间距40 m。隧道进口段为8‰的上坡,在岭脊设坡度代数差后,自DK295+700以 9.5‰的坡度连续下坡。

9号斜井位于青藏铁路增建二线线路关角隧道Ⅱ线右侧,与正线交点里程 DYK304+510交角 37°46′8″,轨面高程 3 405.92 m。斜井全长1 125.9 m,单车道无轨运输,斜井断面5.2 m×6.0 m(宽×高),每100 m设一处错车道,斜井综合坡度9.83%,井口高程3 515.45 m,井口与正线高差106.55 m。

9号斜井正洞地质围岩分布Ⅳ级围岩全长1 519m,Ⅴ级围岩全长2 032 m,Ⅵ级围岩全长300 m,且地下水发育,可能最大涌水量Qmax=5 443 m3/d。

依据施组要求9号斜井承担正洞Ⅰ线施工任务2 356 m(其中西宁向 757 m,里程 DK303+753,格尔木向 1 599 m,里程DK306+109),承担正洞Ⅱ线施工任务 1 495 m(其中西宁向984 m,里程 DYK303+526,格尔木向511 m,里程 DYK305+021),总隧道弃碴数量为30万 m3。

2 关角隧道皮带机出碴方案的优点

皮带运输机与目前常用的有轨和无轨出碴运输的方法相比,有如下优点：降低劳动力需求;降低能量消耗;降低维修费用;减少了有轨或无轨运输所带来的误工因素;占用隧道有效空间面积小;适应了环境保护的要求;解决了施工通风、排烟问题,保证了施工现场的环境、安全。

3 方案实施

3.1 皮带机方案

1)皮带输送机拟采用两台联合输送,正洞及斜井段一台,斜井口至弃碴场一台。皮带输送机安装在斜井左侧底部,占用断面宽度1.7 m(含安全距离50 cm),高度包括安装平台145 cm左右。2)输送长度：正洞段及斜井段合长1 221 m,综合坡度9.83%,洞外段长250 m,综合坡度5%。3)由于爆破后岩石块石粒径较大,对输送能力、安全及皮带寿命影响较大,因此在Ⅰ线段设置破碎站,将块石粒径破碎到15 cm以下。4)皮带机穿Ⅰ线采用导坑法,由于高原缺氧,采用人工出碴效率低下,进度缓慢,因此采用适宜装载机出碴的断面750 cm×700 cm。破碎站破碎机采用两台型号 PEF-600×900,电机功率 2×75 kW,最大进料粒度480 mm,破碎能力50 t/h～150 t/h,坑道安装以适应皮带机运输角度和空间,皮带机运输能力与破碎站匹配。5)皮带机过正洞Ⅱ线受斜井井底加宽断面直墙高度影响由原上跨方式改为下穿方式。过Ⅱ线正洞仰拱时,将该段范围的仰拱加深,边墙脚子也相应接长,以保证仰拱能与边墙支护封闭成环。6)皮带机在斜井井身段采用C15素混凝土基础,高60 cm,宽 120 cm,皮带机机架直接置于条形基础上,在井底段采用开槽方式下穿Ⅱ线正洞进入破碎站。7)由于原井底段在施工过程中出现较大变形,且在铺底时对底板进行了加深,还在交叉口设置了钢架,因此下穿开槽对该段扰动可能导致进一步的变形,施工前必须有可靠措施。

