斜井专项施工方案龙厦象山隧道严禁外传.docx
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斜井专项施工方案龙厦象山隧道严禁外传
新建龙岩至厦门铁路ZD-Ⅰ标
斜井专项施工方案
中铁隧道集团有限公司
龙厦铁路ZD-1标项目经理部
二○○七年二月十二日
第一章斜井优化设计
前言
2006年12月25日龙厦铁路重点工程开工典礼举行后,项目部及各工区人员即火速进场。
根据招标用施工图,项目部组织各工区相关技术人员对现场进行认真踏勘,结合工期要求、各斜井施工提升运输方案、提升设备的配置等因素对象山隧道5个斜井的洞口位置、井身设置、断面尺寸等设计方案进行了优化。
截止目前,斜井方面的优化工作已基本完成。
现将各斜井的优化变更情况分述如下。
一、1#斜井
1、斜井位置
象山隧道原设计1#斜井井身长945.31米,综合坡度9.13%,井底与正洞右线单联斜交,交点里程为YDK22+555。
井口位于滑坡体处,暗洞口进入山体坡脚40多米,仰坡开挖高度达60多米,暗洞口底板标高高出既有便道约4米。
由于山体地形较陡,造成开挖边坡较高、土石方量较大、边仰坡防护量大,且不利于边仰坡稳定,无法实现早进洞施工。
将暗洞口位置向设计左侧移动41米(避开滑坡体),标高下降2.6米(比既有便道高1.4米)。
在保持原设计坡度总体不变的情况下,井底联接处位置相应发生改变,交点里程为YDK22+452.5。
此方案可避免洞口段的高边坡开挖,实现早进洞。
此外井身长度缩短46.2米,在降低工程造价的同时,可提前进入正洞施工。
附:
象山隧道1#斜井井身位置调整平面图
象山隧道1#斜井井身位置调整纵断面图
(此方案已进入施工图)
2、断面尺寸
象山隧道1#井身断面原设计为单车道加错车道,错车道每200米设一个,共3个。
1#斜井作为对应正洞开挖与衬砌的运输和四个作业面的施工通风通道,承担对应正洞的出碴、混凝土及其他材料的运输任务,施工机械设备和通风设备也要从斜井进入正洞作业。
为了满足工期要求,充分发挥无轨运输“速度快、效率高”的优势,1#斜井承担正洞4个作业面的出碴和衬砌混凝土运输任务,由于正洞采用无轨运输,断面要满足3根Φ180cm通风管的布置,在隧道开挖期间才能满足施工通风要求。
计划在正洞右线1、2#斜井间贯通后,利用1#斜井承担2#斜井对应正洞剩余的部分施工运输和通风任务,为保证工期,最多要开辟5个作业面进行开挖和衬砌,施工运输更加繁忙。
鉴于以上原因,建议将1#斜井井身断面改为双车道,拱部考虑悬挂通风管的位置,在一侧留出人行道位置。
具体尺寸见附图。
附:
象山隧道1#斜井井身断面尺寸调整图
(此方案由于和铁道部鉴定中心对初步设计的意见有冲突,未被采纳,目前设计断面仍为单车道加错车道断面)
二、2#斜井
1、斜井位置
象山隧道原设计2#斜井井身长791.79米,倾角14.75°,与正洞右线双联斜交,交点里程为YDK25+320,与正洞小里程方向夹角为18°24′44″。
斜井围岩以Ⅲ级为主,地下水较发育。
由于地下水较发育,斜井建井开挖难度较大,斜井尽可能缩短长度后,可减少开挖困难;为满足正洞提升运输任务,所配3米绞车提升机功率较大,按原设计倾角14.75°开挖斜井时,不能完全发挥提升机的功效。
洞口位置偏移,井身位置整体向小里程方向旋转,井身倾角由14.75°变为22°,井身长度缩短283.62米,井底联接处为单联斜交,井身与右线小里程方向夹角为39°26′11″,交点里程为YDK25+006。
变更后3米绞车完全能满足倾角22°斜井提升能力的要求;此外井身长度缩短283米,在降低工程造价的同时,可提前近3个月进入正洞施工,对缩短工期意义重大。
附:
象山隧道2#斜井井身位置调整平面图
象山隧道2#斜井井身位置调整纵断面图
(此方案已得到业主、设计、监理三方认可,待正式施工图到位后再进行相应的变更)
