大倾角斜井施工提升运输系统设计

朱庆凯

（河南锦源建设有限公司，河南 郑州 450000）

近些年来，我国大量抽水蓄能电站开始投建。抽水蓄能电站规模越来越大，落差也越来愈大，电站中大倾角斜井工程不断增多，施工难度也不断增大。斜井施工中施工空间相对狭小，施工机械布置不便，尤其是大倾角斜井施工难度大，安全危险源多。黑龙江荒沟抽水蓄能电站引水斜井坡度为50°，最长的一个斜井长为387.57 m，在水电施工及煤矿建设领域实属罕见。

大坡度斜井施工，存在运输安全风险大，斜井人车安全要求高；斜井内矸石、材料极易滚落伤人，工作面安全防护难度大；设备、工具需人工搬运至工作面，劳动强度大，效率低；工作面钻爆施工困难；工作面械设备布置受限，人工出渣劳动强度大。确保大坡度情况下，有一套安全可靠的提升运输系统，对整个工程施工至关重要。

1 工程概况

荒沟抽水蓄能电站引水斜井包括1#、2#两条斜井，每条引水斜井分成上斜井和下斜井两段；每段斜井包括上弯段、斜井直段、下弯段；上弯段、下弯段均为空间转弯。上斜井的上弯段与引水上平洞相连，上斜井的下弯段与引水中平洞相连。5#施工支洞、4#施工支洞连通引水上平洞、引水中平洞作为施工通道。下斜井的上弯段与引水中平洞相连，下斜井的下弯段与引水下平洞相连。4#施工支洞、2#施工支洞连通引水中平洞、引水下平洞作为下斜井施工通道。

图1 斜井结构布置

四条斜井中1#上斜井已经施工完毕，剩余三条斜井：1#下斜井全长为383.75 m，其中直线段长度为341.12 m；2#上斜井全长为229.19 m，其中直段段长度为185.55 m；2#下斜井段长度为344.94 m。斜坡段坡度均为50°。斜井开挖断面为圆形，直径7.9 m。支护采用锚喷支护。均采用导井法施工，导井Φ2.4 m。

2 提升运输系统设计

2.1 提升系统设计

斜井导井施工完成后，斜井扩挖采用自上而下施工成井。为了满足斜井扩挖时人员、材料、设备井内运输及工作面作业安全，井口布置运输车提升系统和防护台车提升系统，通过凿井绞车、天轮导向进行提升。扩挖提升系统布置见图2。

图2 斜井扩挖系统布置

斜井提升系统主要包括提升绞车、运输车及防护台车。运输车负责作业人员、施工材料、风水管路、工器具的运输。提升采用2JZ-10/800 型双滚筒凿井绞车。运输车自重为3.5 t，设计载重2 t。防护台车主要用作斜井安全防护、导井安全防护和工作平台，提升采用1 台2JZ-16/800 型凿井绞车，防护台车自重为7 t，设计载重2 t。为保证上平洞与中平洞洞内运输空间，斜井凿井绞车靠平洞左侧布置，使用双绳提升车辆，一根钢丝绳负责提升另一根负责安全防护，当提升绳意外断绳时，防护绳可以满足全部提升需求，保证在出现意外情况下能够保证运输车辆的运行安全。

2.2 提升车辆设计

（1）运输车。运输车主要用作斜井人员及材料、小型工器具运输。运输车设计厢式结构，采用16#、12#工字钢及钢板等辅助材料制作而成，其中车轮使用Φ600 实芯胶轮，并考虑对运输车增加减震系统，以减少人员不舒适感。运输车在底盘两侧设计有导向轮，防止行驶过程中跑偏，在井口上弯段停车位置安装限位开关，用作安全防护。运输车由专业厂家定制。

（2）防护台车。防护台车做施工安全平台，为保证斜井施工安全，采用一个无轨胶轮型钢结构的安全施工平台，用以防止斜井内坠石对井下施工人员造成伤害，同时该平台作为支护、管线延伸、井内安全防护平台。施工安全平台设置为二层，上层为安全防护平台，下层为工器具放置平台，工作面作业时台车下落至最底处。

