CN110486033A - 高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置，包括扒渣机、牵引绳、运输车体以及卷扬机，扒渣机上设置有定位机构，扒渣机的尾部设置有导向轮，运输车体位于扒渣机与卷扬机之间，隧道的洞口设置有固定轮，牵引绳的一端固定在运输车体上，另一端依次经过导向轮和固定轮后并与卷扬机相连。还公开了上述装置的使用方法。本发明减少燃气动力机械尾气排放量，确保工作人员的安全；不需要设置轨道，实施成本低；利用了隧道地面的陡坡，运渣时运输车体在自重的作用下自动朝着隧道洞口移动，卷扬机不需要提供太大的拉力，能耗较低；利用牵引绳拉住运输车体，使运输车体缓慢移动，避免运输车体沿着隧道地面快速运动而造成安全事故，保证运输安全。

Description

高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法。

背景技术

目前国内外隧道开挖掘进仍以钻爆法施工为主，钻爆法是通过炮眼钻孔、清孔装药、通风排险、爆后出渣及硐内支护等工艺流程完成一次爆破循环作业。爆破循环周期直接影响着整段隧道全线贯通的总工期，而爆后出渣在单个爆破循环作业中占据了大部分时间。为此，为加快爆后出渣速度，缩短爆破循环周期，以缩短隧道全线贯通的总工期，对隧道爆后出渣工艺的研究已是迫在眉睫。在“一种超长、大倾角隧道锚双轨道出渣施工的方法(CN201610452457.7)”中采用了有轨爆破出渣施工技术，即通过双轨道矿车运渣并结合牵引设备来加快大断面长距离隧道的爆后出渣效率。在《小断面隧道有轨联合斜井无轨出渣技术探讨》(《电力测绘设计》2018年第9期，张雷雨)中采用的是在坡度缓的主隧道中采用有轨出渣，即有轨梭车和电机车，而在坡度较陡的斜井支洞中采用的是无轨出渣，即自卸汽车，如此完成隧道爆后出渣工作。此外，在《隧道工程出渣连续带式输送机结构与设计》(《起重运输机械》，2017(3)，张荣建、宋伟刚)中提出了一种可随隧道掌子面推进而实现不停机延伸的连续带式输送机来完成隧道爆后出渣工作。而在《公路隧道大纵坡斜井无轨出渣施工技术》(《公路交通科技(应用技术版)》2018年11期)中却是通过侧翻装载机和大马力自卸车进行隧道爆后无轨出渣，并考虑到斜井纵坡过陡而发生溜车事故，在运输通道上设置安全缓冲平台和缓冲岛。综上所述，目前隧道爆后出渣多采用无轨和有轨运输技术，其中无轨运输具有施工组织方便灵活，出渣高效快速；而有轨出渣机械化程度高，尤其适合大坡度长距离隧道爆后出渣。

然而，小断面长陡坡隧道的端面小，地面坡度较大，考虑到小断面隧道的硐内空间受限，有轨运输的出渣轨道及动力设备无法铺展，运渣矿车无法在狭窄的小断面隧道空腔内完成装渣及调转运输，且有轨运输的一次性投入成本过高；而无轨运输多借助装载机和自卸汽车等燃气动力机械，难以在小断面隧道内调头，且因高原隧道洞内氧含量极低，过多的使用燃气动力机械将会释放出大量的尾气，在反向掘进隧道中极难排除，如此增加了中毒窒息的风险；同时，反向掘进隧道爆后装满渣土的运输车，在下坡运渣过程中会因坡度过陡致使运输速度过快，若运输车辆刹车系统出现故障将直接冲出隧道而坠入洞门悬崖。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法，以解决以下问题：1、隧道断面尺寸小，受限空间致使常规出渣机械无法进洞展开工作；轨道铺设无法形成装渣、运输循环回路；2、陡斜坡影响致使洞内出渣困难，出渣机械及出渣运输风险过高，易冲出洞外坠落悬崖；3、高海拔地区氧气稀薄，小断面隧道洞内狭小空间过多施工燃气机械，大量排放的尾气以发生窒息事故。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置，包括扒渣机、牵引绳、运渣矿车以及卷扬机，所述扒渣机位于隧道撑子面处且扒渣机上设置有固定装置，扒渣机的尾部设置有导向轮，卷扬机设置在隧道之外，运渣矿车位于扒渣机与卷扬机之间，隧道的洞口设置有固定轮，所述牵引绳的一端固定在运渣矿车上，另一端依次经过导向轮和固定轮后并与卷扬机相连。

