于 雷，趙鵬強(qiáng)

（1.內(nèi)蒙古引綽濟(jì)遼供水有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 興安盟137400；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 概況

引綽濟(jì)遼工程是國(guó)務(wù)院確定的“十三五”期間實(shí)施的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程之一，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)一號(hào)工程，設(shè)計(jì)最大年調(diào)水量4.88×108m3。由文得根水利樞紐和輸水工程組成，其中輸水工程自北向南，沿途經(jīng)過(guò)興安盟、通遼市等9個(gè)旗縣區(qū)，采用重力流力式輸水，線(xiàn)路總長(zhǎng)390.263km。

輸水工程隧洞七標(biāo)工期56個(gè)月，由4條施工支洞承擔(dān)主洞全長(zhǎng)16.515km施工任務(wù)，施工支洞均為城門(mén)洞型，其中6-7號(hào)支洞位于突泉縣小林家屯，主要負(fù)責(zé)T99+466.91～T102+740.79段主洞開(kāi)挖、支護(hù)工程的出渣及物料運(yùn)輸任務(wù)，開(kāi)挖斷面為6.2m×5.7m，投影全長(zhǎng)484.06m，坡度為20.08%，與主洞夾角80°[1]。支洞處于基巖全～強(qiáng)風(fēng)化層中，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，全風(fēng)化層巖芯多呈散體泥化物夾風(fēng)化碎石，泥化物多呈軟塑～可塑狀，強(qiáng)風(fēng)化層巖芯多破碎～極破碎，裂隙節(jié)理發(fā)育，洞身段為富水地帶，極易造成掉塊、塌方，局部可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，屬不良地質(zhì)淺埋洞段，該洞段開(kāi)挖支護(hù)物料運(yùn)輸施工重、難點(diǎn)問(wèn)題主要有以下2點(diǎn)。

1）安全風(fēng)險(xiǎn)高。斜井負(fù)坡進(jìn)洞坡度較大，物料運(yùn)輸及通風(fēng)困難，采用自卸車(chē)出渣難度較大且安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2）施工工期緊。6-7號(hào)施工支洞控制主洞為標(biāo)段關(guān)鍵線(xiàn)路，如何快速、安全、高效地完成洞挖支護(hù)施工是一大難點(diǎn)。

2 總體技術(shù)思路

2.1 方案簡(jiǎn)述

在6-7號(hào)斜井施工期間，通過(guò)有軌運(yùn)輸能力驗(yàn)算，布設(shè)1套由1臺(tái)JTP1.6×1.2型單滾筒提升機(jī)、φ0.8m的游動(dòng)輪和φ21.5mm的鋼絲繩組成的提升系統(tǒng)，同時(shí)在洞內(nèi)隨著斜井開(kāi)挖進(jìn)度鋪設(shè)1條軌距為0.6m的22kg/m型軌道，斜井施工期間洞渣外運(yùn)采用2輛YCC2.0-6型礦車(chē)串聯(lián)，挖機(jī)裝渣，經(jīng)提升系統(tǒng)提升至地表后由1.6t電瓶車(chē)牽引至渣場(chǎng)排放。

在斜井施工期間，為減少施工機(jī)械及洞內(nèi)爆破對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的影響，采用臨時(shí)鋪軌形式施工，軌道鋪設(shè)隨開(kāi)挖面進(jìn)行，距掌子面15～20m。斜井施工完畢進(jìn)入主洞后，分上、下游2個(gè)工作面，再新增1套同型號(hào)的有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，2套有軌運(yùn)輸系統(tǒng)共同擔(dān)負(fù)主洞施工期間廢渣及物料運(yùn)輸工作，主洞的棄渣由輪式自卸車(chē)運(yùn)輸至主、支交叉擴(kuò)大洞室后裝入YCC2.0-6型礦車(chē)，由提升機(jī)提升至地表，運(yùn)至渣場(chǎng)。

