巫奉斜井施工设备配套技术方案.docx
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巫奉斜井施工设备配套技术方案
重庆巫山至奉节高速公路A19标
斜井施工设备配套技术方案
中铁隧道集团有限公司第一工程处
二OO六年元月
目录
一、工程概况……………………………………………………………………………2
二、工程特、重、难点………………………………………………………………5
三、总体方案……………………………………………………………………………5
四、施工方法……………………………………………………………………………6
1、开挖支护作业线………………………………………………………………6
2、装碴运输提升作业线…………………………………………………………8
3、混凝土衬砌……………………………………………………………………13
4、斜井通风系统…………………………………………………………………14
5、施工照明系统…………………………………………………………………14
6、施工排水系统…………………………………………………………………14
7、施工供电系统…………………………………………………………………15
8、斜井施工信号系统……………………………………………………………15
9、斜井管线布置方案……………………………………………………………15
10、斜井井外施工场地布置……………………………………………………16
11、斜井安全设施………………………………………………………………16
五、斜井机械、周转料、非标设备配置………………………………………17
1、机械设备………………………………………………………………………17
2、周转料配置……………………………………………………………………18
3、非标设计与加工………………………………………………………………18
六、阶段性时间安排…………………………………………………………………18
七、需说明的问题……………………………………………………………………19
国家重点公路杭州至兰州线重庆巫奉高速公路A19合同段，位于重庆市奉节县双潭乡境内，主要工程项目有摩天岭特长隧道及2#通风斜井。
其中2#通风斜井位于奉节县双潭乡中梁村，井口位于隧道右线YK47+474右侧172m，井底位于隧道右线YK46+739右侧44.95m处，距隧道出洞口3069m；施工便道从103省道奉节至巫山40Km处下山，新修3.6Km便道到达斜井井口。
一、工程概况
1、设计概况
2号斜井全长817.05m，倾角24.95°，开挖断面面积34.98～47.0m2。
井口设3m的明洞，其余地段采用复合衬砌。
初期支护采用格栅钢架、径向锚杆、钢筋网及喷射混凝土；二次衬砌采用EVA复合防排水板、C25混凝土。
复合衬砌的支护参数见表1：
表1复合式衬砌各类支护参数表
衬砌类型
围岩级别
初期支护
二次衬砌（C25）
辅助
施工
锚杆
钢筋网
喷混凝土
钢拱架
SX5
Ⅴ
Φ25注浆锚杆
L=3.0m，50*100cm
双层Φ6钢筋网20*20cm
C20喷射混凝土厚24cm
Φ25格栅钢架间距75cm
拱部、仰拱40cm（钢筋砼）
SX4
Ⅳ
Φ22药卷锚杆
L=2.5，100*100cm
单层Φ6钢筋网20*20cm
C20喷射混凝土厚20cm
Φ22格栅钢架间距100cm
拱部、仰拱35cm（砼）
SX3
Ⅲ
Φ22药卷锚杆
L=2.0m，100*100cm
单层Φ6钢筋网20*20cm
C20喷射混凝土厚10cm
拱部30cm（砼）
SX2
Ⅱ
局部Φ22药卷锚杆
