一种大坡度斜井机械化配套施工设备的制作方法

1.本实用新型涉及有轨运输斜井施工技术领域，尤其涉及一种大坡度斜井机械化配套施工设备。


背景技术：

2.随着施工技术的成熟，施工机械化的提升，近二十几年来无论铁路建设，还是公路建设在线路中长大隧道所占的比重越来越大。长大隧道为解决隧道内的通风问题，一般会修建斜井或竖井来解决这种问题。目前国内对于有轨运输斜井的施工经验还不是很丰富，相关技术、规范尚不完善，传统施工方法、机械配置无法满足日趋紧迫的施工工期要求。
3.进行大坡度斜井施工时，不能采用传统斜井施工中的无轨出碴。因斜井的坡度比较大，装载机的出碴效率较低、设备损耗大，还会产生大量的废气，在斜井中不易排出，会极大的损害施工工人的健康。为此，项目部通过综合技术攻关，对大坡度斜井施工技术进行技术创新，改装部分斜井施工设备，提出了大坡度斜井有轨施工机械化的组合施工工法，达到安全、高效、快速掘进大坡度斜井的目的，突显大坡度斜井机械化配套施工在安全、技术、经济、环保等方面的优越性，取得了良好的经济效益和社会效益。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大坡度斜井机械化配套施工设备。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种大坡度斜井机械化配套施工设备，包括改装开挖台车，所述改装开挖台车包括pc160挖掘机底盘总成、斜井开挖平台和驾驶仓，所述驾驶仓位于pc160挖掘机底盘总成的一侧外壁上，且pc160挖掘机底盘总成包括履带组件、底盘、油压泵、分配阀和低速电机，所述履带组件对称分布在底盘的底端两边外壁上，且油压泵的端部连接有油管，所述油管的端部连接有分配阀，所述低速电机的输出端和油压泵的端部相连接，所述斜井开挖平台包括钢立柱、纵钢梁和防滑钢筋网片，且钢立柱、纵钢梁之间通过纵横交错形成固定结构，且防滑钢筋网片的底端外壁固定连接在钢立柱、纵钢梁的固定连接面外壁上。
7.优选的，所述斜井开挖平台的顶部外壁上的纵钢梁端部设有端头防撞挡块。
8.优选的，所述驾驶仓的四角处和斜井开挖平台的连接处固定连接有梁上矮支柱，且梁上矮支柱的另一端和斜井开挖平台的底端纵钢梁之间设有横梁斜撑。
9.优选的，所述pc160挖掘机底盘总成的控制端和低速电机相连接。
10.本实用新型的有益效果为：与传统隧道斜井无轨运输出碴相比，本工法提出了临时轨道和永久轨道相结合的轨道布设安装方法，在掌子面后方30m的范围采用临时轨道，已经完成段采用永久轨道，随着斜井开挖，永久轨道逐渐替换临时轨道；
11.设备改装，增强适用性：考虑到斜井坡度大，一般的轮式开挖台车和喷浆机已不能满足施工需求，为此将135挖掘机底盘替换到开挖台车上，履带式行走替换轮式行走，将临
时轨道做成永久轨道，因斜井坡度较大，传统轮式开挖台车在井内行走不安全，本工法将开挖台架焊接到135挖掘机底盘上，实现了安全行走。
附图说明
12.图1为本发明提出的一种大坡度斜井机械化配套施工设备及其方法的改装开挖台车主视结构示意图；
13.图2为本发明提出的一种大坡度斜井机械化配套施工设备及其方法的改装开挖台车侧视结构示意图。
14.图中：1履带组件、2驾驶仓、3分配阀、4油压泵、5低速电机、 6无缝钢管、7钢立柱、8纵钢梁、9梁上矮支柱、10端头防碰撞挡块、11横梁斜撑、12防滑钢筋网片。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
16.参照图1
‑
2，一种大坡度斜井机械化配套施工设备，其中施工设备包括改装开挖台车，改装开挖台车包括pc160挖掘机底盘总成、斜井开挖平台和驾驶仓2，驾驶仓2位于pc160挖掘机底盘总成的一侧外壁上，且pc160挖掘机底盘总成包括履带组件1、底盘、油压泵4、分配阀3和低速电机5，履带组件1对称分布在底盘的底端两边外壁上，且油压泵4的端部连接有油管，油管的端部连接有分配阀3，低速电机5的输出端和油压泵4的端部相连接，斜井开挖平台包括钢立柱7、纵钢梁8和防滑钢筋网片12，且钢立柱7、纵钢梁8之间通过纵横交错形成固定结构，且防滑钢筋网片12的底端外壁固定连接在钢立柱7、纵钢梁8的固定连接面外壁上，斜井开挖平台的顶部外壁上的纵钢梁8端部设有端头防撞挡块10，驾驶仓2的四角处和斜井开挖平台的连接处固定连接有梁上矮支柱9，且梁上矮支柱9的另一端和斜井开挖平台的底端纵钢梁8之间设有横梁斜撑11，pc160挖掘机底盘总成的控制端和低速电机5相连接。
