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1、汇报资料,大倾角曲线斜井 物料有轨提升运输工法,中国中铁股份有限公司 二00七年十一月,前 言,“提升机+轨道+矿车”的有轨运输系统是隧道斜井内一种通用高效的物料运输工法。但矿车在小半径曲线上运行过程中，由于受钢绳牵引力方向与矿车轴线间不断变化的夹角的限制（严重时钢丝绳甚至会与斜井洞壁摩擦），该法难以使用，故现场多采用安全性和效率较低的分段运输法或设备庞大复杂的刮板式输送带运输法。本工法通过在轨道曲线段安设五花立辊、给矿车安装绳卡器等一系列新技术，实现了约束牵引钢丝绳，使矿车按曲线方向行驶的目的。从而实现了“提升机+轨道+矿车”的有轨运输系统在小半径曲线斜井中的使用。 该项技术是在重庆石（柱）
2、忠（县）高速公路控制工程方斗山隧道斜井施工中开发的一种工法，其施工组织便利，安全性能可靠，物料运输具有高效、经济等特点，满足了斜井的快速施工要求，取得了令人满意的效果。 结合本工法在施工生产中进行的质量管理成果攻克大断面陡坡斜井曲线段运输难题获全国工程建设优秀质量管理小组二等奖。,前 言,“提升机+轨道+矿车”的有轨运输系统,工法特点,1、设备工艺简单：本工法省去了“刮板式输送带法”中庞大复杂的设 备，只是在直线段提升系统设备基础上，对轨道和矿车设备进行适当改造， 不需增加设备和人员，易操作。 2、速度快：由于省去了分段运输法中必须有的“井巷内摘挂钩工序”， 提高了运输施工速度，斜井曲线段开挖
3、月进尺达到77.5m/月。 3 、安全性好：采用井外一台矿用提升机提升，无井巷内摘挂钩等作 业，同时设置了矿车运行综合信号系统和安全警报系统，大大减少了安全 风险。 4、效益显著：可充分利用现有设备，仅需增加一些附件，节约投资， 同时提高运输效率，节约了运输成本。,适用范围,本工法适用于采用矿用提升机提升的铁路、公路、水工、城市轨道交通及各种人防工程等地下结构的大倾角曲线斜井的物料提升运输。,工艺原理,矿车在曲线上某点的运行方向是曲线的切线方向，而设置在洞口提升机钢丝绳的牵引力方向是弦线方向。这样，矿车的受力方向与运行方向存在一个夹角，而且曲线半径越小、曲线越长，夹角越大。在侧向力的作用下，质
4、量较小的矿车极易倾覆和掉道。所以，在曲线井巷施工中如果要采用效率较高的提升机+轨道+矿车的有轨运输系统，其关键是采取措施，约束牵引钢丝绳，使夹角减小到能确保矿车安全运行的程度。本工法在传统的直线斜井提升系统的基础上，通过对矿车、轨道进行改造和采取了一系列的安全控制措施，实现了物料运输安全高效的目标。,工艺原理,1、根据钢丝绳在曲线两约束点间是一弦线的原理，矿车在运行中钢丝绳将向曲线内侧移动。为此在线路曲线内侧设置立辊，对矿车运行中牵引钢丝绳向曲线内侧移动进行约束和控制，同时确保钢丝绳始终位于轨道中间部位，并减少钢丝绳磨损，工艺原理见工艺原理示意图。 2、在矿车前部安装绳卡器，以约束钢丝绳的牵引
5、高度，使矿车钢丝绳能顺利引入立辊有的效约束区域内，实现钢丝绳沿立辊设置位置牵引。 3、立辊安装在线路曲线内侧，并偏移轨道中心线一定尺寸，绳卡器安装时向曲线外侧偏移一定尺寸，当矿车运行到立辊位置时，立辊不会与绳卡器碰撞。,工艺原理,4、由于立辊高度较低，提升机刹车时或其它因素容易造成牵引钢丝绳跳跃，导致立辊无法约束钢丝绳，发生安全事故，因此在立辊顶部设置半径比立辊半径大50mm的五花轮来约束钢丝绳，使之不脱离立辊。 5、为确保钢丝绳与矿车连接可靠，矿车原有的连接器移至矿车尾部，钢丝绳从矿车下部穿过与矿车尾部连接器连接。 6、采用视频装置、电铃、指示灯、对讲机等组成的综合信号指挥系统。 7、设置曲
6、线地段矿车脱轨信息捕捉装置和矿车运行安全警报系统。,工艺原理,工艺原理示意图,工艺原理,工艺原理,施工工艺流程及操作要点,斜 井 曲 线 段 提 升 运 输 施 工 工 艺 流 程 图,1、对曲线段运输所需的专项设备如立辊、绳卡器、锚固配件等提前进行设计制造，经检验合格后备用。 2、提升机采用矿山通用的斜井提升设备，在洞口设计位置安装。,施工工艺流程及操作要点,曲线段运输采用单线双轨，钢轨型号及轨距与直线段相同；轨道按煤矿安全规程铺设，采用曲线错接式接头，错距2m；枕木采用2001601500油枕，铺设间距800mm。安装地辊处采用160mm槽钢轨枕，轨道与钢枕用螺栓连接，轨道防滑装置采用1.