局部Φ6钢筋网20*20cm局部
C20喷射混凝土厚6cm
拱部30cm（砼）
（1）斜井开挖断面示意图
（2）2号斜井衬砌内轮廓示意图
（3）2号斜井XJ2K0+745-+720坡度为-2%，XJ2K0+720-+020坡度为46.529%（倾角24.95°），井下XJ2K0+020-+000坡度为2%。
详见斜井地质纵断面图。
（4）地下风机房运输通道、风机房54.75m，控制室、休息室、电气室48m，风机口风道40m，联络风道165.4m，过渡段40m。
2、工程地质与水文地质
斜井通过地层全部为灰岩段；斜井分段工程与水文地质情况见下表2。
表2斜井工程地质与水文地质一览表
序号
里程
长度（m）
工程与水文地质
围岩稳定性
1
地表向下XJ2K0+745～+720
20m
薄至中层灰岩、白云质灰岩，裂隙较发育，受构造影响较重，岩体破碎。
侧壁稳定性较差，洞顶及侧壁可能出现塌方。
2
XJ2K0+725～+425
330.3m
3
XJ2K0+425～+000
466.75m
薄至中层隐晶质灰岩、白云质灰岩，岩溶较发育，受构造影响较轻。
侧壁稳定，洞顶可能出现局部小坍塌、掉块，雨季可能出现大量渗水，但不排除突水、突泥的可能性。
合计
XJ2K0+745～+000
817.05m
二、工程特、重、难点分析
1、斜井开挖断面大，倾角大（接近斜井倾角极限），施工组织难度大；与常规斜井相比，开挖断面大，断面面积34.98～47.0m2，倾角24.95°，衬砌结构带有中隔墙结构。
2、隧道开挖至风机房及斜井开挖至井底的时间相差较长，为了保证正洞和斜井均衡生产，因此斜井开挖至井底后衬砌台车需在井底拼装，施工难度极大。
3、衬砌采用从井底向井口衬砌，混凝土从井口泵送，泵送距离长，泵送混凝土要求高，施工难度大。
三、总体方案
斜井采用“无轨运输（平坡段）—卷扬机提升（井身段）—绞车提升（井身段）”三个阶段，开挖自上而下，铺底衬砌自下而上。
1、开挖支护
洞口段（Ⅴ级围岩）及Ⅳ级围岩采用台阶法施工；Ⅲ、Ⅱ级采用全断面法施工。
人工手持风钻钻爆开挖，光面爆破，台架采用脚手架，施工时易于拆除；初期支护紧跟掌子面。
2、出碴运输
（1）初期斜井洞口20m平坡段采用装载机装碴，无轨运输出碴，其距离可开挖34m（XJ2K0+803.55～+769.55）。
（2）中期（进入井身段）当无轨运输无法施工时，采用10t卷扬机提升运输，4m3矿车出碴，可开挖150m左右（XJ2K0+769.55～+619.55），井口外设栈桥卸碴，自卸汽车运碴至弃碴场。
（3）后期采用提升绞车提升，6m3矿车出碴，双轨单道有轨运输系统，井口外设栈桥卸碴，自卸汽车运碴至弃碴场。
4、二次衬砌
采用6m长定型整体模板台车衬砌，中隔墙紧跟，混凝土从井口采用高压输送泵泵送入模。
为便于衬砌，斜井开挖完成后从斜井起点里程向洞口衬砌，仰拱和铺底先于衬砌施工。
5、施工排水
斜井井口到井底高差325.6m，斜井施工为反坡排水，采用多级排水，在掌子面线路右侧挖集水坑，潜水泵抽至临时水仓内，临时水仓根据水量情况设置，再由潜水泵经排水管抽排出洞外；开挖过半时，在斜井中部设腰泵站，掌子面积水经集水坑抽排至临时水仓后再抽排至腰泵站，通过腰泵站抽排至洞外。
6、施工通风
采用压入式通风方案，在洞口配置１台轴流通风机（37×2KW），单路φ1400mm软风管进洞，风管为阻燃、防静电型。
结合施工情况，斜井开挖至风机房时停止开挖，开始洞身段铺底衬砌；正洞开挖后再安排风机房段的开挖、衬砌等。
四、施工方法
1、开挖支护作业线
（1）施工方法
采用钻爆法施工，采用人工搭设简易台架风钻钻眼，电雷管配合防水型非电毫秒雷管起爆，2＃岩石抗水乳化炸药光面爆破。
