第３０卷第２期 ２０１０年４月 一隧道建设 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖ０ｌ＿３０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ． ２０１０ 木寨岭隧道有轨斜井断面选择及装碴运输设备选配 张海超 ，刘晓翔 ，王业刚 ，董志禄 （１．中铁隧道股份有限公司，郑州４５０００３；２．兰渝铁路有限责任公司，兰州 ７３００５０） 摘要：通过对兰渝铁路木寨岭隧道３ 及４ 有轨斜井的断面优化及斜井装运设备的实践总结，从现场实际施工的角度，提供了小断 面、主副双井型有轨斜井的断面选择方法，并对有轨斜井施工设备的选型进行了探讨，为以后类似工程的断面设计和施工配套设备 选型提供借鉴。 关键词：隧道；有轨斜井；断面选择；装运提升设备 中图分类号：ｕ ４５５．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１０）０２—０２１６—０４ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｏｓｓ・ｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｕｃｋ Ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｓｈａｆｔｓ ｏｆ Ｍｕｚｈａｉｌｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＡＮＧ Ｈａｉｃｈａｏ ，ＬＩＵ Ｘｉａｏｘｉａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙｅｇａｎｇ ，ＤＯＮＧ Ｚｈｉｌｕ （１．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｔｏｃｋ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｌａｎｚｈｏｕ—Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｎｏ．３ ａｎｄ Ｎｏ．４ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ｏｆ Ｍｕｚｈａｉｌｉｎｇ ｔｕｎ－ ｎｅｌ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ａｓｓｉｓｔａｎｔ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｓ ａ— ｄｏｐｔｅｄ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ｗｉｔｈ ｔｒａｃｋ ｔｒａｎｓｐｏｒ— ｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｒｖｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｗｉｔｈ ｔｒａｃｋ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｌｏａｄｉｎｇ， ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｏｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｍｕｃｋｓ ０ 引言 随着国家投资基础建设力度的不断加大，以及铁 路、高速公路建设标准的不断提高，在铁路、公路建设 过程中，长大、特长隧道经常出现，通常采用通过斜井 实现“长隧短打”的做法来确保工期Ｈｊ，即便如此，像 兰渝铁路木寨岭隧道有轨斜井这样长度之长，坡度之 井，其中３ 及４ 斜井为有轨运输斜井，均设主、副井， 和隧道左线相交。３ 斜井承担任务为左、右线各１ ８００ ｍ，４ 斜井承担任务为左、右线各１ ７８０ ｍ，由于斜井及 正洞地质条件极为复杂，大部分为高地应力软弱围岩 段，故施工任务极为艰巨。 １．