某河大橋西錨碇隧洞開(kāi)挖出渣方案

xx大橋西錨碇隧洞開(kāi)挖出渣方案探討1、概述1.1工程概況xx大橋是xx國(guó)道主干線(xiàn)xx省xx至xx公路的控制性工程，xx大橋?yàn)橹骺?088m的單跨雙鉸鋼桁加勁梁懸索橋，大橋西岸錨碇采用隧道式錨碇結(jié)構(gòu)。錨碇隧洞軸線(xiàn)總長(zhǎng)度74.34m，其中前錨室軸線(xiàn)長(zhǎng)度31.34m，錨塞體軸線(xiàn)長(zhǎng)度40.0m，后錨室軸線(xiàn)長(zhǎng)度3.0m。后端部總寬49.0m。洞軸線(xiàn)的水平傾角45°，隧洞口單洞斷面尺寸為10m×10.8m，頂拱半徑5m；洞底單洞斷面尺寸為21m×25m，頂拱半徑10.5m，見(jiàn)洞身縱斷面示意圖。左右隧洞最小凈距7.0m。1.2西錨碇隧道施工的特點(diǎn)、難點(diǎn)（1）隧道斷面大、洞軸線(xiàn)水平傾角大；（2）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜；（3）機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)難度大，設(shè)備運(yùn)行安全隱患大；（4）左右隧洞隧底最小徑距7m。2、出渣系統(tǒng)的構(gòu)想與實(shí)施2.1設(shè)備選型西錨碇隧洞分為左右兩個(gè)洞室，單側(cè)隧洞挖方量為17064m3，兩洞挖方量共計(jì)34128m3，洞口斷面為10×10.8m，洞底斷面為21×25m。前錨室隧道底坡48.2°，錨塞體隧道底坡52.8°。出渣系統(tǒng)采用挖掘機(jī)裝渣，2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車(chē)牽引礦車(chē)的有軌運(yùn)輸方式，礦車(chē)容量6.0m3。2.1.1礦用提升機(jī)選型礦用提升機(jī)的選用需綜合考慮耙渣設(shè)備上下和渣料運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)度要求。出渣效率計(jì)算單洞洞室開(kāi)挖的工期定為180天，隧洞開(kāi)挖、支護(hù)一個(gè)循環(huán)需48小時(shí)，平均每個(gè)循環(huán)出渣量為190m3。礦車(chē)行走速度按30m/min，加上裝料時(shí)間4min。卸料時(shí)間1min，一個(gè)來(lái)回時(shí)間t=（74.34÷30）×2+4+1≈10min,則每個(gè)礦車(chē)1個(gè)小時(shí)出渣為6次，每臺(tái)每小時(shí)出渣率v=6×5=30m3,完成每循環(huán)190m3石渣運(yùn)輸需耗時(shí)t=190/30=6.3h，滿(mǎn)足循環(huán)進(jìn)度中出渣在8小時(shí)以?xún)?nèi)的要求。出渣絞車(chē)牽引力計(jì)算計(jì)算參數(shù)：礦車(chē)容積6.0（實(shí)際裝車(chē)按5.0），巖石容重按2.0t/計(jì)，則重10.0t。隧洞軸線(xiàn)傾角45°，從洞口至隧道錨碇前錨面的礦車(chē)軌道傾角為：=+arctg=+=,從錨碇前錨面至后錨面的礦車(chē)軌道傾角為=+arctg=+=。礦車(chē)與鋼軌滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.05,每臺(tái)礦車(chē)自重按8.5t計(jì)。