2、断面尺寸
原设计斜井采用有轨运输三车道设计,净空宽度为6.3米,高度为4.34米,有轨车道的宽度为1.4米,轨距0.9米,矿车斗容为4立方米。
本工程的施工工期异常紧张,为满足右线28个月达到铺架条件的合同工期要求,现场施工时,要加快斜井井身施工的速度,以便尽快进行正洞的开挖;在斜井开挖至井底后,要同时开辟4个正洞施工作业面,斜井井身要承担正洞施工的运输和通风任务。
①、提高井身施工进度
按原设计断面尺寸,井身开挖采用耙斗装岩机进行装碴作业,装碴速度慢,施工效率较低,如对现有断面尺寸适当加大,以满足PC60小型挖掘机装碴,将明显提高装碴效率,可提前3个多月完成井身开挖任务,开辟正洞施工作业面。
②、提高正洞施工进度
正洞开挖时,通过斜井将洞碴的运出洞外。
如采用斗容为4立方米的矿车,一般实际每天的出碴量约为600立方米,只能保证正洞日开挖进尺6米多,无法保证施工总工期的按时完成。
如采用10m3矿车进行出碴运输,每天的出碴量可达1600立方米,能保证正洞日开挖进尺16米多。
一般10m3矿车的设计宽度达1.65米。
③、改善施工通风
斜井开挖至井底后,计划开辟4个正洞作业面,洞内存在瓦斯等有害气体,为加强通风,井身断面要满足4趟(每个正洞作业面一趟)直径1.7米的通风管的布置位置。
附:
2#斜井井身断面尺寸调整图。
(我方建议净空断面尺寸为宽6.9m,高6.21m,施工图设计净空断面尺寸为宽6.7m,高5.96m)
三、3#斜井
象山隧道原设计3#斜井与线路交点里程为DK28+400,与线路大里程方向夹角为68°,井口里程为X3DK0+820,倾角21.77°,斜长879.92米,采用有轨运输三车道断面。
在进行施工准备期间,据当地老乡反映洞口所在坡体存在滑移现象,之后铁四院对该位置进行补充钻探,钻探资料表明洞口坡体为滑坡体。
为确保施工安全,需对3#斜井位置进行改移。
经过我方和铁四院的共同努力,目前新3#斜井位置已基本确定,其位于线路前进方向右侧,与右线线路交点里程为YDK28+230,与线路大里程方向夹角约17°,采用斜交单联方式,有轨运输三车道断面,斜井倾角23.10°,斜长900.37m,井口里程X3DK0+831。
四、4#斜井
1、斜井位置
象山隧道原设计4#斜井位于线路前进方向的左侧,与线路交点里程为DK29+700,与线路小里程方向夹角为43°,井口里程为X4DK0+828,倾角22.86°,斜长893.18米,采用有轨运输三车道断面。
根据对4#斜井位置实际地形的勘察,原设计洞口位置前有大量的民房,且井口场地十分狭窄,不能满足提升设施的布置,在现有位置进行斜井的施工,将有大量的民房需要拆迁,并对周围居民带来很大的施工干挠。
拟将井口位置往大里程方向平移49m,斜井与正洞的交点里程为DK29+771.848,斜井与正洞的夹角及长度不变,仍为与小里程方向的夹角为43°,斜长为890.5m。
附:
象山隧道4#斜井井身位置调整平面图
象山隧道4#斜井井身位置调整纵断面图
(此方案已直接进入施工图)
2、断面尺寸
原设计同2#斜井,采用有轨运输三车道设计,净空宽度为6.3米,高度为4.34米,有轨车道的宽度为1.4米,轨距0.9米,矿车斗容为4立方米。
施工图设计净空断面尺寸调整为宽6.7m,高5.96m(和2#斜井相同)。
五、5#斜井
1、斜井位置
象山隧道5#井位于线路前进方向右侧,与右线线路中线交点里程YDK35+200,与线路大里程方向夹角50°,斜井综合坡度7.97%,斜长200.8m,井口里程X5DK0+200。
限于地形地貌之情况,4#井、5#井之间的正洞开挖是象山隧道工期关键线路,4#井、5#井之间正洞长度为5500m,出口与5#井之间正洞长度只有388m,从实施性组织设计角度考虑,进度任务分配极不均衡。
通过现场踏勘,自村间便道经过原5#井上行约300m处,地面高程约在320左右,具备斜井井口布置场地。