17.其中通过以上设备的施工方法包括以下步骤：
18.(1)矿井提升机选型
19.按施工高峰期满负荷考虑，每天出石方量qm3来计算，石方容重 2.5t/m3。
20.基本参数：斜井倾角α，斜井长lm，每天出石方量qm3。
21.工作制按每天2班，每班净提升出碴时间8小时；每班出石方量 m3。每班其余4小时为运送物料辅助提升时间。
22.选择提升速度：v＝m/s。
23.提升方式：双钩提升；提升容器：侧翻自卸矿车；
24.提升钢绳：d＝36mm，q1＝4.78kg/m。
25.一个提升循环用时：t＝l/v+t1(辅助时间)，一般取t1＝120s；
26.每小时提升次数：n＝60/t次
27.每班提升次数：n＝8n次
28.每次提升量q(t)
29.最大静张力
30.最大静张力差
31.式中：l——斜井长(m)；
32.q1——钢丝绳每米重量(kg)；
33.q——运送物料总重(t)；
34.qm——矿车总重(t)；
35.α——斜井倾角(
°
)；
36.f1——矿车运动时阻力系数f1＝0.015；
37.f2——钢丝绳运动阻力系数f2＝0.2
38.根据以上公式计算得出：
39.最大静张力：fmax(kn)
40.最大静张力差：f差(kn)
41.根据计算所得最大静张力及最大静张力差值，参照产品技术参数确定斜井矿用提升机的型号。
42.(2)矿用提升机布置与安装
43.矿用提升机卷筒两控绳板至天轮之间钢丝绳的内外偏角应小于 1
°
30
′
，这样才能满足钢丝绳在缠绕过程中能自然排绳，不产生背绳和咬绳，摘钩和挂钩方便，也能防止矿车在斜井口出轨掉道。天轮采用固定天轮，钢丝绳与地面夹角不小于15
°
，以保证矿用提升机运行时提升力达到最佳效果。
44.根据上述原则，确定绞车卷筒、天轮、洞口相对位置。
45.(3)架设卸碴栈桥
46.卸碴栈桥上轨道钢轨采用43kg/m钢轨，[20槽钢作为轨枕，间距为80cm，在槽钢上打孔并采用扣件与钢轨连接固定，同时在卸碴栈桥上安装护轨和曲轨。栈桥采用钢筋混凝土墩支撑，净跨距为10m，桥墩基础由钢筋混凝土结构的4个圆形支柱和一个混凝土台组成，混凝土基础内配置φ22钢筋，纵横布设，间距为30cm，上下双排，两排主筋间设φ8箍筋，栈桥高度根据矿用提升机钢丝绳与天轮角度确定。栈桥上架设i32型钢纵梁，在每道钢轨和曲轨下各布设一道，纵梁两端支座处与墩顶预埋钢板焊接固定，为保证纵梁安全稳定，在每道纵梁下两侧桥墩处设置i20型钢斜撑进行支承加固，斜撑与纵梁间及墩侧壁预埋钢板间均采用焊接固定。
[0047]
为防止矿车提升时制动失控掉道，需在卸碴栈桥靠近天轮一端设置防撞挡墙，挡墙采用钢筋混凝土结构，高度至提升中线以下20cm，挡墙内配置φ22主筋，间距30cm，主筋间设φ8箍筋。
[0048]
(4)施工中风、水、电、人行步道布设
[0049]
施工风水电分为供风、供水、供电三个系统，高压风系统配3台 22m3/s空压机、φ150mm送风钢管；高压变电站设置在提升机绞车房附近，设两台800kva变压器；供水系统利用高位水池供给，水池蓄水方量为200m3,供水管为φ100mm钢管；隧道通风管布置在隧道顶部，风机型号为一台2*110kw轴流风机，悬挂φ1500mm软式通风管。人员上下井采用矿车运输和人员走步道，施工用人行步道设置在风水管一侧，梯步每级宽度为30cm，长度100cm，高度10cm，于靠近轨道一侧设120cm高临时栏杆，扶手与竖向钢管连接采用焊接。
[0050]
(5)轨道铺设
[0051]
有轨施工主要在于轨道的布设，斜井开挖过程中轨道主要分为临时轨道跟永久轨道。每根钢轨应安装至少两组防爬设备，每对钢轨应有三根轨距拉杆、托索轮及安全闸等轨道辅助设备应与轨道一并铺设。
[0052]
1)临时轨道
[0053]
