CN107387094A - 大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法。其采用斜井有轨运输和主洞无轨运输相结合的方式，实现了以人为本、安全施工的目标，保证了施工安全，减少了施工干扰，节约了施工成本，施工过程中未发生安全事故。施工时满足了施工进度需要，提高了出渣效率，使斜井运输不再成为制约工程施工进度的因素。通过工程施工实践证明该施工方法是行之有效的，具有技术可靠、机械化程度高、操作方便、安全可靠、出渣效率高、运行成本低、经济效益好特点，因此在类似工程施工中有一定借鉴意义和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于隧洞施工方法技术领域，特别是涉及一种大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法。
背景技术
依据《水工建筑物地下开挖工程施工规范》，地下洞室规模根据地下洞室开挖尺寸和断面大小进行划分，其中面积为10—30㎡或跨度为3.0—5.5m的属小断面隧洞；按照倾角可划分为平洞、斜井、竖井三种类型，其中倾角6°—75°为斜井。如遇大坡度小断面斜井，对其施工方法的选择就有一定的制约，施工安全风险等级也相应提高。因此选择科学、合理的施工方法，保证施工作业安全，能够快速有效组织施工确保按期完成施工任务，是大坡度小断面斜井施工的难点。
大坡度小断面斜井根据断面形式、施工工程量、合同工期要求，常采用以下几种施工方法：
1、有轨运输施工法：斜井开挖后采用卷扬机作为牵引动力，铺设矿车运行轨道，矿车装渣后在卷扬机的牵引下进行出渣，作业人员采用矿用乘人车在卷扬机的牵引下进出洞。优点：运量较大、速度快、且污染小。缺点：一次投入成本较大，运输需二次倒运，维护操作要求高，安全风险大。
2、无轨运输施工法：斜井开挖后利用轮式、履带式、燃油设备完成运输作业，但上述设备必须能进到掌子面，受限于斜井断面大小及施工通道的纵坡(一般不超过10％)。优点：施工时具有灵活、快捷、方便的特点。缺点：受斜井长度、断面尺寸、纵坡大小等施工条件限制，燃油设备排烟恶化作业环境。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法。
为了达到上述目的，本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在待开挖的斜井的洞口外进行临时设施建设，临时设施包括卸渣平台、天轮架、绞车房、保温棚、运碴斜坡；其中卸渣平台水平设置在洞口外侧的地面上；运碴斜坡设置在卸渣平台表面上靠近洞口处，并且运碴斜坡的中部表面设有地轮，同时表面一侧铺设有运输轨道；天轮架的下端固定在卸渣平台表面中部，上端安装有天轮；绞车房设置在卸渣平台上远离洞口的一端表面，内部设有矿井提升机；缠绕在矿井提升机上滚筒外部的钢丝绳中部相继绕过天轮的上部圆周、地轮的下部圆周，外端与矿碴提升车相连接，并将矿碴提升车放置在运输轨道上；保温棚设置在运碴斜坡中部；
2)从洞口开始利用爆破方式开挖斜井，然后在斜井内已挖好区域的地面一侧将上述运输轨道逐段接长，同时在斜井的另一侧地面上布设混凝土台阶踏步，踏步高度15cm，用于进出斜井的人员通行；
3)利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到矿碴提升车内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡的外端，然后卸在位于运碴斜坡外端的卸渣平台上，再通过装载机装到自卸汽车上并运至渣场；
4)开挖至斜井的深度后开始开挖主洞，首先将自卸车、挖掘机、装载机在内的洞内无轨运输设备通过矿井提升机及其上的钢丝绳牵引下至斜井的底部，并在与斜井交叉部位的主洞底部开挖出一个存碴场；
5)从斜井的底部开始利用爆破方式开挖主洞，然后利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到自卸车内，之后由自卸车运至存碴场；或直接卸碴至提升矿车8内；
6)由装载机将存碴场内的碴料装在提升矿车内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡的外端，之后卸在位于运碴斜坡外端的卸渣平台上，再通过装载机装到自卸汽车运至渣场，直到完成大坡度小断面地下洞室挖掘施工过程。
