平鲁地下泵站运输系统设计分析

赵国民　王建慧

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000）

平鲁地下泵站运输系统设计分析

赵国民王建慧

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000）

平鲁地下泵站工程地下部分施工只有一条运输通道，该交通洞为大倾角，长斜井，长度为547.47m，斜坡段纵坡24.59%，高差为127.42m，不具备车辆直接通行条件。所有施工交通及开挖出渣均通过大梁交通洞（即主交通洞）进行，故此主交通洞的交通及出渣为本工程的施工瓶颈，直接制约工程的进展。选择合适的运输方式是工程能否正常、按时完工的决定因素。本文就根据平鲁地区的地理环境的因素影响，对其地下泵站运输系统的设计进行分析。

地下泵站；运输系统；设计

1　运输系统概述

平鲁地下泵站建设工程除了变电站场坪的挖掘、电缆井和出水竖井前期的开挖施工外，其余所有施工交通和开挖出的渣都需要通过大梁交通洞。这个交通洞的进口的位置大梁水库主坝左岸下游，进口地面高程1385.356m，分平坡段和斜坡段，长度分别为：525.17m和28.3m，总长548.47m，直径7.0m×7.5m，斜坡段纵坡25.59%，换算为角度为14.81°，没有具备车辆直接通行的条件，所以主交通洞的交通和出渣是这个工程的最大阻碍，这个阻碍直接制约工程的进度，所以解决主交通洞的出渣以及交通问题是本工程的主要任务，如果能把这个问题解决，那么整个工程的的速度就会大大提高。

2　运输系统设计

2.1系统设计

因为主交通洞的坡度比较陡（25.59%），所以不具备车辆直接通行的条件，虽然主交通洞的坡度陡不能直接通行，但是可以利用来提升机轨道来提升系统，可以布置双向两套系统。一台提升机的提升能力是26t，这个系统的运输能力的200t/h。根据主交通洞的洞口直径（7.0m×7.5m），来铺设双向双车道重轨轨道，重轨一般采用了38kg/m的标准，轨道之间采用了铁路的标准间距1.435m，轨道运输平台宽度2.3m，长度6m，轨道之间的运输平台间距0.15m，平台与洞壁之间的距离和与人行走廊之间的距离20cm。操作人员把运输车辆开到运输平台上后，利用提升机来牵引运输平台进行运输的工作（如图1）。

2.2系统布置

主交通洞洞口采用2台JK-2×1.5矿用提升机，布置两套运输轨道系统在主交通洞内，每台负责其中一条轨道的运输线路，利用钢丝绳来牵引，来满足两条线路能够保持同时独立的进行。把平台的位置设在洞口及洞内线路终端，前期施工人员施工时，洞内会采钢架结构的上车平台，同时采用钢丝绳来牵引，运输平台通常情况下会采用牵引的方式来运输石渣等材料（如图2）。