2.2 施工工藝

小斷面大陡坡長(zhǎng)斜井不良地質(zhì)隧洞有軌運(yùn)輸施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→超前地質(zhì)預(yù)報(bào)→斜井爆破開(kāi)挖支護(hù)，軌道隨開(kāi)挖延長(zhǎng)→斜井施工完畢，于主洞交叉口設(shè)渣場(chǎng)，再新增1套同型號(hào)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，2套運(yùn)輸系統(tǒng)共同承擔(dān)主洞施工期間物料運(yùn)輸→主洞爆破開(kāi)挖支護(hù)，掌子面配置ZWY-180型礦用挖掘式裝載機(jī)→采用定制的雙向行駛出渣車(chē)→運(yùn)至主、支交叉口渣場(chǎng)后經(jīng)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)外運(yùn)至洞外渣場(chǎng)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

1）支洞施工期間：施工進(jìn)度按3m/d計(jì)算，同時(shí)考慮1.4倍的富余系數(shù)，6-7號(hào)施工支洞施工每日運(yùn)輸量為128m3。

2）主洞施工期間：6-7號(hào)支洞施工完畢后，分別向主洞上、下游開(kāi)挖施工，上游工程量為石方洞挖61407m3，下游工程量為石方洞挖40938m3，施工進(jìn)度按5m/d計(jì)算，同時(shí)考慮1.5倍的富余系數(shù)，主洞施工每日上、下游運(yùn)輸量為石方307m3。

3.2 運(yùn)輸形式及能力分析

1）6-7號(hào)施工支洞每日運(yùn)輸量為石方148m3；主洞施工期間每日運(yùn)輸量為石方307m3。

2）運(yùn)輸方式為斜井串車(chē)提升。

3）材料運(yùn)輸：每循環(huán)所用的鋼拱架及網(wǎng)片利用出渣空閑時(shí)間通過(guò)斜井用平板車(chē)運(yùn)輸，洞內(nèi)200m處設(shè)15m×4m×4m擴(kuò)大洞室1處，用于支洞施工期間噴漿機(jī)的放置和少量材料臨時(shí)堆放點(diǎn)（單循環(huán)所用的鋼拱架和鋼筋網(wǎng)片），材料運(yùn)輸不占用直線(xiàn)施工時(shí)間。

3.3 支洞施工期間運(yùn)輸系統(tǒng)分析

支洞施工期間，地表線(xiàn)路為臨時(shí)線(xiàn)路，支洞內(nèi)廢渣由挖機(jī)裝入YCC1.2-6型側(cè)卸式礦車(chē)，經(jīng)絞車(chē)提升至地表后，由1.6t電瓶車(chē)牽引至渣場(chǎng)排放。洞口距渣場(chǎng)最大運(yùn)距150m，每臺(tái)電機(jī)車(chē)最多可牽引4臺(tái)YCC1.2-6型側(cè)卸式礦車(chē)，外形尺寸為1900 mm×1050mm×1200mm。

根據(jù)地表廢渣運(yùn)量和運(yùn)距，確定運(yùn)輸設(shè)備,計(jì)算所采用的參數(shù)，施工支洞運(yùn)輸系統(tǒng)選型參數(shù)：運(yùn)輸任務(wù)為420t/d，電機(jī)車(chē)規(guī)格為CTY1.6-6，不均系數(shù)為1.2，廢渣體重為1.75t/m3，松散系數(shù)為1.56，裝滿(mǎn)系數(shù)為0.9。YCC1.2-6側(cè)卸式礦車(chē)參數(shù)：自重為1000kg，容積為1.2m3，最大載重為2076.92kg，有效載重為1869.23kg，每列車(chē)礦車(chē)數(shù)為2個(gè)。施工支洞電動(dòng)機(jī)車(chē)選型：每列車(chē)有效載重為3738.46kg，運(yùn)輸最大距離為500m，列車(chē)運(yùn)行速度為2.5m/s，所需循環(huán)次數(shù)為113次，選用機(jī)車(chē)臺(tái)數(shù)為1臺(tái)。