临时轨道是随着掌子面的进尺不断接长，临时轨道采用采用轨距拉杆固定钢轨距离，[20替代混凝枕木，将2m，4m，6m三种不同长度的钢轨组合整体的轨排。隧道每循环开挖爆破后轨道班组根据进尺长度选择相应长度的轨排连接安装。依次循环。掌子面30m附近采用临时轨道，其余成洞段采用永久轨道。
[0054]
临时轨道要求:必须与永久轨道线路位置一致，在安放临时轨排前地板必须平整密实，确保临时轨道运行左右钢轨线形平顺，杜绝跑车事件发生。临时轨与永久轨连接必须紧扣减少缝隙，防止运行过程中掉轨。
[0055]
2)永久轨道
[0056]
轨道铺设顺序：轨道道床均为整体式道床，斜井仰拱浇筑完成后铺设轨枕。
[0057]
轨道防滑装置采用φ22
×
1500mm锚杆将轨枕锚固于底板基岩上，间距8米。在井口，井底停车处设置阻车器，以防矿车在停车时因绞车系统刹车失灵而溜车。轨道采用双线，随开挖进度依次铺设。钢轨采用43kg/m；枕木采用200
×
160
×
3000钢筋混凝土枕，间距800mm；安装地辊处采用16号槽钢轨枕，轨道与钢枕用螺栓连接，16米设置一个地辊，地辊安装高度距轨面40mm。
[0058]
5.2.2超前预报
[0059]
为保证对斜井掌子面前方地质超前预报的准确性，本工法采用地质雷达、tsp303和超前钻孔三种方式综合运用，以达到精准预报的目的。使用tsp303对隧道掌子面前方200米的范围进行超前预报，达到中短距离超前预报目的，然后使用sir
‑
4000地质雷达对掌子面前方40米的范围进行近距离、高精度、大范围的探测，根据雷达波形图来初步判定整个掌子面后面40米范围的地质情况，最后再使用电动潜孔钻进行超前钻孔，对掌子面前面30米的范围进行超前预报。通过使用上面三种超前预报设备，形成了中短距离、大断面、线面结合的超前预报方式，将三者的预报结果进行相互验证，极大地提高的超前预报的准确性，降低了施工风险，保证了施工人员的安全。
[0060]
5.2.3测量定位
[0061]
在做完超前预报后，采用全站仪对斜井进行测量放样。放样时近掌子面的位置架设仪器，后视上一个基本导线点，水平角转至设计中心线方向，用正倒镜法于掌子面上放出两点，坡度符合设计坡度，然后标出一条方向线。在掌子面后方20m的距离，安装激光定向仪。待激光定向仪安装完毕后，打开激光定向仪按激光定向仪射出的激光束的位置，用全站仪检核并调整激光定向仪的位置，使其光束与全站仪放出的点在同一位置上，接着利用激光定向仪对掌子面的爆破孔进行精确定位。
[0062]
5.2.4钻孔爆破
[0063]
因斜井坡度太大，不能使用轮式凿岩台车进行钻孔。斜井中的采用人工钻孔作业极易受作业环境限制，在斜井掌子面处作业面积小，钻孔方向不易控制，容易造成超欠挖。对此，项目部在经过仔细调研后，提出了“定人定位”的方式，就是固定钻孔作业人员在斜井
的固定位置进行作业，实现了对超欠挖和扩挖体型的有效控制。
[0064]
因斜井的坡度大，普通的轮式开挖台车不能再斜井内正常行走，为保证工程进度和施工质量，项目部在pc160挖掘机底盘的基础上，焊接了开挖台架，在开挖台架不同的位置设置空心圆筒，便于钢筋穿过，然后在钢筋上面铺设钢筋格栅，并用钢丝固定牢固，形成更加适用于斜井的改装开挖台车。
[0065]
为保证斜井内的空气质量，保护工人的施工健康，在开挖台后安装配电箱，使用电力驱动的履式开挖台车。在施工时将改装后的履式开挖台车左右展开，施工完成后收拢，驶离斜井施工掌子面，为挖掘机后续出碴提供施工区域，解决了隧道因施工区域过小，施工设备间相互矛盾的问题。采用电力驱动，克服了大坡度斜井对开挖钻孔的影响，还保证了斜井内施工环境。当改装开挖台车到达掌子面前的指定位置后搭设施工钢筋格栅，钻孔班组手持气腿凿岩机进行人工钻孔。凿岩机手采用安全带悬吊操作，避免突然短杆造成伤亡事故。炮眼方向用测角仪检验，严格控制掏槽眼及周边眼的方向，使其爆破后的成井坡角与设计相符合，同时，每次打眼前必须对好中腰线。为避免炮眼堵塞，每打好一个炮眼后，在眼口堵塞一标志物，便于爆破顺利完成。
[0066]
斜井施工的装药及联网方式基本与同其他隧道掌子面施工方式相同，不同点在于起爆方式，由于杂感电流影响，为确保安全，采用抗静电电雷管起爆，抗水乳化炸药光面爆破。