3.2 破碎站方案

破碎站由给料槽、破碎机、出料槽、皮带机组成。大车运碴Ⅰ线皮带机横通道内,直接经给料槽向破碎机喂料口喂料,由于没有振动棒条筛,粒度小于15 cm的岩碴也经由破碎机出料,效率相对降低,但横通道内储料量大,由装载机二次倒料。1)岩石破碎机。本系统要求的破碎机要达到以下几个目的：破碎机工作可靠,故障率低、维修方便;体积小、重量轻,破碎能力满足125 m3/h左右的破碎量;破碎后颗粒不需要太细,基本达到15 cm左右适合皮带机运输即可,破碎太细将增大破碎成本,降低破碎效率。隧道内破碎机我方已与郑州金马矿山机械厂达成协议,拟采购两台PEF-600×900型鄂式破碎机。2)防尘、降噪。破碎机的降尘、降噪方面,在破碎机的进料口和出料口设置高压水雾,在进料口设两道遮挡橡胶条,并安设除尘器,对破碎机进行降尘、降噪处理,确保破碎机工作区域空气的清洁。3)皮带运输机安全措施要求：所选用的各项安全措施和防护范围必须有打滑、烟雾、堆料、温度、防跑偏、纵撕、洒水、防寒、急停等保护;在机头、尾和改向点及其他危险点应装设防止人员和设备受到伤害的防护装置和警示标志。采用集中控制的方法来对整个输送机系统进行监控和联合控制,可实现自动、手动方式运行。按照GB 50431-2008带式输送机工程设计规范要求,在有可燃性气体及煤矿井下等具有爆炸环境时应使用难燃或阻燃胶带,否则使用普通胶带。难燃、阻燃胶带是在胶料中添加阻燃剂,达到难燃、阻燃目的,但耐磨性、抗冲击性有所降低,且价格高。本皮带机洞外部分选用ST1000耐寒尼龙绳芯胶带,洞内部分选用ST1000钢丝绳芯胶带。

3.3 能力计算

1)皮带机运输能力的计算。依据9号斜井施工组织能力及资源配置状况和工程地质情况,9号斜井拟按3个工作面施工,按每天平均进尺9 m,开挖断面70 m2,松散系数1.35计算,每天850 m2,则皮带机每天运输时间近7 h。如果按每天20 m的进度计算,皮带机每天的工作时间也不超过15 h。2)破碎机的生产能力计算。破碎机的生产能力与岩石的硬度及粒度有关。9号斜井地质主要以板岩、混合片麻岩、砾岩、花岗岩及断层破碎带组成,并以断层破碎带为主,围岩相对软弱,对破碎机的生产能力影响主要在花岗岩,但9号斜井正洞花岗岩长度不足600 m,且为Ⅳ级,那么对破碎机生产能力的影响主要在粒度上,因此爆破设计必须与现场结合,适时调整,以达到更好的粒度,减少二次破碎时间。这就要求所有进入破碎机的粒度均不得大于480 mm。破碎机生产能力按中间数进行考虑即100 t/h(合62.5 m3/h),两台合计125 m3/h,与皮带机运输能力匹配。

3.4 皮带机布置及坑道方案

皮带机布置于斜井左侧底面,采用C15混凝土条形基础,断面60 cm×120 cm(高×宽),顶面找平,坡度与斜井坡度一致,原排污管及高压水管置于C15混凝土基础下外侧,减少对斜井断面的侵占,保证斜井通车宽度,见图1。

皮带机横截面为100 cm×85 cm(宽×高)。考虑到下穿段原斜井井底及正洞围岩全部为板岩,Ⅴ级,围岩软弱,施工过程中变形较大,后期施作初支双层支护、仰拱钢架及铺底施作后基本稳定。为减小二次开挖扰动导致新一轮收敛变形,应采取控制措施。由于正洞在开挖后出现较大变形,故仰拱钢架及仰拱衬砌不能中断,那么就必须将该段仰拱加深,将仰拱两端弧形段做成直墙,也就是边墙拱架加长,经计算仰拱加深35 cm即可,但边墙拱架得加长230 cm。

皮带机过正洞仰拱加深方案见图2。

皮带机穿越正洞中间带坑道方案。皮带机穿越正洞中间带地质情况复杂,正洞施工期间变形较大,原整体斜角下穿改为Ⅱ线侧正交下穿、Ⅰ线侧正交上穿。支护经过调整和加强后为：支护断面采用受力较好的同心圆弧,半径4.5 m,自正洞交叉口起钢架全部采用Ⅰ20钢架,间距 50 cm,喷 C25混凝土厚度 28 cm,设φ 6.5双层钢筋网,φ 22砂浆锚杆,长3.5 m,环向间距 1 m,纵向间距50 cm(见图3)。