建议将5#斜井位置进行改移,改移后5#井井位位于线路前进方向右侧,与右线线路中线交于YDK34+800,与线路大里程方向夹角42°38’35”;投影长度320m,斜长321.41m。
此方案将4#、5#之间正洞距离较原设计减少400米,将5#与出口之间距离较原设计增加400米,有利于正洞施工任务的均衡划分。
(此方案已得到业主、设计、监理三方认可,待正式施工图到位后再进行相应的变更)
附:
象山隧道5#斜井井身位置调整平面图
象山隧道5#斜井井身位置调整纵断面图
2、断面尺寸
象山隧道5#井身断面原设计为单车道加错车道,共设错车道一处。
5#斜井作为对应正洞开挖与衬砌的运输和四个作业面的施工通风通道,承担对应正洞的出碴、混凝土及其他材料的运输任务,施工机械设备和通风设备也要从斜井进入正洞作业。
为了满足工期要求,充分发挥无轨运输“速度快、效率高”的优势,5#斜井承担正洞4个作业面的出碴和衬砌混凝土运输任务,且正洞向小里程的2个作业面为控制总工期的主控作业面;由于正洞采用无轨运输,断面要满足2趟180cm直径通风管的布置,在隧道开挖期间才能满足施工通风要求。
鉴于以上原因,建议将5#斜井井身断面改为双车道,拱部考虑悬挂通风管的位置,在一侧留出人行道位置。
具体尺寸见附图。
附:
象山隧道5#斜井井身断面尺寸调整图
第二章施工平面、立体布置
一、2#斜井
1、2#斜井洞口场地布置
2、2#斜井井底车场布置
4、2#斜井井底转载布置图一
5、2#斜井井底转载布置图二
5、2#斜井井身断面图
二、4#斜井
1、4#斜井洞口场地布置
2、4#斜井洞口纵断面图
3、4#斜井井底车场布置
4、4#斜井井身断面图
5、4#斜井井底转载布置图
三、3#斜井井底轨道布置图
第三章有轨斜井提升能力计算分析
不同容量提升矿车计算比较
一、比较原则
1、提升速度:
斜井提升设备受斜井轨道铺设质量影响,结合行车安全性综合考虑,选择钢丝绳最大绳速在5.0m/s左右为宜。
2、提升能力:
提升设备的提升能力是由发动机的功率决定的。
在最大绳速一定的情况下,发动机的功率越大,提升能力越大。
3、矿车容量:
矿车装碴量越大,需要的提升力越大,对提升系统的要求越高。
二、目前设备选型的总体评价
有轨斜井设备配置充分考虑了斜井运行速度的影响,结合施工生产的要求,采用大功率、大容量的提升设备,能够满足施组对工期的总体要求。
三、有轨提升设备配置及生产能力汇总
有轨斜井生产能力汇总表
型号
电动机(kw)
最大净拉力(kg)
最大净拉力差(kg)
钢丝绳
绳速
(m/s)
矿车容量
(m3)
运行时间(s)
月生产能力(m)
备注
2#斜井
2JK3×1.5-20
480
13500
9000
(6*19)36
4.6
10
125
480
双滚筒
JK2.5×2.0-31.5
320
9000
9000
31
3.2
单滚筒
3#斜井
2JK3×1.5-20
517
13000
8000
(6*19)34
5.6
10.5
160
500
双滚筒
4#斜井
2JK3×1.5-20
480
13500
9000
(6*19)37
4.6
10
210
420
双滚筒
2JK2.5×1.5-20
380
9000
6500
(6*19)34
4.7
8
210
380
双滚筒
JK2.5×2.0—20
320
9000
9000
31
3.2
单滚筒
(备选)
2#有轨斜井提升能力计算
根据优化方案:
2#斜井坡度变为220,距离缩短为283米,提升能力分析如下。
一、2JK3×1.5—20型提升机配合10m3矿车
一)双筒提升机已知使用条件
矿车能力,10m3(9.8*1.6*1.6),自重8.7T;矿碴1.7t/m3;提升机绳速4.6m/s;斜井长度500m;斜井倾角22°。
各主要参数:
f1:
矿车(采用滚动轴承)运动时的阻力系数f1=0.015;
f2:
钢丝绳运动阻力系数f2=0.35;T:
提升一次循环时间s;
L:
提升斜长m;Vm:
提升机绳速m/s;Q:
提升一次重量kg;
Qm:
矿车的总重kg;α:
井筒倾角α=22°;
η:
提升机传动效率η=0.90;p:
钢丝绳每米重量kg/m;
N:
提升机电动机功率KW;F:
计算最大静张力kg;
F差:
计算最大静张力差kg;
二)初步选型:
按2JK3×1.5双筒提升机,电动机功率480KW,滚筒直径3m,滚筒宽度1.5m,绳速为4.6m/s,容绳量1000m,最大静张力135kN,最大静张力差90kN,钢丝绳为6×19-φ36,钢丝绳每米为4.8kg
提升机最大静张力验算
F=(Q+Qm)(sinα+f1cosα)+PL(sinα+f2cosα)
F=(17000+8700)×(sin220+0.015cos220)+4.8×500(sin220+0.35cos220)
F=25700×(0.3746+0.015×0.9271)+2400×(0.3746+0.35×0.9271)
F=11662.29kg<135kN(符合最大静张力条件)
提升机最大静张力差验算
F差=F-Qm(sina-f1cosa)
F差=11662.29-8700(sin220-0.015cos220)
F差=11662.29-8700(0.3746-0.015×0.9271)
F差=8524.2kg<90kN(符合最大静张力差条件)。
提升机电动机功率验算
N=F差×Vm÷102÷η
=8524.2×4.6÷102÷0.9
=427KW<500KW(符合电机功率要求)。
提升钢丝绳验算
Pk=(Q1+Q2)(sinα+f1cosα)÷[(110δ÷m)-L(sinα+f2cosα)]
=25700×0.3885÷[2707.69-349.54]
=4.23(kg/m)<4.8(kg/m)(满足已选钢丝绳要求)
Q1—提升容器及连接装置的自重,取8700kg;
Q2—提升容器的有效载重,17000kg;
L—钢丝绳提升长度;取500米;
δ—钢丝绳公称抗拉强度,取160kg/mm21;
f1—提升容器的阻力系数,取0.015;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,取0.35;
α—斜井倾角22°;
m—安全系数,取6.5。
提升机提升能力验算
计算提升一次循环时间(双钩斜井侧卸式矿车):
T=井底装碴时间+线路运行时间(按500米计算);
T=300s+500m÷4m/s(平均速度)=425s,即:
8.47车/h;
每小时提升量:
Q=10m3/车×8.47车/h=84.47m3/h;
一天按照工作20小时计,可提升1689.4m3。
隧道开挖平均为105m3/延米(松方),斜井提升能力控制通过斜井运输工作面总的开挖进度为16m/d,考虑一定的系数,2#斜井正洞所有工作面最大生产能力为480m/月。
结论:
经计算分析,本项目选2JK3×1.5双筒提升机,滚筒直径3m,滚筒宽度1.5m,绳速为4.6m/s,容绳量1000m,最大静张力135kN,最大静张力差90kN,钢丝绳6×19-φ36,矿车10m3/车,满足项目施工需要。
二、2JK3×1.5—20型提升机配合12m3矿车
A.提升机选择
选用12m3矿车,每次提升1辆。
最大静张力(F最大)
F最大=n(Q1+Q2)(Sinα+f1COSα)+PkL(Sinα+f2COSα)
n—一次提升车数;
Q1—提升容器及连接装置的自重,为9000kg;
Q2—提升容器的有效载重,为19200kg;
α—斜井倾角,22°;
f1—提升容器的阻力系数,用0.015;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,用0.35;
Pk—提升钢丝绳的单位长度重量,计算暂选用Φ37钢丝绳,取4.871kg/m;