（3）设计要点

①在防护台车车头前侧底部设置挡栏，宽度3 m，高度为1.8 m，距离底板高度0.1 m，能够有效阻止沿沟槽内滑落的坠物对作业面人员的伤害。

②台车顶层护板能有效防止工作面附近顶板掉渣。

2.3 提升系统参数计算

表1 斜井提升系统设计参数

2.4 提升系统受力计算

荒沟电站引水2#上斜井、1#和2#下斜井提升系统主要包括运输车提升系统和防护台车提升系统。为保证车辆运行安全，均采用双绳提升系统。

运输车采用1 台2JZ-10/800 型凿井绞车提升，在上平台上布置横梁安装导向轮，提升钢丝绳选用Φ30 mm 不旋转钢丝绳，运输车自重为3.5T，设计载重为2T。

防护台车采用1 台2JZ-16/800 凿井绞车提升，在上平台上布置横梁安装导向轮，提升钢丝绳选用Φ30 mm 不旋转钢丝绳[1]，防护台车自重为7T，设计载重为2T。

表2 JZ-10/800 凿井绞车主要技术参数

表3 2JZ-16/800 凿井绞车主要技术参数

（1）凿井绞车受力分析

运输车凿井绞车受力分析

运输车凿井绞车与导向轮的出绳角度为13°，凿井绞车受力主要为运输车的拉力F、地脚锚杆的锚固力F0、凿井绞车与地面之间的摩擦力f[2]。

①根据《简明建井工程手册》锚筋计算

每台凿井绞车布置8 根地脚锚杆。

②凿井绞车底座摩擦力f，由于本工程地脚锚杆焊接在绞车基础底座上，故摩擦力计算不考虑锚杆预紧力作用。

③凿井绞车锚筋容许水平向剪力为：

④凿井绞车提升人员时拉力为：

⑤凿井绞车提升物料（2t）时拉力为：

凿井绞车提升力验算：100 kN/54.13=1.85＞1.5 倍，满足要求。

⑥按提物对凿井绞车进行验算，故：凿井绞车水平向所受分力为：

⑦凿井绞车锚杆竖向所受分力为：

Fy=F=54.13 kN＜8 F0=8×29.4=235.2 kN

满足使用要求。

（2）防护台车凿井绞车受力分析

防护台车凿井绞车与导向轮的出绳角度为8°。凿井绞车受力主要为台车的拉力F、地脚锚杆的锚固力F0、凿井绞车与地面之间的摩擦力f。

①根据《简明建井工程手册》锚筋计算：

每台凿井绞车布置8 根地脚锚杆。

②凿井绞车底座摩擦力f，由于本工程地脚锚杆焊接在绞车基础底座上，故摩擦力计算不考虑锚杆预紧力作用。f=μ·N=μ·G=156 kN

③凿井绞车锚筋容许水平向剪力为：

④凿井绞车提升防护台车时拉力为：F=[(G+G2)(sinα+fcosα)+PL(sinα+f1cosα)]=81.29 kN

凿井绞车提升力验算：160/81.29=1.97＞1.5倍，满足使用要求。

⑤按提物对凿井绞车进行验算，故：凿井绞车水平向所受分力为：

Fx=F=81.29 kN＜8

τ+f=8×58.9+156=627.2 kN

⑥凿井绞车锚杆竖向所受分力为：

Fy=F=81.29 kN＜8 F0=8×29.4=235.2 kN

（3）提升钢丝绳验算

①运输车提升钢丝绳验算（常规）

运输车开挖期间主要运输人员和物料，钢丝绳选直径Φ=30 mm，钢丝绳运输工况为：钢丝绳强度等级1 870 N/mm2，钢丝绳型号为18×7，钢丝绳的最小破断拉力为522 kN。

经计算提人时安全系数15.48，大于14[3]，满足要求。提物时安全系数12.37，大于6，满足要求，根据以上验算所选钢丝绳符合安全规定。

②防护台车提升钢丝绳验算

台车开挖期间主要做为防护平台，钢丝绳选直径Φ=30 mm，钢丝绳运输工况为：钢丝绳强度等级1 870 N/mm2，钢丝绳型号为18×7，钢丝绳的最小破断拉力为522 kN。经计算钢丝绳安全系数验算8.24，大于6[4]，满足要求。根据以上验算所选钢丝绳符合安全规定。

4 结语

经过工程全过程施工的验证，采用运输车加防护台车的提升运输系统，能够切实保障施工安全，同时为工程快速施工创造了有利条件，为该工程安全顺利完工提供保障。《水电水利工程斜井竖井施工规范》DL/T5407-2009。