[0067]
5.2.5轨道及设备检查
[0068]
在每次爆破完后，应及时检查斜井内安装的轨道、配置的信号及视频监控系统，保证在出碴时施工人员的安全。矿用提升机采用plc 电控自动化控制系统，上下行驶采用信号及视频监控系统进行协调指挥。斜井口和洞外卸碴台等区域安装带夜视功能的一体化圆球式摄像机，斜井底与斜井口之间、斜井口与提升机房司机操作台之间，装设信号箱和直通电话。视频监控指挥室24小时值班，保证施工安全。
[0069]
挡车栏阻车器是采用plc程序控制，轴编码器以及传感器进行定位，当矿车运行到指定的打开(或关闭)位置时，传感器将信号输送给plc，plc指挥电动机旋转，电机带动挡车栏上升(或下降)。
[0070]
5.2.6扒碴、出碴
[0071]
对斜井内安装的轨道、监控设备进行查完毕后，采用挖掘机扒碴，给侧翻式矿车装碴，斜井底信号工在检查轨道无安全隐患后，向斜井口信号工发出开车信号，斜井口信号工检查轨道无安全隐患后，给矿用提升机司机发开车信号，矿用提升机司机根据所发信号选择对应的档位进行开车，经矿用提升机提升至洞外卸碴点。停车时，提升机司机根据信号工发出的信号进行停车。
[0072]
矿用提升机出碴时，设专职信号员加强斜井口、斜井底与矿用提升机房的联系，在斜井口设阻车器，专人管理，阻车器经常处于正位关闭状态，放车时方可打开；车身设断绳脱钩保险器，以备发生断绳脱钩时，抓钩自动落下，钩住轨枕，不使矿车下滑；采用不摘钩方式，将钢丝绳与矿车固定连接，避免脱钩的可能。
[0073]
在洞外卸碴点，采用装载机配合自卸车将碴运至指定的弃碴场。
[0074]
5.2.7初期支护
[0075]
为保证施工安全，在出碴完成后，使用湿式喷浆机喷浆。湿式喷浆机在施工作业时
大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害；生产率高；回弹度低；湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土不化程度高，故可大大改善喷射混凝土的口质，提高混凝土的匀质性。喷浆料由洞外搅拌机拌制，运送至斜井洞口后注进改装后的轨式喷浆机。
[0076]
为了适应在斜井内的施工环境，对喷浆机进行了改装，增加了可以在轨道上行走的机座，便于喷浆机可以利用矿用提升机在轨道上行驶。将2台喷浆机沿轨道两侧分别摆放，摆放要紧凑、合理，便于工人上料。矿车的长度和高度应满足4人在车上铲装2台喷浆机为宜。本工法中设置2个轨道2个矿车，在其中一个矿车上的料用完后，可以换至另外一台矿车，两台矿车交叉作业，缩短了停工时间，保证一次喷浆顺利进行，确保了初期支护的质量。搅拌好的物料由搅拌机卸料口经过振动筛网供入喷射机料斗中，由拨料器拨动注入转子的直通料腔中随转雨旋流到出料口处。作业时，由运送车运送至斜井洞口，然后直接倒进大料斗，大料斗由液压缸顶起，当大料斗抬升至必定高度后，拌合料在自重效果下滑落到分料斗，拌合料在重力和振荡器效果下经过筛网抵达喷浆机接料斗内；圆筒仓内设有外加剂，外加剂在重力和增压器效果下，经过螺旋泵均匀地送到筛网上与喷浆料充沛混合而进入接料斗内，外加剂由流量传感器操控其流量在这里从气室通入压缩空气，把物料吹入出料弯头，在此由旋流器引入另一股风压，呈多头风螺旋状态把物料吹散、加速，并使其旋转、浮游，进入输料管，到达喷头再添加少量补充水分(潮喷时)或液体速凝剂(湿喷时) 喷射出去。在斜井施工中，利用湿喷机、喷浆机械手完成了喷浆作业的机械化作业。
[0077]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”、“第一”、“第二”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0078]
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
[0079]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。