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铁路隧道斜井提升工法

工法编号：

GZSJGF07-90-10

铁道部隧道工程局：

蒋中庸

我国铁路隧道斜井提升以往多沿用冶金、煤炭系统的经验。

常用的提升方法见表1。

铁路斜井主要为隧道正洞施工服务。

使用期较矿山短，提升又是隧道施工阶段的临时设施。

因此，在选择提升容器和出碴方式时要考虑到工程数量少、设备简单、投产快、使用方便、安全等因素，同时，由于近年来大型施工机械在长大隧道的采用，还应满足大型机械施工出碴能力大的要求。

考虑到上述特点，我们提出采用大型侧卸式矿车井口斜坡不摘钩卸碴方案。

并在军都山隧道付诸实施，经总结提高，形成本工法。

斜井提升施工方法　　　　　表1

提升容器

出碴方法

无轨

胶带

运输机

小型矿车工作面装碴→洞内电瓶车成列牵引→格筛（部分大块经破碎机破碎）→井底碴仓→斜井胶带运输机→井口碴仓→装车远运

自卸汽车

汽车工作面装碴→斜井→洞外卸碴点

有轨

串车提升

（平车场）

小型矿车工作面装碴→洞内电瓶车成列牵引→串车（可多达8辆矿车）斜井提升→井口摘钩→井口电瓶牵引→卸碴点或经碴仓装车远运

箕斗

小型矿车工作面装碴→洞内电瓶车成列牵引→井口碴仓→箕斗→箕斗斜井提升→翻车架翻碴→井口碴仓→装车远运

大型矿车

（平车场）

小型矿车工作面装碴→洞内电瓶车成列牵引→单车斜井提升→井口摘钩→井口电瓶车牵引→翻车机翻碴→井外碴仓→装车远运

一、工法特点

本工法采用大型侧卸式矿车，在隧道内装碴运输和斜井提升均用同一车辆。

斜井出碴的顺序是：

大型侧卸式矿车在工作面装碴后用电瓶车或列车引至斜井底，摘钩后每次由提升机提升一辆矿车至井口的斜坡栈桥上，不摘钩用电动葫芦翻车卸碴，石碴经过漏斗装入栈桥下的自卸汽车内远运。

井口的斜坡栈桥布置如图1所示，其工法主要特点为：

图1

注：

①、5吨电动葫芦②、起吊架③、起吊限位开关④、防翻挂钩⑤、提升限位开关

⑥、天轮⑦、地滚⑧、阻车器⑨、提升机⑩、车档⑾、装车漏斗

1、具有胶带运输机和箕斗提升的优点，可以避免在铁路斜井使用时的缺点。

（1）井口不摘钩，可防止溜车。

（2）矿车不摘钩停在斜坡栈桥上，提升钢丝绳始终有一定张力，可减少因钢丝绳松驰而产生的乱线。

（3）要求的井口场地小。

（4）提升能力大，提升能力完全可以满足隧道快速施工的需要。

（5）由于井底不设碴仓，可以减少因设井底碴仓而引起的工程数量、斜井进入井底碴仓的增加长度、破碎过筛设备和卸载洞室（井底碴仓），也没有胶带运输机提升那样多设备和设备安装期。