L—钢丝绳提升长度,为500m;
经计算:
F最大=1×(9000+19200)(Sin22°+0.015COS22°)+4.871×500(Sin22°+0.25COS22°)
=12427.2kg
最大静拉力差(F差)
F差=F最大-nQ1(Sinα-f1COSα)
=12427.2-1×9000(Sin22°-0.015COS22°)
=9182.5kg
提升机选择
按2JK3×1.5—20型双筒提升机,电动机功率500KW,滚筒直径3m,滚筒宽度1.5m,绳速为4.6m/s,容绳量1000m,最大静张力135kN,最大静张力差90kN,钢丝绳为6×19-φ36,钢丝绳每米为4.871kg
综述:
选用2JK3×1.5—20型提升机,配(6×19)Φ37钢丝绳、12m3矿车,不能满足提升要求。
2#有轨斜井进料提升能力计算
一、JK2.5×2.0—31.5型提升机配合4m3混凝土罐车
按一般较长斜井的施工经验,斜井施工进料采用单钩提升。
①提升容器的选择
根据斜井设计断面和井底设备,采用4m3砼运输车和中小型矿车,每次提升1辆。
人员上下井也乘单钩提升的22座人车。
②提升机选择
最大静张力(F最大)
F最大=n(Q1+Q2)(Sinα+f1COSα)+PkL(Sinα+f2COSα)
n—一次提升车数;
Q1—提升容器及连接装置的自重,为4000kg;
Q2—提升容器的有效载重,为9000kg;
α—斜井倾角,22.86°;
f1—提升容器的阻力系数,用0.01;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,用0.25;
Pk—提升钢丝绳的单位长度重量,计算暂选用Φ31钢丝绳,取2.887kg/m;
L—钢丝绳提升长度,为600m;
经计算:
F最大=1×(9000+4000)(Sin22.86°+0.01COS22.86°)+2.887×600(Sin22.86°+0.25COS22.86°)
=6241.3kg
提升机选择:
选用KJ2.5×2—31.5型提升机,绳速3.2m/s,配320Kw电动机,最大静拉力为9000kg,完全可以满足提升计算。
③钢丝绳选择
钢丝绳安全系数按煤矿安全规程提升物料时用7.5,升降人员时用9.0,要求钢丝绳破断拉力总和。
当提升物料时:
7.5×F最大=47850kg
当升降人员时:
经计算:
F最大=1×(1540+4000)(Sin22.86°+0.01COS22.86°)+2.887×900(Sin22.86°+0.25COS22.86°)
=3811kg
9.0×F最大=34299kg
选用Φ31钢丝绳,抗拉强度1900Mpa,钢丝绳破断拉力总和为57200kg,提升物料、升降人员均满足要求。
④天轮直径(d)选择
采用游动天轮,要求d=(40~60)Φ绳,采用直径2000mm天轮完全可以满足要求。
4#有轨斜井提升能力计算
一、2JK2.5×1.5—20型提升机配合8m3矿车
选用8m3矿车,每次提升1辆。
最大静张力(F最大)
F最大=n(Q1+Q2)(Sinα+f1COSα)+PkL(Sinα+f2COSα)
n—一次提升车数;
Q1—提升容器及连接装置的自重,为6000kg;
Q2—提升容器的有效载重,为12000kg;
α—斜井倾角,22°;
f1—提升容器的阻力系数,用0.015;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,用0.25;
Pk—提升钢丝绳的单位长度重量,计算暂选用Φ34钢丝绳,取3.423kg/m;
L—钢丝绳提升长度,为950m;
经计算:
F最大=1×(6000+12000)(Sin22°+0.015COS22°)+3.423×950(Sin22°+0.25COS22°)
=8973kg
最大静拉力差(F差)