礦車(chē)自重與載重：G=8.5+2.0×5=18.5t（1）鋼軌傾角為時(shí)：G在鋼軌上的垂直分力：=Cos×18.5=12.33tP1沿鋼軌的下滑力=Sin×18.5=13.8t礦車(chē)出渣按12.33t計(jì)時(shí)，所受摩阻力=f×=0.05×12.33=0.62t則此時(shí)的絞車(chē)牽引力為=+=13.8+0.62=14.42t（2）鋼軌傾角為時(shí)：G在鋼軌上的垂直分力：=Cos×18.5=11.2t沿鋼軌的下滑力=Sin×18.5=14.7t礦車(chē)出渣按11.2t計(jì)時(shí)，所受摩阻力=f×=0.05×11.2=0.56t則此時(shí)的絞車(chē)牽引力為=+=14.7+0.56=15.26t故出渣系統(tǒng)的提升設(shè)備采用2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車(chē)（見(jiàn)左圖）能滿(mǎn)足出渣要求，絞車(chē)配32.5mm鋼絲繩，絞車(chē)的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2-1。2JTK-1.6改進(jìn)型絞車(chē)技術(shù)參數(shù)表表2-1卷筒個(gè)數(shù)雙筒鋼絲繩直徑32.5mm直徑1200mm破斷拉力總和652kN寬度900mm平均速度0.943m33/s容繩量560m電動(dòng)機(jī)型號(hào)YR纏繞層數(shù)4功率132kW最大靜張力200kN轉(zhuǎn)速730r/miin最大靜張力差200kN減速機(jī)速比1:48.5重量15000kgg外形尺寸(mmm)6818×39924×11440運(yùn)渣設(shè)備采用YCC－6型專(zhuān)用礦車(chē)（見(jiàn)下圖），礦車(chē)尺寸4.4×1.4×1.12m，容量6.0m3，卸車(chē)采用側(cè)卸式，卸車(chē)時(shí)通過(guò)曲軌使礦車(chē)傾斜（斜度20°），側(cè)墻板打開(kāi)（開(kāi)口寬度400～500mm）卸渣至卸料斗。礦車(chē)主要參數(shù)見(jiàn)表2-2名稱(chēng)單位主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)YCC2-4YCC2-6YCC2-8型式單側(cè)式單側(cè)式單側(cè)式容積m3468自重t3.54.66.0載重量t101517軌距mm762、9000762、9000762、9000牽引高度mm430430430側(cè)傾角度°404038最大開(kāi)口寬度mm700800800外形尺寸mm3900×14450×15505000×15510×16805500×16650×1680曲軌側(cè)卸式礦車(chē)主要參數(shù)表2-22.1.2耙渣設(shè)備選型目前鐵路涵洞,水利建設(shè),金屬及非金屬礦等建設(shè)工程在用鉆爆法進(jìn)行巷道掘進(jìn)中采用的將巖石裝入礦車(chē)或巷道輸送機(jī)中的裝載機(jī)械主要有鏟斗裝載機(jī)和耙斗裝載機(jī)。但鏟斗裝載機(jī)多用在水平巷道工作面和傾角小于12°的傾斜巷道，耙斗裝載機(jī)在掘進(jìn)傾角5°~10°的傾斜巷道時(shí)工作效率較高，近年來(lái)隨著機(jī)械設(shè)備的不斷改進(jìn)耙斗裝載機(jī)的使用范圍有所增大但仍然只能在傾角小于30°的斜巷中使用。在沒(méi)有適用于大傾角隧道開(kāi)挖的專(zhuān)用設(shè)備的情況下，錨碇隧洞的耙渣、裝渣設(shè)備采用靈活性高，清渣更徹底的挖掘機(jī)。綜合考慮挖掘機(jī)的裝渣速度、回轉(zhuǎn)半徑、最大挖掘力和整機(jī)重量選用斗容0.6m3的反鏟挖掘機(jī)。挖機(jī)參數(shù)見(jiàn)表2-3。挖掘機(jī)參數(shù)表表2-3項(xiàng)目單位數(shù)值整機(jī)質(zhì)量t12.2斗容m30.6爬坡角度度35（70％）全高m2.74全長(zhǎng)m7.61履帶長(zhǎng)m3.58履帶寬（外到外外）m2.49履帶板寬m0.52.2出渣系統(tǒng)布置2.2.1出渣系統(tǒng)平面布置出渣運(yùn)輸采用有軌運(yùn)輸方式，洞內(nèi)采用0.6m3反鏟挖掘機(jī)扒渣、集渣、裝渣，6.0m3側(cè)卸式礦車(chē)通過(guò)軌道運(yùn)輸?shù)蕉赐獬鲈?，卸渣，洞外由自卸汽?chē)裝渣運(yùn)至指定棄土場(chǎng)。軌道選用38kg/m鋼軌,軌距900mm。