采用1～2台PZ-5喷浆机喷浆，喷浆料运输车运输。
（2）开挖循环时间计算（见表3～表6）
①洞口Ⅴ级围岩进尺46m/月
表3Ⅴ级围岩进尺分析表
序号
工序
工序时间
备注
1
开挖准备
1.5h
包括测量、通风
2
钻眼爆破
2h
钻眼深度1.5m，开挖进尺1.0m，开挖断面面积47.0m2，配备风钻8台（掌子面6把，检底2把），炮眼数量约84个，每m炮眼钻进时间为4分钟。
（84×1.5×4）÷6=84分钟，考虑施工干扰及装药时间（26分钟）取2h。
3
出碴
4h
洞口平坡段，采用无轨运输
4
初期支护
5h
含格栅钢架
5
合计
12.5h
月进度：
[（30×24）÷12.5]×1.0=57.6m/月，取进度系数为0.8，每月循环进尺为46m。
②Ⅳ级围岩进尺50m/月
表4Ⅳ级围岩进尺分析表
序号
工序
工序时间
备注
1
开挖准备
1.5h
包括测量、通风
2
钻眼爆破
3.0h
钻眼深度2.5m，开挖进尺2m，开挖断面面积44.15m2，配备风钻8台（掌子面6把，检底2把），炮眼数量80个，每m炮眼钻进时间为4分钟。
（80×2.5×4）÷6=133分钟，考虑施工干扰、抽水及装药时间（47分钟）取3.0h。
3
初期支护
12h
含格栅钢架
4
出碴
8.0h
卷扬机提升
5
合计
24.5h
月进度：
[（30×24）÷24.5]×2=59m/月，取进度系数为0.85，每月循环进尺为50m。
③Ⅲ级围岩进尺123m/月
表5Ⅲ级围岩进尺分析表
序号
工序
工序时间
备注
1
开挖准备
1.5h
包括测量、通风
2
钻眼爆破
3.0h
钻眼深度3m，开挖进尺2.5m，开挖断面面积35.59m2，配备风钻8台（掌子面6把，检底2把），炮眼数量72个，每m炮眼钻进时间为4分钟。
（72×3×4）÷6=144分钟，考虑施工干扰、抽水及装药时间（36分钟）取3.0h。
3
初期支护
2.5h
4
出碴
5.4h
5
合计
12.4h
月进度：
[（30×24）÷12.4]×2.5=145m/月，取进度系数为0.85，每月循环进尺为123m。
④Ⅱ级围岩进尺141m/月；
表6Ⅱ级围岩进尺分析表
序号
工序
工序时间
备注
1
开挖准备
1.5h
包括测量、通风
2
钻眼爆破
3.5h
钻眼深度3.5m，开挖进尺3.0m，开挖断面面积34.98m2，配备风钻8台（掌子面6把，检底2把），炮眼数量72个，每m炮眼钻进时间为4分钟。
（72×3.5×4）÷6=168分钟，考虑施工干扰、抽水及装药时间（42分钟）取3.5h。
3
初期支护
2.5h
4
出碴
5.4h
5
合计
12.9h
月进度：
[（30×24）÷12.9]×3.0=167m/月，取进度系数为0.85，每月循环进尺为141m。
⑤斜井开挖时间
41.246÷46+66.176÷50+270.397÷123+425.731÷141=7.4（月），考虑其他因素影响，开挖时间取8个月。
（3）开挖支护设备配备
见表7。
表7开挖支护设备配备表
序号
设备名称
型号
规格
数量
1
空压机
4L-20/8
20m3
2
2
喷浆机
PZ-5
3
3
注浆机
1
4
喷浆料运输车
自制（出碴共用）
2
5
搅拌机
JS500
1
6
风钻
YT28
10
2、装碴运输提升作业线
采用双筒绞车提升，有轨运输，PC60履带式挖掘机装碴，6m3侧卸矿车运输至洞外，曲轨侧卸，推土机推或装载机配自卸汽车远运至弃碴场。
施工前期，提升系统完善前，为保证洞内施工运输，前期提升采用10t卷扬机牵引4m3侧卸矿车运碴至洞外。
（1）提升设备选型
①钢丝绳选择