进一步地，所述扒渣机包括车体，所述车体的底部设置有行走履带，车体的前端设置有扒渣臂和收料铲，收料铲连接有倾斜的传送履带。

进一步地，所述固定装置包括设置在车体中部两侧的水平液压支杆和设置在车体尾部两侧的倾斜液压支腿。

进一步地，所述运渣矿车靠近扒渣机的一端设置有牵引轮，所述牵引绳固定在牵引轮上。

进一步地，所述牵引轮、导向轮和固定轮均包括架体、中心轴、导向轮盘以及防护销，所述防护销与中心轴相互平行，所述防护销与架体相连且防护销与架体围成防脱腔，所述中心轴设置在防脱腔中，所述导向轮盘设置在中心轴上，所述牵引绳绕在导向轮盘上。

上述高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置的出渣方法，包括以下步骤：

A、隧道内部每爆破一次，将扒渣机开到隧道撑子面处，利用固定装置对扒渣机进行加强固定，使扒渣机保持稳定；

B、卷扬机运行，对牵引绳进行收卷，牵引绳拉动运渣矿车运动至扒渣机传送履带顶部的下方；

C、扒渣机将爆破产生的土石扒到收料铲上，传送履带将土石输送至传送履带的顶部，土石自动落入运渣矿车，直到运渣矿车被装满；

D、卷扬机运行，对牵引绳进行匀速放卷，运渣矿车在自身重力和土石重力的作用下匀速朝着隧道的洞口移动，当运渣矿车运动至隧道之外时，将运渣矿车开至指定位置并卸下土石；

E、重复步骤B到D，直到将爆破产生的土石全部运输至指定位置。

进一步地，在步骤A中，水平液压支杆和倾斜液压支腿伸长，使水平液压支杆紧紧抵靠在隧道两侧的岩壁上，倾斜液压支腿的下端紧紧抵靠在隧道底板岩石上，从而使扒渣机保持稳定。

进一步地，在步骤B、C和D中，利用监控系统监控扒渣机的运行和运渣矿车的运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明的运渣矿车在卷扬机的牵引下进行移动，运渣矿车进出隧道时自身不提供动力，减少燃气动力机械尾气排放量，保证隧道内的空气含氧量，避免工作人员出现窒息中毒的现象，从而确保工作人员的安全。2、本发明不需要设置轨道，实施成本低。3、利用了隧道地面的陡坡，运渣时运渣矿车在自重的作用下自动朝着隧道洞口移动，卷扬机不需要提供太大的拉力，能耗较低；且卷扬机能够拉动运渣矿车进入隧道，实现运渣矿车往复进出隧道而不需要调头，能够适应小断面隧道较小的空间。4、运渣时，卷扬机利用牵引绳拉住运渣矿车，使运渣矿车缓慢移动，避免运渣矿车沿着隧道地面快速运动而造成安全事故，保证运输安全。

附图说明

图1为本发明的主视示意图；

图2为本发明的俯视示意图；

图3为牵引轮、导向轮和固定轮的示意图；

附图标记：1—扒渣机；2—牵引绳；3—运渣矿车；4—卷扬机；5—导向轮；6—牵引轮；7—固定轮；11—车体；12—行走履带；13—扒渣臂；14—收料铲；15—传送履带；16—倾斜液压支腿；17—水平液压支杆；61—架体；62—中心轴；63—导向轮盘；64—防护销。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置，如图1和图2所示，包括扒渣机1、牵引绳2、运渣矿车3以及卷扬机4，所述扒渣机1位于隧道撑子面处且扒渣机1上设置有固定装置，扒渣机1的尾部设置有导向轮5，卷扬机4设置在隧道之外，运渣矿车3位于扒渣机1与卷扬机4之间，隧道的洞口设置有固定轮7，所述牵引绳2的一端固定在运渣矿车3上，另一端依次经过导向轮5和固定轮7后并与卷扬机4相连。