軌枕采用槽鋼I10，軌枕尺寸為1135mm×100mm×44.8mm，間距為600mm，洞身段軌枕直接鋪設(shè)在洞底噴射砼坡面上，為保證軌道的平順和牢固軌枕與洞底坡面初期支護(hù)的型鋼拱架焊接在一起,軌道與軌枕亦采用焊接方式連接。洞口斜坡段坡度較緩，軌道直接鋪設(shè)在整平好的坡面上。側(cè)卸式礦車(chē)卸車(chē)時(shí)要求礦車(chē)停在傾斜角度小于5°的坡面或水平面上，出渣系統(tǒng)軌道布設(shè)時(shí)軌道縱坡設(shè)一段由前錨室洞底48.3°至卸車(chē)平面的過(guò)渡段,過(guò)渡段坡面與水平面的夾角17°,為保證卸渣槽的凈空過(guò)渡段的長(zhǎng)度大于19m。西錨碇位于xx河西岸斜坡的中上部，地形西高東低，高差30m，地勢(shì)較陡，地形坡度30°～50°之間。而錨碇基坑沿路基縱向的寬度僅36.76m,錨碇基坑外側(cè)由北向南有一條施工便道緊貼錨碇基坑，右側(cè)與基坑距離0m,左側(cè)與基坑距離20m。提升機(jī)跨便道布設(shè)，原地面受地形坡度影響坡降大，標(biāo)高較低，為了不影響便道的通行同時(shí)滿(mǎn)足提升機(jī)的提升要求，需為提升機(jī)修筑高大基礎(chǔ)，因此在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)時(shí)將提升機(jī)基礎(chǔ)布置在便道與基坑之間。出渣系統(tǒng)縱斷面布置詳見(jiàn)圖2-1。圖2-1出渣系統(tǒng)縱斷面布置圖(單位：cm)挖掘機(jī)上下錨洞采用自行設(shè)計(jì)加工的專(zhuān)用平板車(chē)運(yùn)輸,絞車(chē)提升,在左右洞口設(shè)置挖掘機(jī)進(jìn)出通道。挖掘機(jī)運(yùn)輸平車(chē)與出渣礦車(chē)在洞內(nèi)共用一條軌道，在洞口設(shè)置岔軌和平車(chē)停靠平臺(tái)，礦車(chē)運(yùn)行時(shí)平車(chē)停在岔軌末端的停車(chē)平臺(tái)內(nèi)，平車(chē)運(yùn)行時(shí)礦車(chē)?？吭谛对凵戏降闹鬈壣稀Ｆ杰?chē)及礦車(chē)?？繒r(shí)均要求采用雙保險(xiǎn)，前端拉環(huán)處用鋼絲繩系于地錨上，后端后車(chē)輪用卡軌器卡牢。出渣系統(tǒng)平面布置見(jiàn)圖2-2。圖2-2出渣系統(tǒng)平面布置圖2.2.2挖掘機(jī)運(yùn)輸平車(chē)設(shè)計(jì)隧道錨開(kāi)挖的石渣的耙渣、裝渣采用0.6m3斗容的挖掘機(jī)。挖機(jī)在爆破的過(guò)程中必須運(yùn)出隧道，而隧底軌道的最大傾角達(dá)53.8°，挖機(jī)本身無(wú)法在此坡面上穩(wěn)定。挖掘機(jī)上下錨洞必須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸平臺(tái)，保證挖掘機(jī)能緩慢移動(dòng)上平臺(tái)并在平臺(tái)上保持穩(wěn)定。故將挖掘機(jī)運(yùn)輸平臺(tái)設(shè)計(jì)成楔形平臺(tái)，楔形平臺(tái)的夾角為27°，這樣在洞底坡面達(dá)53.8°時(shí)楔形平臺(tái)的頂面與水平面的夾角為26.8°挖掘機(jī)能順利爬上平臺(tái)并在其上保持穩(wěn)定,平車(chē)寬2.6m，長(zhǎng)3.6m，前后輪距1.75m，左右輪距0.9m。運(yùn)輸平車(chē)見(jiàn)圖2-3。圖2-3挖掘機(jī)運(yùn)輸平車(chē)圖（單位：cm）平車(chē)穩(wěn)定性驗(yàn)算比較洞底坡度48.2°與洞底坡度53.8°時(shí)挖掘機(jī)與運(yùn)輸平車(chē)運(yùn)行的兩種工況,在洞底坡度53.8°時(shí)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的傾覆力矩更大,在進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)取洞底坡度53.8°的工況進(jìn)行驗(yàn)算整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定，滿(mǎn)足挖掘機(jī)運(yùn)輸要求。