2.3提升系统、监视系统

提升机的组成部分主要有卷筒、减速器等装置。技术人员会在洞内设置摄像头，全程监控系统运行情况，并设置电铃、通话系统等。主要工程量见表1。

2.4卷扬机牵引能力验算

图1　卷扬机安装平面布置图

图2　平鲁地下泵站土建工程轨道运输系统设计图

根据查相关规范及《斜井提升设备》高等教育教材的钢丝绳作用于卷扬机的最大静张力公式为：

Fmax=ng（m1+ m2）（sinβ+f1cosβ）+ mpLg（sinβ+f2cosβ）

式中：Fmax——最大静张力；

ng（m1+ m2）——提升总重；

β——斜井角度，实际13.81°，按14°计算；

mpLg——钢丝绳重量；

f1——运输平台摩擦系数，取0.02；

f2——钢丝绳摩擦系数，取0.2。

将自重取值数据代入上式，计算如下：

Fmax=190×（sin14°+0.02×cos14°）+20×（sin14°+0.2×cos14°）=58.386kN<61kN

卷扬机牵引能力满足要求。

表1　轨道运输系统主要工程量表

2.5钢丝绳选择

根据以上计算，钢丝绳计算最大静张力取卷扬机最大提升能力61kN，参考钢丝绳选型计算公式：

S拉=Sb/K

式中：S拉——钢丝绳最大静张力；

Sb——钢丝绳的破断拉力Sb=a×P；

P——钢丝绳的钢丝破断力总和，P=钢丝绳最小破断力×1.24，最小破断力查五金手册取得；

a——考虑钢丝受力不均匀的钢丝绳破断拉力换算系数，查表2取得；

K——钢丝绳使用时安全系数，查表3取得。钢丝绳破断拉力换算系数见表2。

表2　钢丝绳破断拉力换算系数a

钢丝绳安全系数见表3。

表3　钢丝绳安全系数

钢丝绳拟选用6×19（a）类圆股、纤维芯的钢丝绳。a取0.82，K取8，计算如下：

S拉=a×P/K代入已知数据：61=0.82×最小破断拉力×1.24/8

求解最小破断力=480kN。

查五金手册得采用公称抗拉强度1470MPa，φ32直径的6× 19（a）类圆股、纤维芯的钢丝绳即可满足要求。

2.6滚筒绕钢丝绳能力验算

根据以上钢丝绳选择计算，选用φ32直径钢丝绳，结合卷扬机滚筒规格，直径2.0m，宽度1.5m，滚筒绕钢丝绳能力计算如下：滚筒每层可缠绕47圈，第一层绕绳直径为2.016m，依次类推第2～3层绕绳直径分别为：2.041m、2.066m。计算第一层绕绳297m，第二层绕绳301m，两层时即可达到绳容要求，同时满足卷扬机安全规程中不大于3层的规定。

2.7提升机的选择

根据泵站的实际提升能力和牵引力，我们需要选用相关的矿用提升机，它的最大提升力要有26T，提升速度要有3m/s。整个主机系统包括提升机和减速器等。

3　轨道运输系统

整个系统按照施工性质来划分，可以分成运输平台加工、轨道安装、卷扬机及钢缆绳安装、洞口及洞内上下车平台施工四个方面，具体内容在下面会具体论述：

3.1运输平台设计

运输平台整体采用桁架的形式，采用20a钢焊接而成，运输平台两侧会留有设置栏杆的位置，施工人员在施工前要确定好栏杆放置的合理位置，同时施工人员需要选择材质是20a工字钢，高度1.5m的栏杆进行安装，在平台一侧设置车辆限位挡板，这样就可以有效的避免在平台运输过程中出现位移的情况。挡板为活动型挡板，也采用20a工字钢，同时在车辆车轮下部设置挡车板，采用钢板加工，可以起到避免车辆下滑的情况出现。

图3　轨道运输平台加工示意图

3.2运输平台加工

运输平台结构部分也采用20a工字钢焊接而成。

加工工序为：下料→焊接→检查→平台顶部钢板和车轮底部焊接→检查→焊接→验收。

结构部分焊接为第一焊接，需要由专业焊工进行专业的焊接，焊条必须采用506结构钢焊条。焊接时要保证焊满所有连接点，不能出现焊缝空缺的情况，同时焊缝的宽度和焊缝的厚度都必须满足规范要求，焊接完成后经检验合格后才能进行其他工序。

在检验合格后进行顶面钢板和车轮底部的焊接时，焊条同样选用上述结构钢焊条，所有的接点要满焊，焊缝宽度及厚度必须要满足相关的规范要求。

3.3轨道安装

安装是的正确施工工艺顺序为：测量放样→基础处理→精确放样→轨道就位→轨道连接→卡轴和导向滑轮的安装→轨道验收。

在安装轨道前，首先由测量队需要根据图纸的位置来确定轨道的安放位置，结束后需要基础处理，这项可以分为两种：①已衬的砌混凝土段，底板混凝土上直接安装上轨道，同时拆除底板混凝土面的杂物和其他承包商遗留设施，如：原有轨道拆除后遗留的固定螺栓、位于底板的测量标墩等，清理完成后就可以安装轨道；②未进行衬砌段，人工清理表面垫渣至完整的基岩面，然后用水冲洗干净，浇筑20cm厚C20混凝土基础，宽度根据设计图为4.75m，浇筑时按照设计图纸固定间距预埋轨道固定螺栓，基础浇筑完成，终凝后即可进行轨道安装。对下平段部分底板采用铺设枕木，钢轨布置在枕木上。

4　结语

综合各种运行系统，采用了有轨运输，布置了2套JK-2×1.5矿用提升机，最大提升能力为25t，运输速度为3.2m/s，每小时运输能力为200t/h。在斜井内布置轨道系统，运输车辆停靠在运输平台上，提升机通过钢丝绳牵引运输平台进行上下运输。此种运行系统解决了大坡度，长斜井条件下的运输问题，且系统运行安全系数高，易于维护，对以后类似的隧洞施工提供了宝贵的经验，值得很好的总结。

S277.1

A

1673-0038（2015）16-0231-03

2015-3-25