7、5m长的22锚杆将钢枕锚固于底板。,一、设计、制造及安装运输设备,二、铺 设 轨 道,施工工艺流程及操作要点,1、为了保证钢丝绳不与地面及轨枕摩擦，每间隔8米设置一个地辊，其结构设计与一般地辊通，但要考虑在曲线条件下钢丝绳的摆动和安装要求。 2、地辊的安装高度距轨面40mm，地辊支架焊接在槽钢上，地辊安装见地辊安装示意图。,地辊安装示意图,三、制造、安装地辊,（1）矿车改造 受矿车底部高度限界控制，立辊高度尺寸受到限制，从图矿车改造前牵引示意图可看出，矿车改造前钢丝绳无法进入立辊有效区。绳卡器的作用是将钢丝绳高度降低，使矿车通过立辊时便能将钢丝绳引入立辊有效约束区域内，从而让牵引钢丝绳沿立辊设
8、置的位置运动。绳卡器设计体积很小，这使它不受车轮轴下线的限制而能根据需要降低牵引高度，矿车改造后见图矿车改造后绳卡器与地辊关系图和图矿车改造后绳卡器与五花立辊关系图。为使矿车与牵引钢丝绳连接可靠，将原矿车连接器移至矿车尾部，钢丝绳从矿车下部穿过与矿车尾部连接器连接。,施工工艺流程及操作要点,四 、改造矿车及安装绳卡器,施工工艺流程及操作要点,四 、改造矿车及安装绳卡器,（2）绳卡器安装 绳卡器材料采用Q235钢材，与矿车底盘相连采用连续焊接法焊接，焊缝高不低于8mm。为防止钢丝绳与绳卡器形成点或线接触，从而降低摩擦力使钢丝绳松动，故在绳卡器与钢丝绳之间设计镶嵌了一套质地较软的半圆形紫铜套，以保
9、证紫铜套和钢丝绳间形成面接触而产生足够的摩擦力。此外为消除绳卡器两端对钢丝绳的剪切力，两端制作成圆滑过渡的喇叭形。,施工工艺流程及操作要点,矿车改造前矿车牵引示意图,施工工艺流程及操作要点,施工工艺流程及操作要点,矿车改造后绳卡器与地辊关系图,施工工艺流程及操作要点,地辊安装位置,绳卡连接装置,施工工艺流程及操作要点,矿车改造后绳卡器与五花立辊关系图,施工工艺流程及操作要点,矿车改造后绳卡器与五花立辊关系图,绳卡连接装置,五花立辊位置,施工工艺流程及操作要点,五 、确定五花立辊尺寸,1）五花立辊高度 五花立辊总高度：H总=H1-H2 H1：轨枕面与矿车轮轴下平线的距离； H2：五花立辊顶端与轮
10、轴下平线之间安全距离(取15mm)。 五花立辊有效区高度(自由区间)：H效= H总-h1-h2 h1：五花立辊顶端至五花凸轮下缘尺寸； h2：五花立辊基座底面至地辊上平面的距离。,施工工艺流程及操作要点,六 、五花立辊主轴尺寸,立辊主轴主要承受钢丝绳偏移所产生的剪切力，通过分析可知，矿车由井底向井口出碴时为最不利受力条件，主轴直径需满足其受力要求。图5.1.5-2 受力分析图 由图5.1.4-2受力分析图可得出钢丝绳受拉力为：匀速提升F=GSin F：钢丝绳拉力； G：矿车与运送物料重量之和； ：轮与钢轨滚运摩擦力系数； ：斜井倾角；,施工工艺流程及操作要点,六 、五花立辊主轴尺寸,由图5.1
11、.4-3受力分析图可得出五花立辊主轴剪力为：Q=2Fsin Q：五花立辊主轴剪力； F：钢丝绳拉力；图5.1.5-3 受力分析图 ：弦切角，L/(D)360 L：立辊间距； D：圆曲线直径； 五花立辊主轴直径d=k4Q/) d：五花立辊主轴直径； Q：五花立辊主轴剪力； ：五花立辊主轴允许剪应力； K:考虑矿车起动时的静摩擦阻力及其他因素影响设定的安全系数,k=3.0。,施工工艺流程及操作要点,七 、安装五花立辊,在距曲线起点8m处开始安装立辊，在该处连设两组立辊及轨距拉杆（间距0.8m），其后立辊安装间距5.0m，轨距拉杆5.0m一组。 立辊与轨道钢枕用M20螺栓连接，钢枕两端各用4根22砂