在進(jìn)行挖掘機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)未考慮平車(chē)啟動(dòng)瞬間挖掘機(jī)慣性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，因此在實(shí)際操作過(guò)程中要求提升機(jī)緩慢啟動(dòng)，以消除挖掘機(jī)慣性對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。2.3出渣系統(tǒng)的運(yùn)行步驟及安全措施2.3.1出渣系統(tǒng)的運(yùn)行步驟（1）將礦車(chē)停在坡度平緩的出渣槽上方前后用鋼絲繩和卡軌器固定牢，卸下提升機(jī)上的主鋼絲繩，將提升機(jī)主鋼絲繩系在平車(chē)上并把平車(chē)拖至洞口變坡點(diǎn)上2m處，固定平車(chē)解除提升機(jī)主鋼絲繩。（2）挖掘機(jī)通過(guò)挖掘機(jī)通道停于平車(chē)正前方，掛上提升機(jī)主鋼絲繩，挖掘機(jī)上平車(chē)，并用對(duì)拉螺桿、手拉葫蘆等工具將挖掘機(jī)牢牢固定在平車(chē)上。（3）啟動(dòng)提升機(jī)將挖掘機(jī)緩緩放至隧道掌子面，解除固定措施，挖掘機(jī)下平車(chē)。（4）將挖掘機(jī)運(yùn)輸平車(chē)拖至岔軌末端的平車(chē)停靠平臺(tái)前后用鋼絲繩和卡軌器固定牢，卸下提升機(jī)主鋼絲繩將其系在礦車(chē)?yán)h(huán)上，撤除礦車(chē)固定鋼絲繩和卡軌器，礦車(chē)可沿主軌上下正常進(jìn)行石渣運(yùn)輸。（5）出渣結(jié)束重復(fù)上述步驟將挖掘機(jī)提升出洞，洞內(nèi)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的施工。2.3.2出渣系統(tǒng)的運(yùn)行的安全措施（1）礦用提升機(jī)的傳動(dòng)軸、電器部分、剎車(chē)，鋼絲繩，鋼絲繩與礦車(chē)?yán)h(huán)的連接，軌道的平整度和牢固程度等關(guān)鍵部位必須每個(gè)班檢查，確保各部位正常運(yùn)行。（2）沿軌道的軸線(xiàn)直線(xiàn)段每7~10m布設(shè)地輪，變坡點(diǎn)上下2m范圍內(nèi)各布設(shè)一個(gè)地輪，礦車(chē)、平車(chē)上下時(shí)提升機(jī)的主鋼絲繩落在地輪上，避免鋼絲繩與坡面和軌枕摩擦損壞鋼絲繩。（3）整個(gè)出渣系統(tǒng)的危險(xiǎn)點(diǎn)在挖掘機(jī)與平車(chē)的上下，挖掘機(jī)的固定和上下都必須固定專(zhuān)人作業(yè)，挖掘機(jī)在平車(chē)上的停放位置直接影響挖掘機(jī)與平車(chē)的穩(wěn)定，挖掘機(jī)的停放位置必須用油漆在平車(chē)上做出明顯的標(biāo)志，保證每次挖掘機(jī)?？康臏?zhǔn)確性。（4）每次爆破作業(yè)和出渣作業(yè)后，對(duì)軌道進(jìn)行一次全面的檢查，軌道平整、牢固且軌道附近清潔無(wú)雜物，保證礦車(chē)、平車(chē)在軌道上的順利運(yùn)行。（5）挖掘機(jī)上下隧洞的速度盡可能放慢，以減少慣性對(duì)挖掘機(jī)及平車(chē)穩(wěn)定性的影響，3、大傾角隧道錨施工工法探討3.1斜井施工方法根據(jù)圍巖的類(lèi)別、交通條件、斷面尺寸、支護(hù)參數(shù)等因素。斜井工程開(kāi)挖方法有全斷面開(kāi)挖和先開(kāi)挖導(dǎo)洞再進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖兩種。3.1.1全斷面開(kāi)挖法采用自上而下進(jìn)行，全斷面一次爆破成型。該法適用于井底無(wú)出渣條件，從井底出渣工期不能滿(mǎn)足要求，或斜井傾角小無(wú)法布置溜渣的隧道。