因此，具有工程数量小、设备少、投产快、成本底的优点。

（6）井底运输和斜井提升用同一容器，石碴不需转载，简化了施工程序。

（7）井口用漏斗代替碴仓，不但设备简单、造价低，而且可避免北方冬季施工石碴在碴仓内冻结而需采取的防寒措施。

2、和井口平车场的串车、大型矿车提升相比，除前述特点外尚有：

（1）可避免串车提升在井身易掉道的缺点。

（2）井口不设平车场，可减少井口车场和电瓶车牵引等设备。

（3）可避免因井口摘挂钩所占去的提升时间。

3、和自卸汽车出碴相比：

（1）可适用于倾角≤25°的斜井，不受自卸汽车出碴斜井倾角≤8°的限制。

（2）可避免自卸汽车出碴汽车的消耗大、要求通风量大、斜井的断面大和出碴成本较高的缺点。

出碴量较少的斜井，如经济上合理，不设碴仓，在井口栈桥上将石碴直接倒在地上后用装载机装汽车，也可用漏斗棚架代暂漏斗。

单钩提升如地形允许，可采用井口斜坡站台和曲轨卸碴。

二、提升设备

（一）大型侧卸式矿车

大型侧卸式矿车选用的是武汉矿山运输机械厂生产的隧道工程车。

这种矿车有侧卸的性能，并按斜井提升要求进行车辆连接部分的设计，可以避免在斜井提升中断钩的危险，同时具有结构新颖、自重系数小、适应性强和使用方便的优点。

这种矿车现已生产2、4、6m3三种类型，车辆容量可根据施工进度要求和提升能力确定。

卸碴原理和车辆主要技术性能参见附录1。

（二）提升机

宜选用直径2m和2.5m的JK型矿井提升机或直径为0.8m、1.2m和1.6m的JT型提绞车，提升速度应小于5m／s。

具体机器型号应根据提升计算确定。

提升机的钢丝绳直径应根据计算确定，一般多选用6×7或6×19同向捻的钢丝绳，其抗拉强度选用140kg／mm2或155kg／mm2。

（三）天轮

天轮直径按煤矿安全规程中的凿井阶段的标准选用，当钢丝绳在天轮上的围轮角大于90°时，天轮直径应大于钢丝绳直径的60倍。

一般可选用直径为1.6m、2.0m、2.5m的天轮。

当场地受到限制，天轮到提升机滚筒上的钢丝绳的最大内偏角超过1°30′时，可采用游动天轮来满足1°30′的要求。

三、斜井提升轨道布置

双钩提升机的轨道布置如图2所示，一般要求：

1、2#道岔至井底变坡点的距离；D≥a′+一列车长+T1+2m；

2、3#道岔至并底变坡点的距离；E≥T1+2T2+b；

3、3#、4#道岔间的距离：

F≥2a+2倍提升机车辆轴距；

4、竖曲线半径Rl×R3=15～30m；

5、岔尾连接曲线半径R2按通行车辆轴距和运行速度而定。

当速度≤1.5m／s时为7倍轴距；速度为1.5～3.5m／s时为10倍轴距，速度＞3.5m／s时为15倍轴距。

一般为15～25m；

6、井底车场线间距S1=车辆宽度+0.7m；

7、井身线间距S2=车辆宽度+0.2m；

8、井底平坡段长A应满足轨道布置要求，即A≥B+C+D；为满足控制测量要求，A值还应大于50m。

当采用单钩提升时，井底平坡段车场轨道布置不变，井身内仅在靠井底处设局部双线和道岔，其余均为单线。

四、井口卸碴斜坡栈桥及漏斗布置

图3是井口卸碴斜坡栈桥和漏斗布置图。

（一）在布置井口斜坡栈桥时应满足以下要求：

1、栈桥卸碴跨的桥下净空应满足矿车卸碴和装车漏斗布置的要求；

2、栈桥卸碴段的线路倾角α应满足6°～12°；

3、栈桥的卸碴孔距斜井口应有一定距离，以满足下放大型施工设备，堆放材料和装车的场地要求，一般以大于30m为宜；

4、为防止过卷，除在距卸碴位置矿车前轮前1m处安装过卷开关外，同时在卸碴孔的前方应设防过卷段（图1未设过渡段，曾发生过事故），过卷段长4～6m；