１ ３ 斜井 大的情况尚不多见，本斜井是兰渝铁路的重点控制性 ３ 斜井口海拔２ ８３６ ｍ，主、副井基本平行设置，线 间距为３０ｍ，其中：主井长８１０．２３ ｍ，与正洞左线相交 于ＤＫ１８０＋２１５处，水平夹角为５３。５１’１８”，倾角为２３。 ４４ ５８”（４４％），主要功能为出碴通道，也兼有应急时进 料及行人通行功能；副井长８０９．３９ ｍ，和正洞左线相交 工程，它的快速施工对整个兰渝铁路施工具有至关重 要的意义。由于国内有轨斜井的断面选择一直没有非 常明确而可行的方法，致使有轨斜井在施工阶段进行 断面变更的情况时有出现 ，本文主要结合木寨 于ＤＫ１８０＋２５０处，水平夹角为５３。５７ ３２”，倾角为２３。 ３６ ｌ９”（４３．７％），主要功能为进料及行人通道，也兼有 应急时的出碴功能。 １．２ ４ 斜井 岭隧道的有轨斜井施工经验，对影响有轨斜井施工 进度的关键因素一斜井断面及装碴运输设备选配进 行探讨。 １ 工程概况 Ｊ 兰渝铁路木寨岭隧道为双洞单线隧道，左线全长 １９．０９５ ｋｍ，右线全长１９．１１５ ｋｍ，全隧道共设８个斜 收稿日期：２０１０—０１—０５；修回日期：２０１０—０４—０１ ４ 斜井口海拔高２ ７７４ ｍ，主、副井基本平行设置， 线间距为３０ ｍ，其中主井长７５７．１４ ｍ，和正洞左线相 交于ＤＫ１８２＋７００处，水平夹角为３５。１２ ４０”，倾角为 作者简介：张海超（１９７Ｏ一），男，河南洛阳人，２００５年毕业于兰州交通大学铁道工程专业，大专，工程师，长期从事山岭隧道现场施工技术管理工作。 第２期 张海超，等： 木寨岭隧道有轨斜井断面选择及装碴运输设备选配 ２ｔ７ ２３。１ ３２ （４２．５％），主要功能为出碴通道，也兼有应急 时的进料及行人通行功能；副井长７７７．５５ ｎｌ，和正洞左 线相交于ＤＫ１８２＋６５０处，水平夹角为３５。１７ ５９ ，倾角 为２２。４５ ５７”（４２％），主要功能为进料及行人通道，也 兼有应急时的出碴功能。 ２ 斜井出碴装运设备选择 ２．１ 主井装运设备 ２．１．１ 斜井所需出碴能力计算 主井以出碴运输为主，故绞车及矿车提升系统 主要考虑出碴能力，以进入正洞后的出碴能力为控 制要素，根据投标施组要求的进度指标，通过有轨斜 井施工正洞每月的施工进度为单掌子面１００ ｍ（ＩＶ级 围岩）和５０ｍ（Ｖ级围岩），而Ⅳ级围岩的设计开挖断 面为８０．６７ ｍ ，考虑平均超挖１５ ｃｍ，石方松方系数取 １．５，则每掌子面的每月出碴方量为 Ｑ ＝（Ｓ＋Ｃ×０．１５）Ｘ ｋ Ｘ Ｅ， （１） 式中： Ｑ。为单掌子面每月出碴方量，ｍ。； ５为掌子面设计开挖断面积，ｍ ； Ｃ为掌子面设计开挖断面周长，ｍ； 为石方松方系数，一般取１．５； Ｅ为单掌子面月进尺，ｍ。 将各值代入式（１）得：Ｑ ＝（８０．６７＋３３．２× ０．１５）×１．５×１００＝１２ ８４８ ｍ 。 进入正洞后平均每天主井绞车提升碴量为 Ｑｄ＝Ｑ ×Ｎ／３０， （２） 式中Ⅳ为通过斜井出碴掌子面个数。 将值代人式（２）得：Ｑｄ＝１２ ８４８ Ｘ ４／３０＝１ ７１３ １１３３。 由于进人正洞后，采用无轨运输，汽车直接将碴倒 入矿车运走，故只有出碴时间进行提升，按平均每天出 碴时间１４ ｈ进行计算，则提升系统每小时需出碴量为 Ｑｈ＝Ｑｄ／１４＝１ ７１３／１４＝１２２ ｍ 。 ２．１．２矿车选型 矿车常用参数见表１。 表１ 矿车常用参数统计表 Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｃａｒｓ 斜井出碴绞车一般选型为 ３．０ ｎｌ及 ３．５ ｍ ２ 种，其提升速度最大为４．６ ｎｖ／ｓ，正常平均行驶速度应 在３．５ ｍ／ｓ左右，加上井底装碴及栈桥卸碴３ ｍｉｎ，理论 计算单趟耗时为 Ｈ＝Ｌ×２／ｖ＋３， （３） 式中：Ⅳ为矿车单趟提升耗时，ｍｉｎ； 为卸碴栈桥到井 底装碴点斜长，１ＴＩ； 为绞车平均运行速度，ｍ／ｒａｉｎ。 将各值代入式（３）得： Ｈ＝８６０×２／２１０＋３＝１ １．２ ｍｉｎ。 故每小时可提升５．４车，因为双滚桶绞车可以２ 台矿车同时运行，则每小时可运碴１１车，而根据实际 经验统计，每小时平均为１２车左右。 故若要达到施工要求，需选用的矿车容量为 Ｑ矿＝Ｑｈ／１２＝１０．