經(jīng)計(jì)算分析，施工支洞期間配備2臺(tái)1.6t電機(jī)車(chē)用于地面牽引，1主1備。

3.4 輸水主洞運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)施工至主洞支洞交叉處時(shí)，考慮擴(kuò)大洞室開(kāi)挖面積較大，在主支洞交叉處設(shè)置臨時(shí)渣場(chǎng)，進(jìn)入主洞施工后，分別向上、下游施工，主洞廢渣由無(wú)軌設(shè)備運(yùn)輸至主支洞交叉處渣場(chǎng)，裝入礦車(chē)后由提升機(jī)提升至地表，改為電動(dòng)機(jī)車(chē)牽引排至渣場(chǎng)。同樣，根據(jù)主洞的運(yùn)量和運(yùn)距，結(jié)合輸水主洞設(shè)備和YCC2.0-6型礦車(chē)參數(shù)選擇合適的運(yùn)輸設(shè)備。輸水主洞設(shè)備參數(shù)：?jiǎn)尉€(xiàn)運(yùn)輸任務(wù)為150m3/d（斜井）和160m3/d（主洞），電瓶車(chē)為CTY1.6-6，不均系數(shù)為1.2，廢渣體重為1.75t/m3，松散系數(shù)為1.56，裝滿(mǎn)系數(shù)為0.9，運(yùn)輸最大距離為500m，列車(chē)運(yùn)行速度為2.5m/s，單線(xiàn)所需循環(huán)次數(shù)為41次（斜井）和45次（主洞）。YCC2.0-6型礦車(chē)參數(shù)：自重為1700kg，容積為2m3，提升系統(tǒng)最大提升能力為2076.92kg，每次提升礦車(chē)數(shù)為2個(gè)，每次提升載重為9700kg。

3.5 軌道鋪設(shè)及要求

軌道鋪設(shè)采用22kg/m型軌道，軌道間距為600mm，鋪設(shè)平直，且具有一定的強(qiáng)度和彈性。在斜井施工期間，采用簡(jiǎn)易整體道床，其鋪設(shè)方法：按一般方法鋪石渣道床，再用水泥砂漿澆灌石渣表面，用鐵锨拍打平整，使石渣縫隙盡量多地充滿(mǎn)砂漿，以使砂漿與石渣結(jié)合，砂漿標(biāo)號(hào)M10。沿支洞設(shè)置軌道防滑裝置，間距40m。

因主洞施工工期較長(zhǎng)，支洞施工完畢后對(duì)斜井軌道進(jìn)行重新整理，采用混凝土軌枕，鋪設(shè)縱向間距為800mm，軌道內(nèi)設(shè)置托輥，托輥軸和輥?zhàn)觽?cè)端的螺母均不得突出在外，以免鋼絲繩跳出托輥后被卡死，托輥直徑為150mm，間距為15～20m。

3.6 斜井提升系統(tǒng)選擇及設(shè)計(jì)

臨時(shí)出渣期間采用單線(xiàn)方式，輸水主洞施工期間改為雙線(xiàn)形式，斜井提升系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)支洞與主洞施工期間廢渣的提升及材料的下放，核算按單線(xiàn)提升2臺(tái)礦車(chē)進(jìn)行。

洞口提升機(jī)房高程377.67m，井口高程377.17m，井底高程284.51m，提升機(jī)為JTP1.6×1.2型單滾筒纏繞式提升機(jī)，配套交流電機(jī)，電壓380V，功率132kW，每次可提升2臺(tái)YCC1.2-6型側(cè)卸式礦車(chē)或2臺(tái)YPC3（6）型平板車(chē)（自重0.53t，載重3t）。

鋼絲繩長(zhǎng)度計(jì)算：

式中：Lsb——上車(chē)場(chǎng)長(zhǎng)度,15m；Lx——下車(chē)場(chǎng)長(zhǎng)度,15m；Lj——支洞斜長(zhǎng)，486m。

計(jì)算得出L繩=516m,選用鋼絲繩6×19S+FC-φ21.5-1770型，最粗鋼絲直徑δ=1.4mm，繩徑ds=21.5mm，單重Ps=1.65kg/m，破斷力總和Qp=292kN。