5、在卸碴孔安装电动葫芦的卸车架和供操作人员使用的小房；

6、尽量将天轮设在栈桥的端部；

7、栈桥上应设栏杆；

8、在竖曲线上至少应布置3个Ф300mm的地滚（在斜井井身每10m左右设1个Ф150mm左右的地滚）。

（二）在布置卸碴漏斗时应满足以下条件

1、漏斗口尺寸以1.2～1.5m为宜；

2、漏斗上口尺寸的纵向长度应比矿车车箱长度在斜坡时的水平投影至少长1.0m；

3、漏斗内应有部分存碴，侧卸式矿车翻出的碴应落在石碴上，经缓冲后再经漏斗口落入汽车；

4、漏斗口底比汽车或装载车后的碴底应高出0.2～0.3m；

5、漏斗的左右侧和底部（除漏斗口外）应铺设挡碴板。

五、临时提升及有关施工准备

由于大型提升机的耗电量大，临时供电无法满足其需要。

因此，在正式提升设备使用前均有临时过渡提升。

临时提升及有关准备工作如下：

1、井口场地平整好后，在施工斜井洞口环节时就应安排井口斜坡栈桥施工。

2、部分栈桥建成后采用JT型提升机及相应的侧卸式矿车进行单钩提升。

3、如在建井期正式提升设备可投产使用，则利用正式提升设备进行临时提升。

4、斜井开挖进入隧道具备使用大型机械设备时则停止掘进，下放大型机械设备及换装。

5、换装包括以下工作：

（1）安装正式的（隧道施工使用）通风管、高压风水管、排水管、电力电缆、通讯线；

（2）按设计要求铺设井身及车场线路、道岔和大小地滚，并维修至标准；

（3）将斜井人行道整至标准。

六、提升组织及操作

（一）提升组织

每班的劳力组织如下：

1、提升司机2人，其中1人操作，1人监视，隔时互换；

2、电动葫芦操作翻车1人；

3、井口信号工1人，兼管洞口阻车器；

4、井下信号工1人，兼作井身部分道岔搬道；

5、井底把钩工2人，负责井底摘挂钩；

以上每班共7人，按3班制配人。

（二）操作

双钩提升的操作顺序如下（参见图4）：

1、电瓶车顶进一列侧卸式矿车，停重车线（参见图4—1）；

2、重车摘钩，挂提升钩。

信号顺序：

把钩工（搬完道岔）→井身信号工→井口信号工→提升司机，开始提升，空车下放，重车试提。

此时电瓶车司机将重车顶到挂钩位置，然后将电瓶车开至空车线；

3、重车上提、空车下放就位后（参见图4—2），井下进行摘挂钩，井口栈桥进行翻碴（汽车停在漏斗口下）。

信号顺序：

把钩工→井底信号工及电动葫芦操作工→井口信号工→提升司机，开始提升；

4、继续提升，当前一列重车提升完成后，另一列重车已停在重车线上。

空列车开走，另一列重车开始提升（参见图4—3）。

（三）提升速度控制

选用的提升机最大速度Vmax不应超过5m／s，并遵守以下规定：

1、提升机下放重物采用7阶段速度图，加（减）速度a（-a）不得大于0.5m／s2，在栈桥上速度不得大于1.5m／s（参见图5—1）；

2、运送炸药时a＜0.1m／s2，最大速度不得超过1m／s（参见图5—2）；

3、提升人车时不得超过人车最大允许速度。

图5

（1）出碴和下放重物图

说明：

B为井口至卸碴点的距离，当斜井内道岔限速时为A井底至最后一组道岔的距离。

图5

（2）下放爆破材料

图5提升速度图

七、安全要求

斜井井筒断面配置、轨道布置、提升设备选择和使用应符合《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道施工技术安全规则》、《铁路隧道施工规范》等有关规定，未尽部分应参考《煤炭工业设计规范》、《煤矿安全规程》等有关部分。

