某河大桥西锚碇隧洞开挖出渣方案

xx大桥西锚碇隧洞开挖出渣方案探讨1、概述1.1工程概况xx大桥是xx国道主干线xx省xx至xx公路的控制性工程，xx大桥为主跨1088m的单跨双铰钢桁加劲梁悬索桥，大桥西岸锚碇采用隧道式锚碇结构。锚碇隧洞轴线总长度74.34m，其中前锚室轴线长度31.34m，锚塞体轴线长度40.0m，后锚室轴线长度3.0m。后端部总宽49.0m。洞轴线的水平倾角45°，隧洞口单洞断面尺寸为10m×10.8m，顶拱半径5m；洞底单洞断面尺寸为21m×25m，顶拱半径10.5m，见洞身纵断面示意图。左右隧洞最小净距7.0m。1.2西锚碇隧道施工的特点、难点（1）隧道断面大、洞轴线水平倾角大；（2）现场地质条件复杂；（3）机械设备运转难度大，设备运行安全隐患大；（4）左右隧洞隧底最小径距7m。2、出渣系统的构想与实施2.1设备选型西锚碇隧洞分为左右两个洞室，单侧隧洞挖方量为17064m3，两洞挖方量共计34128m3，洞口断面为10×10.8m，洞底断面为21×25m。前锚室隧道底坡48.2°，锚塞体隧道底坡52.8°。出渣系统采用挖掘机装渣，2JTK-1.6改进型20t双筒绞车牵引矿车的有轨运输方式，矿车容量6.0m3。2.1.1矿用提升机选型矿用提升机的选用需综合考虑耙渣设备上下和渣料运输的进度要求。出渣效率计算单洞洞室开挖的工期定为180天，隧洞开挖、支护一个循环需48小时，平均每个循环出渣量为190m3。矿车行走速度按30m/min，加上装料时间4min。卸料时间1min，一个来回时间t=（74.34÷30）×2+4+1≈10min,则每个矿车1个小时出渣为6次，每台每小时出渣率v=6×5=30m3,完成每循环190m3石渣运输需耗时t=190/30=6.3h，满足循环进度中出渣在8小时以内的要求。出渣绞车牵引力计算计算参数：矿车容积6.0（实际装车按5.0），岩石容重按2.0t/计，则重10.0t。隧洞轴线倾角45°，从洞口至隧道锚碇前锚面的矿车轨道倾角为：=+arctg=+=,从锚碇前锚面至后锚面的矿车轨道倾角为=+arctg=+=。矿车与钢轨滚动摩擦系数f=0.05,每台矿车自重按8.5t计。矿车自重与载重：G=8.5+2.0×5=18.5t（1）钢轨倾角为时：G在钢轨上的垂直分力：=Cos×18.5=12.33tP1沿钢轨的下滑力=Sin×18.5=13.8t矿车出渣按12.33t计时，所受摩阻力=f×=0.05×12.33=0.62t则此时的绞车牵引力为=+=13.8+0.62=14.42t（2）钢轨倾角为时：G在钢轨上的垂直分力：=Cos×18.5=11.2t沿钢轨的下滑力=Sin×18.5=14.7t矿车出渣按11.2t计时，所受摩阻力=f×=0.05×11.2=0.56t则此时的绞车牵引力为=+=14.7+0.56=15.26t故出渣系统的提升设备采用2JTK-1.6改进型20t双筒绞车（见左图）能满足出渣要求，绞车配32.5mm钢丝绳，绞车的技术参数见表2-1。2JTK-1.6改进型绞车技术参数表表2-1卷筒个数双筒钢丝绳直径32.5mm直径1200mm破断拉力总和652kN宽度900mm平均速度0.943m33/s容绳量560m电动机型号YR缠绕层数4功率132kW最大静张力200kN转速730r/miin最大静张力差200kN减速机速比1:48.5重量15000kgg外形尺寸(mmm)6818×39924×11440运渣设备采用YCC－6型专用矿车（见下图），矿车尺寸4.4×1.4×1.12m，容量6.0m3，卸车采用侧卸式，卸车时通过曲轨使矿车倾斜（斜度20°），侧墙板打开（开口宽度400～500mm）卸渣至卸料斗。矿车主要参数见表2-2名称单位主要技术参数型号YCC2-4YCC2-6YCC2-8型式单侧式单侧式单侧式容积m3468自重t3.54.66.0载重量t101517轨距mm762、9000762、9000762、9000牵引高度mm430430430侧倾角度°404038最大开口宽度mm700800800外形尺寸mm3900×14450×15505000×15510×16805500×16650×1680曲轨侧卸式矿车主要参数表2-22.1.2耙渣设备选型目前铁路涵洞,水利建设,金属及非金属矿等建设工程在用钻爆法进行巷道掘进中采用的将岩石装入矿车或巷道输送机中的装载机械主要有铲斗装载机和耙斗装载机。