所述的斜井和运碴斜坡上运输轨道的两根钢轨之间的地面上间隔设有多道自动升降阻车器，并且与运输轨道控制电路电连接；自动升降阻车器上的阻车部件采用工字钢制作。
所述的提升矿车上安装有防溜钩。
所述的混凝土台阶踏步能够由斜井行人助行器来代替。
本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法具有如下有益效果：
实现了以人为本、安全施工的目标，保证了施工安全，减少了施工干扰，节约了施工成本，施工过程中未发生安全事故。施工时满足了施工进度需要，提高了出渣效率，使斜井运输不再成为制约工程施工进度的因素。通过工程施工实践证明该施工方法是行之有效的，具有技术可靠、机械化程度高、操作方便、安全可靠、出渣效率高、运行成本低、经济效益好特点，因此在类似工程施工中有一定借鉴意义和推广价值。
附图说明
图1为采用本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法时斜井外部临时设施结构示意图。
图2为采用本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法时斜井及主洞内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法进行详细说明。
某供水二期工程中的地下洞室中斜井长度为708.983m、综合坡度36.875％，断面形式为圆拱直墙型，成洞断面尺寸为5.0m×5.5m(宽×高)，且围岩类别以极软岩为主，属于大坡度小断面地下洞室，施工难度大、安全风险高，是重难点控制性工程，而斜井运输施工组织直接制约施工安全、进度和成本的一个重要环节，如何合理选择布置运输系统、科学组织各道工序紧密施工，是保证工程顺利施工的关键。
根据施工条件、工程量、工期要求，经过施工技术方案的论证优化后，决定采用本发明方法进行挖掘施工，12个月完成施工任务，比原计划工期提前了3个月，并且减少施工费用125万元，因此效果显著。
如图1、图2所示，本发明提供的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在待开挖的斜井1的洞口外进行临时设施建设，临时设施包括卸渣平台2、天轮架3、绞车房4、保温棚5、运碴斜坡7；其中卸渣平台2水平设置在洞口外侧的地面上；运碴斜坡7设置在卸渣平台2表面上靠近洞口处，并且运碴斜坡7的中部表面设有地轮，同时表面一侧铺设有运输轨道；天轮架3的下端固定在卸渣平台2表面中部，上端安装有天轮6；绞车房4设置在卸渣平台2上远离洞口的一端表面，内部设有矿井提升机；缠绕在矿井提升机上滚筒外部的钢丝绳中部相继绕过天轮6的上部圆周、地轮的下部圆周，外端与矿碴提升车8相连接，并将矿碴提升车8放置在运输轨道上；保温棚5设置在运碴斜坡7中部；
2)从洞口开始利用爆破方式开挖斜井1，然后在斜井1内已挖好区域的地面一侧将上述运输轨道逐段接长，同时在斜井1的另一侧地面上布设混凝土台阶踏步，踏步高度15cm，用于进出斜井1的人员通行；
3)利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到矿碴提升车8内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车8以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡7的外端，然后卸在位于运碴斜坡7外端的卸渣平台2上，再通过装载机装到自卸汽车上并运至渣场；
4)开挖至斜井1的深度后开始开挖主洞9，首先将自卸车10、挖掘机、装载机11在内的洞内无轨运输设备通过矿井提升机及其上的钢丝绳牵引下至斜井1的底部，并在与斜井1交叉部位的主洞9底部开挖出一个存碴场12；
5)从斜井1的底部开始利用爆破方式开挖主洞9，然后利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到自卸车10内，之后由自卸车10运至存碴场12；或直接卸碴至提升矿车8内；
6)由装载机11将存碴场12内的碴料装在提升矿车8内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车8以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡7的外端，之后卸在位于运碴斜坡7外端的卸渣平台2上，再通过装载机装到自卸汽车运至渣场，直到完成大坡度小断面地下洞室挖掘施工过程。