通过计算钢丝绳的单位长度重量选择钢丝绳型号。
Pk=（Q1+Q2）（sinα+f1cosα）÷[（110δ÷m）-L（sinα+f2cosα）]=3.25（kg/m）
Q1—提升容器及连接装置的自重，取6000kg；
Q2—提升容器的有效载重，取6×0.9×1800=9720kg；
L—钢丝绳提升长度，取890m；
δ—钢丝绳公称抗拉强度，取160kg/mm2；
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25°；
m—安全系数，取6.5。
查《机械设计手册》选用钢丝绳参数为：
直径φ32mm，破断拉力总和718kN。
单位长度重量3.99kg/m。
②卷筒及天轮直径
D天=D卷=40～80d绳=1280～2560mm，取天轮直径为1400㎜，卷筒直径为2500㎜。
③卷筒宽度B
B=[（H3+l+（3+4）πD卷）÷ηπD平均]（d绳+ε）=1358（mm），取B=1500mm。
H3—提升长度（m），按最大提升长度计算，取890m；
l—钢丝绳试验的备用长度，取40m；
3—摩擦圈数；
4—每个月移动1/4周的备用圈数；
ε—绳圈间隙，取2mm；
η—钢丝绳缠绕层数，按3层计算；
d绳—钢丝绳直径；
D平均—平均缠绕直径（m），D平均=D卷+（η-1）d绳=2.564（m）。
④最大静张力和静张力差
F最大=（Q1+Q2）（sinα+f1cosα）+PkL（sinα+f2cosα）=9484kg。
F差=（Q1+Q2）（sinα+f1cosα）+PkL（sinα+f2cosα）-Q1（sinα-f1cosα）=7030kg。
⑤电动机功率预选
N=（K备×F最大×V最大）÷102η=330.5（kW）
K备—电动机备用系数，取1；
F最大—最大静张力（kg）
V最大—最大提升速度，按3.2m/s计算
η—传动效率，选一级传动0.9。
⑥绞车选型
A.型号为2JK-3/30A双筒提升机，洛阳矿山机械厂生产；该设备技术参数为滚筒直径3000mm，拉力13000kg，筒宽1500mm，提升速度3.04m/sec，钢绳最大直径37mm，3层钢绳长度955m，电机功率259KW,外型尺寸14400mm×10000mm×2900mm，最大件重量57870kg，设备使用电压1万伏或6千伏。
B.型号GKT2×2.5×2.0-30的单筒提升机为重庆矿山机械厂生产，直径2500mm筒宽2000mm,拉力9000kg，提升速度3.2m/sec，钢绳最大直径32mm，3层钢绳长度1000m，外型尺寸8600mm×9600mm×2400mm，电机功率300KW，总重34340kg，设备使用电压400伏。
C.目前石忠项目使用的绞车型号2JK2.5×2.0的双筒提升机，重庆矿山机械厂生产，直径2500mm，筒宽1500mm,拉力9000kg，提升速度3.84m/sec，钢绳最大直径31mm，3层钢绳长度1000m，外型尺寸11600mm×9600mm×3000mm，电机功率400KW，总重38540kg，设备使用电压6000伏。
运碴采用非标设计的专用矿车，容量为6m3，理论碴重约9.7吨，矿车重按6吨计算；经计算，提升钢绳选32mm（18×7+FC），钢绳理论重量约399kg/100m，钢绳按1000m计算，总量为3.99吨，合计总重量约19.7吨，根据斜井坡度25°计算，需要的牵引力＝19.7×（Sin25°＋μCos25°）＝8.59吨＜9000kg或13000kg，选型满足提升需要；斜井最小断面为宽7.7m，高5.4m，装碴选用PC60挖掘机装碴。