12、浆锚杆锚固，锚杆长1.5m。,五花立辊图,施工工艺流程及操作要点,七 、安装五花立辊,施工工艺流程及操作要点,八 、安装信号系统,信号通讯系统主要由电铃、指示灯、对讲机、内部电话和视频装置组成。在作业时，各种信号工具同时使用，可避免因某种工具损坏而影响绞车系统正常运行。绞车司机收到信号人员的操作指令，并确认轨道线路无障碍时，发出回应信号，再得到信号人员确认后，方可进行操作。严格遵守信号的发布程序，在停车状态，若收不到明确的信号，不能操作；只有指令正确，信号规范后方可运行矿车。 另在绞车液压泵站起动按扭中串入一组警报信号线，当绞车司机起动液压泵站准备起动矿车时，警报器便发出声光警示，洞内人员只要
13、看(听)见警报器发出声光警示便立即拆离轨道。关闭液压泵站停车警报器便可停止声光警示。警报器在洞内每间隔50m安装一个。,施工工艺流程及操作要点,九 、安装矿车安全警报系统,当进入曲线施工段时，矿车脱轨不容易及时发现，造成钢丝绳断裂或溜车事故的发生。本工法在曲线段增设矿车脱轨信息捕捉装置。在轨道内外侧距离矿车车厢150mm处每间距16m（直线段）、8m（曲线段）锚焊一立杆，立杆高出车厢底板150mm，立杆上安装一套小滑轮，滑轮内穿3mm钢丝绳，调整钢丝绳与矿车车厢相距50mm。每间距80m安装一套LX4-12S型行程开关，将钢丝绳与行程开关撞杆顶端固定。工作原理：矿车轮缘一旦爬上钢轨面，矿车车厢
14、便会偏离轨道中心线撞上其中一侧钢丝绳，钢丝绳拉动行程开关向绞车司机发出警报，即可立即停车处理，矿车安全警报系统工作原理见图矿车安全警报系统工作原理示意图。,施工工艺流程及操作要点,九 、安装矿车安全警报系统,矿车安全警报系统工作原理图,九 、安装矿车安全警报系统,施工工艺流程及操作要点,施工工艺流程及操作要点,十 、劳动力安排,材料与设备,一 、材料,本工法涉及材料130mm圆钢、A3钢板及其它型钢等均为常规建筑材料。,二 、设备,质量控制,1 通过全员岗前培训、技术交底，制定岗位责任制等手段，规范操作行为，从人的因素上杜绝质量隐患的发生。 2 轨道接头的间隙不得大于5mm，高低和左右错差不得
15、大于2mm。左右2根钢轨顶面的高低差不得大于5mm。轨枕的间距偏差不得超过50mm，道碴采用普通碎石道碴，轨枕下应捣实。道床应经常清理，无杂物、无积水。 3 轨距拉杆严格按设计间距安装，误差不大于50mm。 4 地锚系统严格按要求间距，锚杆长度进行设置，锚孔内锚杆药包必须饱满，锚杆与钢枕焊接牢固。 5 地辊与立辊安装间距误差不大于20mm，立辊横向安装误差：向曲线外侧误差0mm，向曲线内侧误差10mm。,安全措施,1 严格遵守绞车信号制度。 2 对绞车、轨道、钢丝绳等严格按检查制度进行检查，并做好检查记录。 3 绞车操作严格贯彻执行主、副司机制，对制动系统要在开车前进行检查，在确认无故障后方能