3.6.1 提升機(jī)選擇

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，鑿井提升機(jī)的滾筒最小直徑Dj≥60ds=1290mm；絞車(chē)滾筒直徑Dj≥900δ=1260mm，JTP1.6×1.2型提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)直徑Dj=1600mm，滿(mǎn)足要求。

3.6.2 滾筒寬度B的驗(yàn)算

多層纏繞時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：Lt——提升長(zhǎng)度，m；Ls——實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度，m；n0——錯(cuò)繩圈數(shù)；π——圓周率；ε——鋼繩圈間隙，m；nc——鋼絲繩纏繞層數(shù)；Dp——鋼絲繩的平均纏繞直徑，m。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，nc取3層，n0取4，Lt=Lx+Lj=501m，Ls=10m，鋼繩圈間隙ε=0.002m，鋼絲繩的平均纏繞直徑按下式計(jì)算：

計(jì)算得B=0.851m＜1.2m，寬度滿(mǎn)足要求。

3.6.3 提升能力核算

1）隨著支洞掘進(jìn)，提升高度不斷增加，以最大高度核算提升能力，最大提升高度H=93m。

2）支洞傾角：設(shè)計(jì)坡度20.08%,換算為支洞傾角后α=11°。

3）鋼絲繩長(zhǎng)度L繩=Lsb+Lx+Lj=516m。

4）YCC1.2-6礦車(chē)自重Qz=1000kg，容積V=1.2m3。

5）有效載荷廢渣按下式計(jì)算：m

式中：Cm——裝滿(mǎn)系數(shù)，取0.9；γ——廢渣松散體重，t/m3；V——容積，m3。

計(jì)算得出Q=0.9×1.75×1.2=1890kg。

6）繩端荷重按下式計(jì)算：

式中：Gz——YPC3（6）型平板車(chē)自重，kg；n——礦車(chē)數(shù)量，2臺(tái)；Q材——載重，kg。

計(jì)算得G渣=5780kg，G材=4060kg。

7）鋼絲繩每米質(zhì)量按下式計(jì)算：

式中：f1——礦車(chē)組運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.01；f2——鋼絲繩拖行阻力系數(shù)，取0.4；σ——鋼絲繩抗拉強(qiáng)度，MPa；m——鋼絲繩安全系數(shù)，取7.5。

計(jì)算得P礦=0.48kg/m，P平板車(chē)=0.35kg/m。

平板車(chē)提升時(shí)，重量小于棄渣運(yùn)輸，只對(duì)棄渣提升能力進(jìn)行驗(yàn)算：提升機(jī)選用JTP-1.6X1.2型單滾筒纏繞式提升機(jī)，卷筒直徑φ1.6m，設(shè)置游動(dòng)輪直徑D=800mm，游動(dòng)距離1100mm，絞車(chē)最大靜拉力載物時(shí)為42kN。

提升系統(tǒng)最大靜張力按下式計(jì)算：

計(jì)算得F=16.17kN。

8）鋼絲繩安全系數(shù)驗(yàn)證：m渣=Qp/F=18.05＞7.5。

以上安全系數(shù)均滿(mǎn)足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.4.3要求。

輸水主洞施工期間，施工支洞軌道采用雙線(xiàn)布置，詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 雙線(xiàn)布置示意圖（單位：mm）

4 其他輔助系統(tǒng)