根据施工进度情况，2006年9月石忠项目绞车可提供出来，可以满足提升和工期需要，使用中双筒绞车按单筒绞车使用。
若由于斜井二次衬砌必须使用绞车或其他原因绞车提供不出来，则建议选用单筒提升机JK-2.5×1.5，卷筒直径2.5m，宽度1.5m，功率330KW，电压级别400V。
提升钢绳选32mm（18×7+FC），公称抗拉强度1870MPa，最小破断拉力628KN，安全系数=628000÷（9484×9.8）=6.75。
（2）平面布置设计
①井口到井架的距离（L1）和井架高度（Hg）的计算
井口到井架的距离L1=（l1+l2+l3+l4）cosα=19.75m。
井架高度Hg=（l1+l2+l3+l4）sinα-Du/2=2.43m；
公式中：
l1-缓冲距离；取7m；
l2-道岔连接长度，无道岔，取0m；
l3-1～1.5倍车组长度；按6m3矿车，长度6m考虑，取9m；
l4-过卷距离；取4m；
α-栈桥倾角，以保证矿车空载时能以一定加速度启动为宜，取9°；
Du-天轮直径，根据钢丝绳直径及围包角共同确定，取1400mm。
②井架到绞车的距离
L2=（S-a-Y）÷2tgα＞22.7m。
（B＜s-a）
单筒为L2=B/2÷tgα>25.9m
S—两天轮间距离,经计算为1.9m；
α—绳偏角，按多层缠绕计算，α≤1°10′；
a—两卷筒内缘距离，单筒取0m；
B—卷筒宽度，1.5m；
Y—天轮游动距离，固定天轮取0m。
（3）轨道布置
采用双轨单线，43kg/m钢轨，轨距900mm，L140槽钢轨枕，间距700mm，轨枕长1400mm。
碴仓上方轨道设置护轨，明洞变坡点附近设置一大地滚，然后每15m设置一处小地滚。
（4）提升运输设备能力分析
根据《铁路工程施工安全技术规程》规定：
斜井施工期间，提升速度最大不超过3.5m/s，选择双滚筒提升机钢丝绳牵引速度为3.14m/s。
侧斜式矿车采用6m3（特制）。
斜井出碴时间分析:
提升钢丝绳长度平均按400m计算，提升速度平均2.25m/秒，装碴时间每矿车6分钟，卸碴时间0.5分钟，装满系数0.9，松方系数1.6，计算每立方出碴时间是（6+0.5+400÷2.25÷60×2）÷（6×0.9÷1.6）=3.7分钟，根据Ⅲ、Ⅳ级围岩循环进尺及开挖方量89.0m3和88.3m3，出碴时间分别为5.5h和5.4h，满足施工需要。
（5）装碴运输提升设备配备
见表8。
表8装碴运输提升设备配备表
序号
设备名称
型号
规格
数量
1
卷扬机
10T
1
2
侧卸式矿车
4m3
1
3
提升机
2JK-2.5×1.5
2.5m
1
4
天轮
1400mm
1套
5
侧卸式矿车
6m3
1
6
钢丝绳
18×7+FC
32mm
1000
7
挖掘机
PC60
0.4m3
1
3、混凝土衬砌
总体施工方案见忠石项目斜井衬砌方案，设备配备见下表9。
表9二次衬砌设备配置表
序号
机械名称
型号
数量
备注
1
模板台车
6m
1台
2
高压输送泵
SANY
2台
备用1台
3
高压输送管
φ150
850m
4
强制式搅拌机
JS500
1台
5
手拉葫芦
10T
5台
备用1台
6
全站仪
1套
针对本项目斜井特点，做以下调整：
（1）、捡底施工：
由于斜井有仰拱段集中在井口，故开挖时捡底紧跟，无仰拱段一次性开挖到位。
（2）、模板台车设计参照石忠项目右线斜井，因斜井设计无电缆沟，边墙结构为直墙，故可简化。
4、斜井通风系统
（1）通风方式
洞口设2×37风机压入式通风，直径1.4m拉链式软风管进洞。
如下图：
（2）通风设备配置见表10。
表10通风设备配置表
序号
设备名称
型号规格
数量
备注
1
通风机
2×37Kw
1
2
通风管