16、使用。 4 绞车行驶不得超速，曲线段运行速度1.5ms，进入直线段后才能逐渐加至全速；严格按信号及时减速、刹车。 5 设置矿车跳道信息捕捉装置，实时将信号传送给绞车司机，以便出现异常情况立即处理。 6 钢丝绳连接必需采用重型绳卡，绳卡数量不得少于6个。 7 采用视频监控系统对矿车运行全过程监控与录像，监视器在直线段每间距150m设置一组、曲线段间距30m设置一组，卸碴位、变坡点、曲线起始、终止点各增设一组。 8 洞外配备2台并网发电机做二路电源，可随时启动向洞内送电，确保国家电网停电时的施工用电。,环保措施,1 开工前组织全体干部职工进行生态资源环境保护知识学习，增强环保意识。 2 合理布置施
17、工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，并在周围进行绿化，以尽量减少对原有环境的破坏。 3 做好生产、生活区的卫生工作，保持工地清洁，生活垃圾在指定的地点堆放。 4 洞口及生活区设污水处理系统，经处理达到国家规定标准后再排放。 5 加强施工机械养护，禁止机械运转过程中产生的油污水未经处理就直接排放。 6 加强隧道通风，设专人检测洞内空气成分、粉尘含量及温度。减少大气污染及粉尘污染等。 7 加强施工机械设备的维护保养，减少机械噪声，尽量减少施工对当地居民的不利影响。 8 弃碴要“先挡后弃”，并设环形截水沟，保证排水畅通，尽量不破坏原有地表径流通道。,效益分析,一 、经济效益,本工法需加工立辊
18、26套，每套400元/套，增加费用1.04万元，矿车改造费用约800元，合计增加费用1.84万元。 分段牵引法需投入3台提升机械，增加费用约54万元；开挖3个机械安装洞室，增加费用约22.1万元；配备两台机械转盘增加费用约15万元；投入机械操作人员32人共2个月时间，增加费用约11.52万元；共需增加费用约102.62万元。 刮板输送机提升运输每米需1.3万元左右，本工程曲线长127m，需要增加费用约165.1万元，本工法可节约成本163.26万元。 综上分析，本工法和分段牵引法、刮板输送机比较投入极少，经济效益显著。,效益分析,大倾角曲线斜井物料有轨提升运输工法的开发，填补了国内曲线斜井采用
19、提升机+轨道+矿车运输施工技术的空白。本工法的成功实施，为今后类似条件下斜井工程的设计和优化施工方案提供可靠的决策依据。,二 、社会效益,三 、技术效益,本工法的成功应用，加快了方斗山隧道斜井的施工速度，为石忠高速公路尽快开通提供了保证，从而为重庆地区对外交通、经济发展、沿线人民的生活便利、建设和谐社会起到积极作用，具有良好的社会效益。,应用实例,石（柱）忠（县）高速公路土建工程B12合同段斜井工程，位于重庆市石柱县境内，为方斗山隧道的专用通风巷道。 斜井右线全长781.1m，倾角22，井口与井底高差283.203m；净空面积31.49m；井 身有127m位于平面半径R=150m的曲线上。 本
20、项目计划工期为26个月（2005.3.282007.5.28），斜井实际开工时间为2005年6月28日,实际工期13个月，开挖进度需达到60.15米/月，实际施工中曲线段开挖达到了77.5m/月。 本工法通过在方斗山隧道斜井工程的应用，实现了曲线段的快速施工，确保了施工工期。在业主组织安全、质量、文明施工等综合评比中均名列前茅，受到业主、设计及监理单位和重庆交委的好评，取得了良好的经济效益和社会效益。,致谢,本工 法从立项、 技术研究、工法成果 实施以及成果资料整理分 析等全过程，中国铁路工程总公司技术委员会专家和领导给予了本课题热情的指导与帮助，使得 本工法能够顺利完成。在此 谨对所有给予本课题帮 助的同志表示最诚挚 的感谢！,汇报完毕 敬请各位专家热情指导!,