3.1.2先開(kāi)挖導(dǎo)井再擴(kuò)大開(kāi)挖成型法（1）導(dǎo)井開(kāi)挖導(dǎo)井開(kāi)挖可采用普通法、一次鉆孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法和反井鉆機(jī)法。前四種方法由于作業(yè)條件差，鉆孔偏斜率大，只能用于較淺的井。反井鉆機(jī)法，用勞動(dòng)力少，適用性強(qiáng)，開(kāi)挖速度快，已成為導(dǎo)井開(kāi)挖的主要方法。反井鉆機(jī)開(kāi)挖導(dǎo)井。適用于中等硬度的巖石，開(kāi)挖次序?yàn)橄茸陨隙裸@導(dǎo)孔，再自下而上擴(kuò)孔成井。該法具有鉆進(jìn)速度快、工效高、施工安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工精度高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是水電工程豎井、斜井開(kāi)挖新開(kāi)辟的一種施工方法。（2）擴(kuò)大開(kāi)挖方法導(dǎo)井貫通以后，自上而下進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖。擴(kuò)大開(kāi)挖采用特制的軌式擴(kuò)挖平臺(tái)車(chē)，進(jìn)行鉆孔裝藥，爆破石渣從導(dǎo)井溜至井底，再用其他機(jī)械裝運(yùn)出渣。3.2xx大橋隧道錨出渣系統(tǒng)中存在的不足和改進(jìn)方法3.2.1出渣系統(tǒng)中存在的不足（1）出渣系統(tǒng)考慮時(shí)僅考慮了運(yùn)渣系統(tǒng)的運(yùn)渣能力與工程工期以及運(yùn)渣系統(tǒng)的運(yùn)行安全，而沒(méi)有充分考慮耙渣設(shè)備的對(duì)系統(tǒng)的特殊要求，出渣系統(tǒng)存在軌距偏小、耙渣設(shè)備運(yùn)輸平車(chē)前后輪距偏小等不利因素。（2）提升設(shè)備選型時(shí)選用2JTK-1.6改進(jìn)型20t雙筒絞車(chē)，考慮每個(gè)洞配2臺(tái)側(cè)卸式礦車(chē)，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，礦車(chē)上下洞的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于挖掘機(jī)裝車(chē)時(shí)間，采用2臺(tái)側(cè)卸式礦車(chē)并不能大幅提升出渣效率。（3）側(cè)卸式礦車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)，箱體的長(zhǎng)高比值沒(méi)有考慮礦車(chē)停在53.8°的斜坡上時(shí)，渣料在車(chē)箱內(nèi)的分布情況，使車(chē)廂裝渣后整個(gè)礦車(chē)的中心超過(guò)了礦車(chē)的后輪軸，提升機(jī)鋼絲繩帶勁后容易出現(xiàn)前輪脫離軌道的情況。（4）提升機(jī)調(diào)速方法采用通過(guò)集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來(lái)控制轉(zhuǎn)速，這種轉(zhuǎn)速控制法能耗大，調(diào)速范圍小，平滑性差，低速機(jī)械特性軟，并且轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟(jì)，電網(wǎng)電壓的高低對(duì)速度影響很大，對(duì)減速機(jī)、連軸器、鋼絲繩的機(jī)械沖擊大，使用壽命短。3.2.2改進(jìn)方法（1）綜合考慮耙渣、運(yùn)渣設(shè)備的要求，加大軌距，在施工現(xiàn)場(chǎng)條件許可的前提下，盡可能延長(zhǎng)斜坡道的距離，將兩次變坡改為三次乃至于四次變坡，為加大前后輪距創(chuàng)造條件。（2）選用20t單筒絞車(chē)。（3）在側(cè)卸式礦車(chē)箱體內(nèi)增設(shè)隔板，改善渣料的分布，同時(shí)提高提升機(jī)鋼絲