4.1 防跑（溜）裝置

斜井開(kāi)挖至200m以上時(shí)，采用符合要求的ZDC30-2.2型常閉式防跑車(chē)裝置。防跑車(chē)裝置安裝在提升機(jī)上的霍爾傳感器隨時(shí)檢測(cè)提升機(jī)動(dòng)態(tài)，配合從提升機(jī)電控取得的提升機(jī)旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)，電控箱處理得出礦車(chē)位置及運(yùn)動(dòng)方向，并通過(guò)顯示器指示出來(lái)。防跑車(chē)裝置在工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)電控箱檢測(cè)出礦車(chē)正常到達(dá)擋車(chē)欄提升位置后，電控箱發(fā)出信號(hào)提升擋車(chē)欄，礦車(chē)順利通過(guò)后，電控箱發(fā)出信號(hào)下放擋車(chē)欄，平時(shí)處于常閉狀態(tài)，符合煤礦安全規(guī)程第370條的安全要求。電控箱安裝在提升機(jī)房，具有報(bào)警、手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。提升機(jī)司機(jī)應(yīng)注意信號(hào)顯示，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)應(yīng)盡快停車(chē)，以防止誤操作造成損失。在井口、洞內(nèi)工作面附近及斜坡段各設(shè)置1臺(tái)阻車(chē)器，防止人員操作不當(dāng)發(fā)生溜車(chē)事故。

4.2 通訊系統(tǒng)

該有軌運(yùn)輸系統(tǒng)根據(jù)煤礦用提升信號(hào)裝置通用技術(shù)條件的要求，采用聲光雙控信號(hào)傳輸，在井口設(shè)置信號(hào)房，信號(hào)工將井下和操控室的信號(hào)按照操作規(guī)程“一停、二上、三下”的要求統(tǒng)一指揮。此外，為了確保信號(hào)準(zhǔn)確和便于溝通，并安裝有線(xiàn)電話(huà)，確保有軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的安全。現(xiàn)場(chǎng)指揮設(shè)置1處總信號(hào)站，信號(hào)工只與信號(hào)站聯(lián)系，由信號(hào)站統(tǒng)一指揮提升設(shè)備。

4.3 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

出渣過(guò)程為了確保礦車(chē)運(yùn)行和卸渣的安全，在井口沿井下軌道運(yùn)行方向，場(chǎng)地朝井口變坡位置，朝卸渣場(chǎng)，卷?yè)P(yáng)機(jī)房朝操作臺(tái)，各設(shè)置一攝像頭，視頻監(jiān)控終端放置于操作臺(tái)。卷?yè)P(yáng)機(jī)操作手可清晰地查看礦車(chē)運(yùn)行和卸渣環(huán)境，確保安全操作。在井口變坡處安裝限速器，控制礦車(chē)在經(jīng)過(guò)變坡點(diǎn)時(shí)減小速度，并在棧橋卸渣位置安裝限位器，防止礦車(chē)?yán)^(guò)卷。

4.4 有毒有害氣體檢測(cè)儀

隧洞穿越地層巖性十分復(fù)雜，沿線(xiàn)施工中可能遇到有毒有害氣體，因此洞內(nèi)配備具備聲學(xué)、光學(xué)、震動(dòng)報(bào)警功能的便攜式有毒有害氣體檢測(cè)儀，施工人員或班組長(zhǎng)隨身攜帶，一旦有毒有害氣體溢出時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，以便采取相應(yīng)的應(yīng)急措施[2]。

4.5 鋼絲繩電腦探傷儀

采用鋼絲繩電腦探傷儀，每月對(duì)鋼絲繩進(jìn)行1次檢測(cè)。通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)解壓分析，可以明確地定量數(shù)值顯示鋼絲繩內(nèi)外斷絲、金屬截面積變化，使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行日檢，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提出鋼絲繩的安全性，鋼絲繩及連接扣件半年進(jìn)行更換。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在不良地質(zhì)條件下完成小斷面大陡坡長(zhǎng)斜井開(kāi)挖支護(hù)施工實(shí)踐證明，采用支洞有軌運(yùn)輸結(jié)合主洞無(wú)軌運(yùn)輸?shù)姆绞?，高效快捷地進(jìn)行物料輸送，在較短時(shí)間內(nèi)順利完成了開(kāi)挖支護(hù)施工任務(wù)，克服了不良地質(zhì)條件下小斷面隧洞施工難以實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖與襯砌平行作業(yè)和出渣難度較大的難題，同時(shí)又減少了避車(chē)洞的施作，節(jié)約了施工成本，可為同類(lèi)工程提供借鑒意義。