如凿井阶段和生产阶段的标准不同时，则应选有凿井阶段的标准。

斜井提升时的安全要点如下：

1、提升司机及信号工必须培训，考试合格方可使用，参加斜井施工人员必须先进行教育；

2、提升设备在使用前必须按规定进行试运转，并定期检修，防过速、过载装置必须经常保持良好；

3、和提升有关设备（天轮、钢丝绳、矿车和钢丝绳的连接装置等），在使用前必须有合格证或者经试验检定，使用后必须定期检验；

4、线路和地滚经常保持良好；

5、按规定设挂车器；

6、矿车内不许乘人；

7、提升时禁止人员上下；

8、矿车在提升时掉道，应先开动提升机将已松的钢丝绳缠紧后才进行处理上轨；

9、严格按照规定速度提升，严防矿车因在栈桥上开始下溜速度慢、提升机运转快而松线，产生矿车经过竖曲线后速度加快而造成蹬线、断线事故；

10、斜井卸碴栈桥上的过卷限位开关和电动葫芦上行限位开关（上行限位开关参见附录2）必须经常保持良好：

11、提升机在运转中发现下列情况之一时，应立即断电，以常用闸进行中途停机，经检查、处理后再开机：

（1）电流过大，加速太慢。

（2）制动器系统压力表指示的压力不足。

（3）提升机声响不正常。

（4）钢丝绳松驰或卷筒上乱线。

（5）出现不明信号。

（6）速度超过规定值，而限速、过速保护又未起作用。

12、提升机在运转中发现下列情况之一时，应立即断电，以保险闸制动停机，经检查、处理后再开机：

（1）出现紧急停机信号或在加速过程中出现意外信号。

（2）主要部件失灵。

（3）接近井口尚未减速。

（4）其它严重的意外故障。

八、工程实例

隧道工程局在大秦（大同至秦皇岛）铁路施工的四座斜井和黄石水下运料隧道的斜井均采用本工法施工。

军都山隧道有三座斜井，采用本工法提升，斜井施工条件如表2。

军都山隧道斜井施工使用情况表表2

项目

斜井名称

1号

2号

3号

主井

付井

斜井形式

混合井

主付井

斜井长（M）

129.9

582

675

715

斜井倾角

15°38′

14°

22°

提升机

2JK－2.5

JK－2.5

钢丝绳

6×19丝

天轮

Ф2.5m

提升容器

6m3隧道工程车（侧卸式）

提升钩数

单钩

双钩

单钩

卸碴方式

井口斜坡栈桥

井口斜坡栈台

翻碴方法

5T电动葫芦

曲轨

远运石碴容器

15T自卸汽车

装车方法

CAT953装载机

漏斗

漏斗棚架

斜井轨道

24Kg钢轨、4号道岔

说明：

（1）1号斜井在井口将碴翻到地上后再用装载机装自卸汽车。

（2）出碴进料用同——井叫混合井，分开叫主付井。

（3）3号付并除供人员上下和进料外，另作辅助提升。

军都山隧道斜井使用本工法的主要效果是：

1、斜井到底形成生产能力的时间快。

根据我局以往施工的经验，从斜井打到井底至形成设计出碴生产能力的时间：

箕斗井要4个月，胶带运输机井要11个月，而军都山隧道的斜井只要1.5个月。

2、提升速度快，具有强大的提升能力，完全可以满足隧道快速施工的需要。

以3号斜井为例，提升机的高速度8小时出碴124车（矿车定量6m3），最高月完成了隧道全断面开挖168m的提升量（隧道开挖面90m2）。

一个斜井工区负担的隧道开挖量接近隧道进出口主攻的开挖量。

军都山隧道各工区开挖完成情况参见表3。

军都山隧道各工区完成隧道开挖统计表表3

施工区

完成隧道开挖长（m）

完成开挖占全隧（％）

进口

720.7

8.5

1号斜井

858.3

10.1

2号斜井

2068.1

24.4

3号斜井

1936.5

22.9

出口

2110.7

25.0

平导

765.7

9.1

合计

8460

100％

说明：

1号斜井距进口距离不长，其使用期较短，因此完成隧道开挖数量较少。

3、具有较好的经济效益

据计算：

1号斜井比大型矿车井口平车场方案可以节省49万元，2号斜井比箕斗井方案节省66万元，3号斜井比箕斗井方案节省63万元，如能省掉付井还可以多节省67万元。

4、提升安全，3座斜井在使用期均未发生井口溜车事故。

附录1：

隧道工程车技术性能

隧道工程车的卸碴原理如附图1所示。

当外力将矿车车箱的一侧抬高时，车箱便沿车架上的回转销点A点翻转。

BC是开门杠杆，BC一端和车架在B点铰接，一端和车箱门左右的开门三角架CEF在C点铰接。

三角架又和车箱在D点铰接。

当车箱翻转时，开门杠杆BC便绕B点旋转至BC/位置，D点绕A旋转至D/，这样一开门杠杆便使三角架上提。

由于车门是焊在三角架上的，因此车门随之而打开，车内石碴便随车底的斜坡而滑出。

当卸完碴后，车箱和车门由于重力作用而复位。

这种侧卸式矿车翻车有三种方法：

第一、用慢动葫芦将车箱一侧抬起，即本工法的卸车方法。

第二、曲轨卸碴，曲轨和轨道平行，矿车上的导轮爬上曲轨后而将车箱的一侧抬高而卸碴。

第三、用专用的卸碴机卸碴。

侧卸式矿车主要技术性能见附表1。

附录2：

电动葫芦上行限位开关

电动葫芦上行线位开关布置如附图2所示。

在电动葫芦启重绳的固定端的一侧安装一个限位开关，用绳子将限位开关的推杆与重锤连接。

重锤用园钢制作，将园钢面部分刨平，并刨一个深与宽大于起吊钢丝绳直径的槽。

将起吊绳置于槽内，再用一块厚1.5mm，宽、高与园钢侧平面相等的铁板，用螺钉将其固定在园钢上。

按此制作的重锤能沿起吊钢丝绳上下滑动。

限位开关的推杆受重锤自重下拉，触点闭合，接通电动葫芦的电路，当吊钩过卷时将重锤托起，限位开关被弹起，电路被切断，从而起到限位的作用。

隧道工程车主要技术性能附表1

序号

名称

隧道工程车

容积

6m3

4m3

2m3

载重

11t

自重

4080kg

2934kg

1885kg

轨距

762mm

总长

5000mm

3900mm

3000mm

总宽

1500mm

1400mm

1250mm

总高

1700mm

1650mm

1300mm

牵引高

320mm

轴距

1950mm

1500mm

1000mm

结构速度

20公里／小时

以8公里/小时通过最小弯道半径

15米

通过曲轨时定点卸载速度

1.5米／秒

卸载角

42°

卸载时车箱最大开口

1030mm

925mm

车轮直径

Ф400mm

Ф400mrn

Ф350mm

斜井运输允许最大角度

23°

连接型式

插销式单环链

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