但铲斗装载机多用在水平巷道工作面和倾角小于12°的倾斜巷道，耙斗装载机在掘进倾角5°~10°的倾斜巷道时工作效率较高，近年来随着机械设备的不断改进耙斗装载机的使用范围有所增大但仍然只能在倾角小于30°的斜巷中使用。在没有适用于大倾角隧道开挖的专用设备的情况下，锚碇隧洞的耙渣、装渣设备采用灵活性高，清渣更彻底的挖掘机。综合考虑挖掘机的装渣速度、回转半径、最大挖掘力和整机重量选用斗容0.6m3的反铲挖掘机。挖机参数见表2-3。挖掘机参数表表2-3项目单位数值整机质量t12.2斗容m30.6爬坡角度度35（70％）全高m2.74全长m7.61履带长m3.58履带宽（外到外外）m2.49履带板宽m0.52.2出渣系统布置2.2.1出渣系统平面布置出渣运输采用有轨运输方式，洞内采用0.6m3反铲挖掘机扒渣、集渣、装渣，6.0m3侧卸式矿车通过轨道运输到洞外出渣槽，卸渣，洞外由自卸汽车装渣运至指定弃土场。轨道选用38kg/m钢轨,轨距900mm。轨枕采用槽钢I10，轨枕尺寸为1135mm×100mm×44.8mm，间距为600mm，洞身段轨枕直接铺设在洞底喷射砼坡面上，为保证轨道的平顺和牢固轨枕与洞底坡面初期支护的型钢拱架焊接在一起,轨道与轨枕亦采用焊接方式连接。洞口斜坡段坡度较缓，轨道直接铺设在整平好的坡面上。侧卸式矿车卸车时要求矿车停在倾斜角度小于5°的坡面或水平面上，出渣系统轨道布设时轨道纵坡设一段由前锚室洞底48.3°至卸车平面的过渡段,过渡段坡面与水平面的夹角17°,为保证卸渣槽的净空过渡段的长度大于19m。西锚碇位于xx河西岸斜坡的中上部，地形西高东低，高差30m，地势较陡，地形坡度30°～50°之间。而锚碇基坑沿路基纵向的宽度仅36.76m,锚碇基坑外侧由北向南有一条施工便道紧贴锚碇基坑，右侧与基坑距离0m,左侧与基坑距离20m。提升机跨便道布设，原地面受地形坡度影响坡降大，标高较低，为了不影响便道的通行同时满足提升机的提升要求，需为提升机修筑高大基础，因此在现场布设时将提升机基础布置在便道与基坑之间。出渣系统纵断面布置详见图2-1。图2-1出渣系统纵断面布置图(单位：cm)挖掘机上下锚洞采用自行设计加工的专用平板车运输,绞车提升,在左右洞口设置挖掘机进出通道。挖掘机运输平车与出渣矿车在洞内共用一条轨道，在洞口设置岔轨和平车停靠平台，矿车运行时平车停在岔轨末端的停车平台内，平车运行时矿车停靠在卸渣槽上方的主轨上。平车及矿车停靠时均要求采用双保险，前端拉环处用钢丝绳系于地锚上，后端后车轮用卡轨器卡牢。出渣系统平面布置见图2-2。图2-2出渣系统平面布置图2.2.2挖掘机运输平车设计隧道锚开挖的石渣的耙渣、装渣采用0.6m3斗容的挖掘机。挖机在爆破的过程中必须运出隧道，而隧底轨道的最大倾角达53.8°，挖机本身无法在此坡面上稳定。挖掘机上下锚洞必须设计专门的运输平台，保证挖掘机能缓慢移动上平台并在平台上保持稳定。故将挖掘机运输平台设计成楔形平台，楔形平台的夹角为27°，这样在洞底坡面达53.8°时楔形平台的顶面与水平面的夹角为26.8°挖掘机能顺利爬上平台并在其上保持稳定,平车宽2.6m，长3.6m，前后轮距1.75m，左右轮距0.9m。运输平车见图2-3。图2-3挖掘机运输平车图（单位：cm）平车稳定性验算比较洞底坡度48.2°与洞底坡度53.8°时挖掘机与运输平车运行的两种工况,在洞底坡度53.8°时整个运输系统的倾覆力矩更大,在进行稳定性验算时取洞底坡度53.8°的工况进行验算整个运输系统稳定，满足挖掘机运输要求。在进行挖掘机运输系统稳定性验算时未考虑平车启动瞬间挖掘机惯性对整个系统稳定的影响，因此在实际操作过程中要求提升机缓慢启动，以消除挖掘机惯性对运输系统稳定性的影响。2.3出渣系统的运行步骤及安全措施2.3.1出渣系统的运行步骤（1）将矿车停在坡度平缓的出渣槽上方前后用钢丝绳和卡轨器固定牢，卸下提升机上的主钢丝绳，将提升机主钢丝绳系在平车上并把平车拖至洞口变坡点上2m处，固定平车解除提升机主钢丝绳。