扒渣机1用于对爆破产生的碎土石进行开挖并将土石转移至运渣矿车3，同时为牵引运渣矿车3移动的牵引绳2提供着力点。扒渣机1具体包括车体11，所述车体11的底部设置有行走履带12，车体11的前端设置有扒渣臂13和收料铲14，收料铲14连接有倾斜的传送履带15。扒渣机1为燃气动力机械，行走履带12用于带动扒渣机1整体前进或者后退，扒渣臂13为类似于挖掘机挖掘臂的结构，能够将土石推动至传送履带15的下端，传送履带15用于将土石输送至运渣矿车3内。

运渣矿车3用于将爆破产生的土石运输至隧道之外，可采用常见的货车，货车的车厢朝向隧道撑子面，车头朝向隧道口。为了保证运渣矿车3能够沿着隧道移动，运渣矿车3的顶部和两侧均与隧道壁之间具有适当的间距，同理，为了保证扒渣机1具有足够的操作空间，扒渣机1顶部距离隧道拱顶至少存在50cm的间距，且扒渣机1两侧与隧道侧壁也具有足够的空间，以便隧道施工管线及轴流风机的风袋具有足够的安置空间。

卷扬机4用于通过牵引绳2拉动运渣矿车3移动，采用常规的卷扬设备即可。牵引绳2采用钢丝绳，保证足够的抗拉强度。牵引绳2具有足够的长度，其总长度应当大于或等于隧道总长度的2倍，牵引绳2的一端在卷扬机4上缠绕了若干圈，随着隧道的掘进，所需要的牵引绳2长度增加，卷扬机4对牵引绳2进行放卷可保证牵引绳2的长度满足要求。固定轮7起到导向的作用，设置在隧道洞口中间位置的地面上，固定轮7应当低于运渣矿车3的底盘，避免阻挡运渣矿车3的运动。

扒渣机1的尾部设置有导向轮5，用于牵引绳2的换向，随着隧道的掘进，导向轮5能够随着扒渣机1同步前进，保证每次出渣时运渣矿车3均能够运动至扒渣机1的后发以接收土石。由于导向轮5需要承受牵引绳2的拉力，而拉力会传递至扒渣机1，为了避免在运渣时扒渣机1受到拉力而后翻或者溜车，扒渣机1上设置了固定装置，在每次出渣时，利用固定装置将扒渣机1固定在隧道撑子面处，避免扒渣机1受到拉力而后翻或者溜车，提高扒渣机1的稳定性，保证运渣矿车3的安全移动。

具体地，所述固定装置包括设置在车体11中部两侧的水平液压支杆17和设置在车体11尾部两侧的倾斜液压支腿16。定位时，水平液压支杆17和倾斜液压支腿16伸长，使水平液压支杆17紧紧抵靠在隧道两侧的岩壁上，倾斜液压支腿16的下端紧紧抵靠在隧道地面岩石上，从而使扒渣机1保持稳定。

牵引绳2可直接固定在运渣矿车3上，优选的，所述运渣矿车3靠近扒渣机1的一端设置有牵引轮6，所述牵引绳2固定在牵引轮6上。

实际操作中，考虑到牵引绳2穿过牵引轮6、导向轮5和固定轮7时，防止在其松弛状态时脱离轮体而导致卡住，从而造成对牵引绳2的过度磨损或直接卡断。为此，如图3所示，所述牵引轮6、导向轮5和固定轮7均包括架体61、中心轴62、导向轮盘63以及防护销64，所述防护销64与中心轴62相互平行，所述防护销64与架体61相连且防护销64与架体61围成防脱腔，所述中心轴62设置在防脱腔中，所述导向轮盘63设置在中心轴62上，所述牵引绳2绕在导向轮盘63上。导向轮盘63外形为中间小、两端大的结构，牵引绳2位于导向轮盘63中部，导向轮盘63的两端到架体61和防护销64的距离小于牵引绳2的直径，可避免牵引绳2从导向轮盘63上脱离。