２ ｎｌ 据此选用表１中的ＫＺ１０型侧卸式矿车即可满足 施工需要。 ２．１．３ 绞车选型 绞车常用技术参数见表２。 表２ 绞车常用技术参数统计表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｉｎｃｈｅｓ １）最大静张力计算 ＫＺ１０型矿车按最大２０％的超载计算，其自身质 量加载质量合计为 Ｇ矿＝Ｇ１＋Ｑ载Ｘ １．２×ｇ， （４） 式中： Ｇ矿为矿车加载重后的总质量，ｔ； Ｇ 为矿车自身质量，ｔ； Ｑ裁为矿车额定容量，ｍ ； ｇ为石碴单位体积质量，ｔ／ｍ 。 将各数值代人式（４）得： 矿＝９．３＋１０×１．２×１．６＝２８．５ ｔ。 单根钢丝绳（按最大西４０计算）的自身质量为 Ｇ ＝６．７ ｋｇ／ｍ×９００＝６．０ｔ， 故矿车满载时，在不计摩擦阻力的情况下，钢丝绳 的最大静张力为 Ｎ＝（Ｇ矿＋Ｇ ）ｓｉｎ ， （５） 式中：Ⅳ为不计摩擦阻力时，钢丝绳静张力，ｔ； 为斜井坡度，（。）。 将各值代人式（５）得： Ｎ＝３４．５×ｓｉｎ２３。４４ ５８”＝１３．９ ｔ。 考虑摩擦阻力和因隧道内的坡度不标准造成局部 隧道建设 坡度加大的情况，宜选用２ＪＫ３．５×１．７型绞车。 ２）根据最大静张力差校核绞车选型 最大静张力差应为 Ｎ１＝Ｑ载Ｘ １．２ ｇ Ｘ ｓｉｎ ＝１０ Ｘ １．２×１．５×ｓｉｎ ２３。４４ ５８”＝７．２≤１１ ｔ ｔｏ 第３０卷 Ｎ＝（Ｇ矿＋Ｇｇ）ｓｉｎ ＝１９．４ Ｘ ｓｉｎ ２３。３６ １９”＝７．８ 考虑摩擦阻力和隧道内的坡度标准造成局部坡度 加大的情况，宜选用ＪＫ２．５×２．０型绞车。 由于是单滚筒绞车，故不需检算静张力差。 ２．３钢丝绳 故根据最大静张力差校核２ＪＫ３．５ Ｘ １．７绞车满足 要求。 ２．１．４装碴设备选型 现场实际选择钢丝绳时，需对其安全系数进行检 算，由于其计算简单，且考虑困素较多，本文中不讨论 由于斜井的特殊性，必须选用履带式装碴设备。 目前市场上的履带式装碴设备主要为单臂反铲挖掘机 和挖装机２种，虽挖装机价格较高，但出碴效率高，应 为首选，由于挖装机在有轨斜井中坡度的问题，只能在 全断面施工时可以使用，若用上、下台阶法施工，上台 阶的碴无法挖装。本斜井基本为软弱围岩，故应选用 单臂反铲挖掘机出碴。 为加快斜井的施工进度，斜井井身施工时，装碴设 备应尽量选用较大型的挖掘机，但大挖掘机需要大断 面才能施工，特别是大坡度斜井，更要考虑纵坡对挖掘 机的限制，根据斜井断面，最终选定ＰＣ５５型挖掘机作 为斜井的装碴设备，考虑高原影响，选型时加装了带涡 轮增压型的（此项必须注意，前期曾租用ｌ台不带涡 轮增压的，现场不能使用）。 ２。２ 副井装运设备 副井以进料和进出人员为主，由于和材料相比人 员质量较轻，故绞车及矿车提升系统主要考虑材料运 输能力，本工程中衬砌用混凝土计划通过溜槽送至井 底，故副井材料选型中，以用量最大的湿喷混凝土作为 控制要素。 ２．２．１ 喷混凝土运输设备 湿喷混凝土采用斜井专用轨行式混凝土运输车， 由于此设备自身质量大，而且其运输速度不影响工期， 故选择目前国内生产的最小轨行式混凝土运输车，容 量为３ ｒｎ ，自身质量为７．９ ｔ。 ２．２．２材料运输矿车 为方便卸料，材料运输矿车采用侧卸式，其大小不 影响施工进度，故选择相对较小的ＫＺ４型自卸式矿 车。 ２．２．３ 绞车选型 副井绞车运行时，轨行式混凝土运输车比矿车重 的多，是控制绞车选型的关键，其自身质量加载质量合 计为 Ｇ矿：７．９＋３ Ｘ２．５＝１５．４ｔ， 单根钢丝绳（按最大 ３２计算）的自身质量为 Ｇｇ＝４．４ ｋｇ／ｍ Ｘ９００＝４．０ｔ， 故矿车满载时，在不计摩擦阻力的情况下，钢丝绳 的最大静张力为 钢丝绳的选择。 ３ 斜井断面选择 ３．１斜井断面的选择原则 １）矿车尺寸及矿车通行安全距离。根据上述所 选设备要求，选定轨距９００ ｍｍ，矿车宽度１ ８００ ｍｍ。 另外《煤矿安全规程》 规定：两辆矿车相向运行时， 最突出处最小净距不小于０．２ ｍ，巷道侧宽度不小于 ０．３ Ｉｎ（综合机械化采煤矿井为０．５ ｍ）。 ２）边墙管线路安放空间。为保证施工期间的抽 排水，管线路要留有足够空间，避免因洞内水量增大 时，造成管路放置困难，按单排 ２００ ｍｍ水管计算，管 路占用斜井宽度不应小于４０ ｃｍ。 ３）洞内通风管空间。应根据洞内通风设计所需 的风管直径、数量，综合考虑停风时风管下垂高度、风 管顶部悬挂高度。本斜井施工期间采用 １ ５００／１，１ｍ 风管，故风管及其悬挂所需高度为２．７ ｍ；另外风管下 方需考虑安全距离一般不小于０．５ ｍ，故风管所需总 高度为３．２ｍ。 ４）人行通道。为了养道及设备、管路检修的安 全，主、副井均必须设置人行道，根据《煤矿安全规 程》 规定：新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧， 从巷道道碴面起１．６ ｍ的高度内，必须留有宽０．８ ｍ （综合机械化采煤矿井为１ ｍ）以上的人行道。 ５）大型车辆通行。由于正洞施工为无轨运输，大 型运输车辆、大型装碴设备均需通过斜井进入正洞，且 经常要通过斜井运出洞外维修，故斜井断面必须考虑 大型车辆进出空间。 ６）大型构件通行。进入正洞施工后，模板台车等 大型构件需通过斜井进入正洞，故在斜井副井断面设 计时应进行充分考虑。 ７）为二次衬砌混凝土溜槽预留空间。由于本斜 井需采用溜槽将二次衬砌混凝土送入正洞，故必须在 断面设计时考虑溜槽的位置，溜槽宽度一般不应小于 ７０ ｅｍ。 ３．２ 斜井断面确定 ３．２．１主井断面 １）主井一般段断面 综合３．１条的各种因素，确定主井一般段最小断 第２期 张海超，等： 木寨岭隧道有轨斜井断面选择及装碴运输设备选配 ２１９ 面如图１。 图１ 主井一般段断面图 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｍｏｎ ＣＲＯＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ２）主井错车道加宽段断面 为了尽量缩小断面，在一般断面的设计中，利用 上、下行矿车不在同一位置的特点，取消了两矿车中间 的安全距离，并且使上、下行矿车相互交错１０ ｃｍ，这样 就必须在斜井的中间位置设立错车道，错车道断面见 图２ 图２ 主井加宽段断面图 Ｆｉｇ．２ Ｅｎｌａｒｇｅｄ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ３．２．２ 副井断面 综合３．１条的各种因素，确定副井的最小断面如 图３。 图３ 副井一般段断面图 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｍｏｎ ＣＲＯＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｓｉｓｔａｎｔ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ４ 结论 本工程中的斜井选用小型挖机装碴，效率极低，４ 斜井采用了履带式挖装机装碴进行试验，证明在全断 面开挖中其效率远高于小挖机，如能在以后的施工中 解决好如履带式挖装机的分部开挖装碴问题及国产设 备的稳定性问题，其将是以后的斜井装碴首选设备；本 工程中的斜井断面虽说能够满足施工要求，但由于施 工误差、安装精度及隧道变形等原因，仍然给施工带来 了一定的干扰，给隧道施工也带来了一定的安全风险， 在以后的断面选择中，应考虑一定的富余量。 参考文献： ［１］ＴＢ １０２０４－－２００２铁路隧道施工规范［Ｓ］．北京：中国铁道 出版社，２００２：５０． ［２］ 卢智强，罗治军．通过斜井施工长大隧道的几点认识［Ｊ］． 隧道建设，２００９，２９（增２）：１—６． ［３］ 郭得福，李红军，周生喜．象山特长隧道长大斜井施工技 术［Ｊ］．隧道建设，２００９，２９（增２）：５８—６６． ［４］黄波．乌石山隧道斜井设计与施工介绍［Ｊ］．公路交通科 技，２０００（４）：２７—２９． ［５］ 张雪刚．斜井有轨运输设备选型与正洞无轨运输配套技 术［Ｊ］．隧道建设，２００９，２９（６）：３３４—３３８． ［６］ 钟有信，郭得福，罗草原．长大斜井有轨运输系统配套设 计与施工技术［Ｊ］．隧道建设，２００８，２８（２）：７０—７３． ［７］ 铁道部第一勘测设计院．新建铁路兰州至重庆线兰州至 广元段施工图预设计［Ｒ］．西安：兰渝铁路项目部，２００９． ［８］煤矿安全规程［Ｓ］．北京：煤炭工业出版社，２００４：７—８．