1400mm
820m
拉链式
5、施工照明系统
斜井内每隔8m设置100w照明灯一处，在避人洞、信号间设置设置高压钠灯。
6、施工排水系统
（1）排水方案
根据斜井的最大垂直高度325.6m，计划设2处固定高扬程抽水站。
斜井水量不确定，但根据现有地质情况，出现大水量的情况较小，计划在高扬程抽水站中设一至二级高扬程潜水泵将掌子面水抽至固定高扬程抽水站，移动泵站水箱用钢板焊接而成，随掌子面开挖移动。
计划按15m3/h的出水量来配置抽水设备。
（2）排水设备配备见下表11。
表11排水设备配备表
序号
设备名称
型号
规格
数量
1
高扬程抽水机
D25-50×3
15m3，30KW
2
2
潜水泵
H=70
10m3,11KW
2～4
7、施工供电系统
（1）供电方案
斜井洞口临近，高压变电站集中设置在提升机房及空压机房附近。
（2）供电设备配备见表12。
表12供电设备配备表
序号
设备名称
型号、规格
数量
1
架设电力线路
10Kv
业主提供
2
变压器
S11-630
1
3
变压器
S11-500
1
4
发电机
250KW
1
8、斜井施工信号系统
在绞车房、井口及工作面（或井底）3处布置响铃信号、信号灯、内部电话信号系统，另设监视器进行开挖面的地质情况、围岩类别、各种机械设备在开挖面的工作状态的监控。
9、斜井管线布置方案
斜井施工中有高压风水管、通风管、运输轨道、排水管、动力及照明线路，管线以“有利维修和更换”为原则布置。
布置示意如右图。
运输轨线布置于风、水、电力线路另一侧，确保施工及行人安全。
施工的高压风管及排水管采用锚杆挂于边墙上，要求风管在排水管上方；排水管设置为φ150mm的管路。
10、斜井井外施工场地布置
斜井井外场地布置根据实际情况落实。
斜井井外机械设备配备见表13。
表13斜井井外其它设备配备表
序号
设备名称
型号
规格
数量
作业线
1
装载机
ZLC50C
1
洞外施工
2
车床
CA6140
1
3
锻钎机
与隧道合用
1
机加工
4
钻床
1
5
电焊机
2
11、斜井安全设施
（1）井口
以井口为中心，在井口与井底之间和井口与绞车房之间，采用声光信号联系，并安装直通电话，信号管理指派专人进行管理和操作，在明洞变坡点设置阻车器，同时在阻车器的后方设置一道挡车器，并经常处于正位关闭状态，挡车器采用工字钢和钢管组成框架，提升机上设置深度指示器和过卷装置，并在钢丝绳上设置明显的深度标志。
（2）井身
井内每200m设置一处挡车器，每10m设置一处轨道防滑装置。
（3）井底开挖面
井底开挖面设置一处挡车器及阻车器。
在距离开挖面15m左右的井身设置移动信号间。
（4）碴仓
在碴仓平台位置设置信号间，采用声信号和内部电话进行联络。
五、斜井机械、周转料、非标设备配置
1、机械设备
表14斜井机械配置汇总表
序号
设备名称
型号
规格
数量
1
装载机
ZLC50C
1
2
运输车
8T
2
3
空压机
20m3
2
4
挖掘机
PC60
0.37m3
1
5
提升机
2JK—2.5×1.5
2.5m
1
6
卷扬机
10t
1
7
钢丝绳
18×7+FC
32mm
1000m
8
通风机
2×37KW
1
9
变压器
S11-630
1
10
变压器
S11-500
1
11
发电机
250KW
1
12
高扬程抽水机
H=140m
15m330KW
2
13
高压输送泵
SANY
HBT50C-1413
2
14
搅拌机
JS500
1
15
喷浆机
PZ-5
3
16
注浆机
110L
1
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