（2）挖掘机通过挖掘机通道停于平车正前方，挂上提升机主钢丝绳，挖掘机上平车，并用对拉螺杆、手拉葫芦等工具将挖掘机牢牢固定在平车上。（3）启动提升机将挖掘机缓缓放至隧道掌子面，解除固定措施，挖掘机下平车。（4）将挖掘机运输平车拖至岔轨末端的平车停靠平台前后用钢丝绳和卡轨器固定牢，卸下提升机主钢丝绳将其系在矿车拉环上，撤除矿车固定钢丝绳和卡轨器，矿车可沿主轨上下正常进行石渣运输。（5）出渣结束重复上述步骤将挖掘机提升出洞，洞内进行下一个循环的施工。2.3.2出渣系统的运行的安全措施（1）矿用提升机的传动轴、电器部分、刹车，钢丝绳，钢丝绳与矿车拉环的连接，轨道的平整度和牢固程度等关键部位必须每个班检查，确保各部位正常运行。（2）沿轨道的轴线直线段每7~10m布设地轮，变坡点上下2m范围内各布设一个地轮，矿车、平车上下时提升机的主钢丝绳落在地轮上，避免钢丝绳与坡面和轨枕摩擦损坏钢丝绳。（3）整个出渣系统的危险点在挖掘机与平车的上下，挖掘机的固定和上下都必须固定专人作业，挖掘机在平车上的停放位置直接影响挖掘机与平车的稳定，挖掘机的停放位置必须用油漆在平车上做出明显的标志，保证每次挖掘机停靠的准确性。（4）每次爆破作业和出渣作业后，对轨道进行一次全面的检查，轨道平整、牢固且轨道附近清洁无杂物，保证矿车、平车在轨道上的顺利运行。（5）挖掘机上下隧洞的速度尽可能放慢，以减少惯性对挖掘机及平车稳定性的影响，3、大倾角隧道锚施工工法探讨3.1斜井施工方法根据围岩的类别、交通条件、断面尺寸、支护参数等因素。斜井工程开挖方法有全断面开挖和先开挖导洞再进行扩大开挖两种。3.1.1全断面开挖法采用自上而下进行，全断面一次爆破成型。该法适用于井底无出渣条件，从井底出渣工期不能满足要求，或斜井倾角小无法布置溜渣的隧道。3.1.2先开挖导井再扩大开挖成型法（1）导井开挖导井开挖可采用普通法、一次钻孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法和反井钻机法。前四种方法由于作业条件差，钻孔偏斜率大，只能用于较浅的井。反井钻机法，用劳动力少，适用性强，开挖速度快，已成为导井开挖的主要方法。反井钻机开挖导井。适用于中等硬度的岩石，开挖次序为先自上而下钻导孔，再自下而上扩孔成井。该法具有钻进速度快、工效高、施工安全、劳动强度低、施工精度高、质量好等优点，是水电工程竖井、斜井开挖新开辟的一种施工方法。（2）扩大开挖方法导井贯通以后，自上而下进行扩大开挖。扩大开挖采用特制的轨式扩挖平台车，进行钻孔装药，爆破石渣从导井溜至井底，再用其他机械装运出渣。3.2xx大桥隧道锚出渣系统中存在的不足和改进方法3.2.1出渣系统中存在的不足（1）出渣系统考虑时仅考虑了运渣系统的运渣能力与工程工期以及运渣系统的运行安全，而没有充分考虑耙渣设备的对系统的特殊要求，出渣系统存在轨距偏小、耙渣设备运输平车前后轮距偏小等不利因素。（2）提升设备选型时选用2JTK-1.6改进型20t双筒绞车，考虑每个洞配2台侧卸式矿车，但在现场实际操作中，矿车上下洞的时间远远小于挖掘机装车时间，采用2台侧卸式矿车并不能大幅提升出渣效率。（3）侧卸式矿车设计时，箱体的长高比值没有考虑矿车停在53.8°的斜坡上时，渣料在车箱内的分布情况，使车厢装渣后整个矿车的中心超过了矿车的后轮轴，提升机钢丝绳带劲后容易出现前轮脱离轨道的情况。（4）提升机调速方法采用通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻，由接触器控制接入电阻的多少来控制转速，这种转速控制法能耗大，调速范围小，平滑性差，低速机械特性软，并且转速越低，机械特性越软，消耗在电阻中能量比例越大，极不经济，电网电压的高低对速度影响很大，对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大，使用寿命短。3.2.2改进方法（1）综合考虑耙渣、运渣设备的要求，加大轨距，在施工现场条件许可的前提下，尽可能延长斜坡道的距离，将两次变坡改为三次乃至于四次变坡，为加大前后轮距创造条件。（2）选用20t单筒绞车。（3）在侧卸式矿车箱体内增设隔板，改善渣料的分布，同时提高提升机钢丝