上述装置应用于高原地区小断面长陡坡隧道施工，施工时，隧道地面倾斜向上，保证爆破后的土石是沿着隧道向下输送。在隧道正式施工之前，应根据隧道的断面尺寸和隧道陡斜坡角度来确定扒渣机1、运渣矿车3及卷扬机4等设备的宽度、高度，这些设备正常工作所需空间必须满足隧道断面尺寸，卷扬机4的牵引动力应根据运渣矿车3空载牵引爬坡和满载下坡反向牵制作用进行验算，同时也应对牵引绳2的强度进行验算，确保达到预期牵引效果的同时保证牵引设备的安全可靠性。确定设备型号后根据工作原理进行出渣设备的安装。

为了在隧道洞门预留足够空间，避免阻碍交通，应将卷扬机4设置在洞门一侧的预留区域。先浇筑设备基座，并在基座内预埋用于定位的预埋钢板和预埋螺栓，待基座硬化后通过地脚螺栓将卷扬机4牢固的固定在设备基座上。此外，卷扬机4还应配置专门的发电机组，为卷扬机4提供动力，并在其周围搭设围挡和防护棚，由专人操作及管理。

由卷扬机4引出的牵引绳2首先必须穿过洞口中心处的固定轮7再引入隧道，为防止固定轮7受力被拔出，因此，固定轮7应设置在混凝土基座上，且应控制好固定轮7的安装标高，其高度不得高于运渣矿车3底盘以及其他运输设备的底盘标高，避免运输途中损坏。

设备安装好后，即可进行隧道施工：

A、隧道内部每爆破一次，将扒渣机1开到隧道撑子面处，利用固定装置对扒渣机1进行加强固定，使扒渣机1保持稳定，具体地，水平液压支杆17和倾斜液压支腿16伸长，使水平液压支杆17紧紧抵靠在隧道两侧的岩壁上，倾斜液压支腿16的下端紧紧抵靠在隧道底板岩石上，从而使扒渣机1保持稳定。

B、卷扬机4运行，对牵引绳2进行收卷，牵引绳2拉动运渣矿车3运动至扒渣机1传送履带15顶部的下方；

C、扒渣机1将爆破产生的土石扒到收料铲14上，传送履带15将土石输送至传送履带15的顶部，土石自动落入运渣矿车3，直到运渣矿车3被装满；

D、卷扬机4运行，对牵引绳2进行匀速放卷，运渣矿车3在自身重力和土石重力的作用下匀速朝着隧道的洞口移动，当运渣矿车3运动至隧道之外时，将运渣矿车3开至指定位置并卸下土石；

E、重复步骤B到D，直到将爆破产生的土石全部运输至指定位置。

为了便于控制扒渣机1的运行，利用监控系统监控扒渣机1的运行和运渣矿车3的运动，监控系统可以是设置在隧道内的摄像头，通过监控系统监测运渣矿车3车厢内的土石量，避免单次运输量过大，同时监控运渣矿车3的移动过程，出现状况时可及时进行处理。

本发明具有以下优点：

1、本发明的运渣矿车3在卷扬机1的牵引下进行移动，运渣矿车进出隧道时自身不提供动力，减少燃气动力机械尾气排放量，保证隧道内的空气含氧量，避免工作人员出现窒息中毒的现象，从而确保工作人员的安全。