所述的斜井1和运碴斜坡7上运输轨道的两根钢轨之间的地面上间隔设有多道自动升降阻车器，并且与运输轨道控制电路电连接，一旦钢丝绳发生断裂，自动升降阻车器自动上升，以勾住提升矿车8底部而阻止其下滑。本发明中自动升降阻车器上的阻车部件采用工字钢制作。
所述的提升矿车8上安装有防溜钩，当提升矿车8发生断绳而使其运行速度超过极限值时，防溜钩自动脱落并勾住运输轨道上的预留槽，以防止提升矿车8溜车。
所述的混凝土台阶踏步能够由斜井行人助行器来代替，后者能显著减轻施工人员的体力消耗，易于操作和维护，占用巷道空间小，且无安全隐患，有利于施工组织及安全管理。
Claims (4)
1.一种大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法，其特征在于：所述的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在待开挖的斜井(1)的洞口外进行临时设施建设，临时设施包括卸渣平台(2)、天轮架(3)、绞车房(4)、保温棚(5)、运碴斜坡(7)；其中卸渣平台(2)水平设置在洞口外侧的地面上；运碴斜坡(7)设置在卸渣平台(2)表面上靠近洞口处，并且运碴斜坡(7)的中部表面设有地轮，同时表面一侧铺设有运输轨道；天轮架(3)的下端固定在卸渣平台(2)表面中部，上端安装有天轮(6)；绞车房(4)设置在卸渣平台(2)上远离洞口的一端表面，内部设有矿井提升机；缠绕在矿井提升机上滚筒外部的钢丝绳中部相继绕过天轮(6)的上部圆周、地轮的下部圆周，外端与矿碴提升车(8)相连接，并将矿碴提升车(8)放置在运输轨道上；保温棚(5)设置在运碴斜坡(7)中部；
2)从洞口开始利用爆破方式开挖斜井(1)，然后在斜井(1)内已挖好区域的地面一侧将上述运输轨道逐段接长，同时在斜井(1)的另一侧地面上布设混凝土台阶踏步，踏步高度15cm，用于进出斜井(1)的人员通行；
3)利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到矿碴提升车(8)内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车(8)以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡(7)的外端，然后卸在位于运碴斜坡(7)外端的卸渣平台(2)上，再通过装载机装到自卸汽车上并运至渣场；
4)开挖至斜井1的深度后开始开挖主洞(9)，首先将自卸车(10)、挖掘机、装载机(11)在内的洞内无轨运输设备通过矿井提升机及其上的钢丝绳牵引下至斜井(1)的底部，并在与斜井(1)交叉部位的主洞(9)底部开挖出一个存碴场(12)；
5)从斜井(1)的底部开始利用爆破方式开挖主洞(9)，然后利用小型挖掘机将爆破产生的碴料装到自卸车(10)内，之后由自卸车(10)运至存碴场(12)；或直接卸碴至提升矿车(8)内；
6)由装载机(11)将存碴场(12)内的碴料装在提升矿车(8)内，然后利用矿井提升机收紧钢丝绳而将矿碴提升车(8)以及内装的碴料通过运输轨道运至运碴斜坡(7)的外端，之后卸在位于运碴斜坡(7)外端的卸渣平台(2)上，再通过装载机装到自卸汽车运至渣场，直到完成大坡度小断面地下洞室挖掘施工过程。
2.根据权利要求1所述的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法，其特征在于：所述的斜井(1)和运碴斜坡(7)上运输轨道的两根钢轨之间的地面上间隔设有多道自动升降阻车器，并且与运输轨道控制电路电连接；自动升降阻车器上的阻车部件采用工字钢制作。
3.根据权利要求1所述的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法，其特征在于：所述的提升矿车(8)上安装有防溜钩。
4.根据权利要求1所述的大坡度小断面地下洞室挖掘施工方法，其特征在于：所述的混凝土台阶踏步能够由斜井行人助行器来代替。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171124 |