F差=F最大-nQ1(Sinα-f1COSα)
=8973-1×6000(Sin22°-0.015COS22°)
=6807kg
提升机选择
选用2JK2.5×1.5—20型提升机,配380Kw电动机,最大静拉力为9000kg,最大静拉力差6500kg,不能满足提升计算。
二、2JK3×1.5—20型提升机配合10m3矿车
A.提升机选择
选用10m3矿车,每次提升1辆。
最大静张力(F最大)
F最大=n(Q1+Q2)(Sinα+f1COSα)+PkL(Sinα+f2COSα)
n—一次提升车数;
Q1—提升容器及连接装置的自重,为8000kg;
Q2—提升容器的有效载重,为15000kg;
α—斜井倾角,22°;
f1—提升容器的阻力系数,用0.015;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,用0.25;
Pk—提升钢丝绳的单位长度重量,计算暂选用Φ37钢丝绳,取3.8kg/m;
L—钢丝绳提升长度,为1000m;
经计算:
F最大=1×(8000+15000)(Sin22°+0.015COS22°)+3.8×1000(Sin22°+0.25COS22°)
=11250kg
最大静拉力差(F差)
F差=F最大-nQ1(Sinα-f1COSα)
=11250-1×8000(Sin22°-0.015COS22°)
=8313kg
提升机选择
选用2JK3×1.5—20型提升机,配480Kw电动机,钢丝绳额定速度为4.6m/s,最大静拉力为13500kg,最大静拉力差9000kg,可以满足提升计算。
B.钢丝绳选择
钢丝绳安全系数按煤矿安全规程用7.5,要求钢丝绳破断拉力总和
7.5×F最大=7.5×11250=84735kg
选用(6×19)Φ37钢丝绳,钢丝绳破断拉力总和为87600kg,大于84735Kg,Φ37钢丝绳满足要求。
C.天轮直径(d)选择
采用游动天轮,要求d=(40~60)Φ绳。
综述:
选用2JK3×1.5—20型提升机,配(6×19)Φ37钢丝绳、10m3矿车,能满足提升要求。
斜井主提升为3.0m卷扬机提升10.0m3矿车,最大提升速度4.6m/s,井底至卸碴栈桥总长考虑900m,考虑起止加减速时间,提升时间为210s,装车时间考虑为90s,合计为300s,每小时可提升12车。
实际按照提升能力为每车提升9.2m3,每小时提升8车,提升能力为73.6m3/h,一天按照工作20小时计,可提升1472m3。
隧道开挖平均为105m3/延米(松方),斜井提升能力控制通过斜井运输工作面总的开挖进度为14m/d,考虑一定的系数,4#斜井正洞所有工作面最大生产能力为420m/月。
4#有轨斜井进料提升能力计算
一、JK2.0×1.5—30型提升机配合4m3混凝土罐车
按一般较长斜井的施工经验,斜井施工进料采用单钩提升。
人员上下井也乘单钩提升的22座人车。
①提升容器的选择
根据斜井设计断面和井底设备,采用4砼运输车和中小型矿车,每次提升1辆。
②提升机选择
最大静张力(F最大)
F最大=n(Q1+Q2)(Sinα+f1COSα)+PkL(Sinα+f2COSα)
n—一次提升车数;
Q1—提升容器及连接装置的自重,为4000kg;
Q2—提升容器的有效载重,为9000kg;
α—斜井倾角,22.86°;
f1—提升容器的阻力系数,用0.01;
f2—钢丝绳移动的阻力系数,用0.25;
Pk—提升钢丝绳的单位长度重量,计算暂选用Φ31钢丝绳,取2.887kg/m;
L—钢丝绳提升长度,为1000m;
经计算:
F最大=1×(9000+4000)(Sin22.86°+0.01COS22.86°)+2.887×1000(Sin22.86°+0.25COS
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