2、本发明不需要设置轨道，实施成本低，且效率更高。

3、利用了隧道地面的陡坡，运渣时运渣矿车3在自重的作用下自动朝着隧道洞口移动，卷扬机1不需要提供太大的拉力，能耗较低；且卷扬机能够拉动运渣矿车进入隧道，实现运渣矿车往复进出隧道而不需要调头，能够适应小断面隧道较小的空间。

4、运渣时，卷扬机1利用牵引绳2拉住运渣矿车，使运渣矿车3缓慢移动，避免运渣矿车3沿着隧道斜坡快速运动而造成安全事故，保证运输安全。

Claims (8)

1.高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置，其特征在于，包括扒渣机(1)、牵引绳(2)、运渣矿车(3)以及卷扬机(4)，所述扒渣机(1)位于隧道撑子面处且扒渣机(1)上设置有固定装置，扒渣机(1)的尾部设置有导向轮(5)，卷扬机(4)设置在隧道之外，运渣矿车(3)位于扒渣机(1)与卷扬机(4)之间，隧道的洞口设置有固定轮(7)，所述牵引绳(2)的一端固定在运渣矿车(3)上，另一端依次经过导向轮(5)和固定轮(7)后并与卷扬机(4)相连。

2.根据权利要求1所述的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法，其特征在于，所述扒渣机(1)包括车体(11)，所述车体(11)的底部设置有行走履带(12)，车体(11)的前端设置有扒渣臂(13)和收料铲(14)，收料铲(14)连接有倾斜的传送履带(15)。

3.根据权利要求2所述的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法，其特征在于，所述固定装置包括设置在车体(11)中部两侧的水平液压支杆(17)和设置在车体(11)尾部两侧的倾斜液压支腿(16)。

4.根据权利要求1所述的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法，其特征在于，所述运渣矿车(3)靠近扒渣机(1)的一端设置有牵引轮(6)，所述牵引绳(2)固定在牵引轮(6)上。

5.根据权利要求4所述的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置以及方法，其特征在于，所述牵引轮(6)、导向轮(5)和固定轮(7)均包括架体(61)、中心轴(62)、导向轮盘(63)以及防护销(64)，所述防护销(64)与中心轴(62)相互平行，所述防护销(64)与架体(61)相连且防护销(64)与架体(61)围成防脱腔，所述中心轴(62)设置在防脱腔中，所述导向轮盘(63)设置在中心轴(62)上，所述牵引绳(2)绕在导向轮盘(63)上。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的高原地区小断面长陡坡隧道出渣装置的出渣方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、隧道内部每爆破一次，将扒渣机(1)开到隧道撑子面处，利用固定装置对扒渣机(1)进行加强固定，使扒渣机(1)保持稳定；

B、卷扬机(4)运行，对牵引绳(2)进行收卷，牵引绳(2)拉动运渣矿车(3)运动至扒渣机(1)传送履带(15)顶部的下方；

C、扒渣机(1)将爆破产生的土石扒到收料铲(14)上，传送履带(15)将土石输送至传送履带(15)的顶部，土石自动落入运渣矿车(3)，直到运渣矿车(3)被装满；

D、卷扬机(4)运行，对牵引绳(2)进行匀速放卷，运渣矿车(3)在自身重力和土石重力的作用下匀速朝着隧道的洞口移动，当运渣矿车(3)运动至隧道之外时，将运渣矿车(3)开至指定位置并卸下土石；

E、重复步骤B到D，直到将爆破产生的土石全部运输至指定位置。

7.根据权利要求6所述的高原地区小断面长陡坡隧道的出渣方法，其特征在于，在步骤A中，水平液压支杆(17)和倾斜液压支腿(16)伸长，使水平液压支杆(17)紧紧抵靠在隧道两侧的岩壁上，倾斜液压支腿(16)的下端紧紧抵靠在隧道底板岩石上，从而使扒渣机(1)保持稳定。

8.根据权利要求6所述的高原地区小断面长陡坡隧道的出渣方法，其特征在于，在步骤B、C和D中，利用监控系统监控扒渣机(1)的运行和运渣矿车(3)的运动。