一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置及施工方法与流程

本发明涉及长大隧道施工，具体涉及一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置及施工方法。

背景技术：

1、随着我国长大隧道建设的不断增多，为了解决隧道通风一般都通过设置竖井或斜井来解决对应的问题。国内土建行业对有轨运输斜井辅助正洞施工经验较少，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。

2、现有的通风斜井施工装置通常采用皮带运输机对洞碴进行运输，皮带一方面对洞碴进行输送，另一方面对通风斜井施工用材料进行输送，而皮带在运输过程中容易导致通风斜井施工用材料掉落，安全性较差，且皮带上残存的洞碴会对通风斜井施工用材料造成一定的污染。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的通风斜井施工装置存在斜井施工用材料输送在输送过程中容易掉落及容易被污染的缺陷，从而提供一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置及施工方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，包括：

4、斜井运输矿车；

5、洞外提升及卸碴系统，设置在通风斜井外部，用于带动斜井运输矿车在通风斜井内部及外部移动，并带动斜井运输矿车进行卸碴；

6、洞内运输系统，设置在通风斜井内部，具有相对独立的至少一个出碴轨道和至少一个运料轨道，所述洞内运输系统用于在洞外提升及卸碴系统带动下使得斜井运输矿车出碴轨道上移动以将通风斜井内部的洞碴输出通风斜井；

7、洞外材料运输存储系统，与运料轨道相衔接，用于将通风斜井施工用材料输送至通风斜井内部。

8、进一步优化技术方案，所述洞外材料运输存储系统包括：

9、临时渡线，与运料轨道相衔接；

10、渡线，与临时渡线相连接；

11、拌合站，设置在渡线的末端，用于为斜井及隧道初次喷砼支护及二衬支护提供混凝土原料；

12、料车，用于在通风斜井洞外时通过料车输送装置的带动下在拌合站及通风斜井洞口处移动，并在进入通风斜井后挂接至斜井运输矿车上进行移动；

13、存车线，与临时渡线相连接，用于对料车进行暂存。

14、进一步优化技术方案，所述料车输送装置包括导向轮、料车输送钢丝绳和小型绞车，所述料车输送钢丝绳与料车相连接并被小型绞车牵引，所述料车输送钢丝绳的中部被导向轮滑动支撑；

15、和/或所述运料轨道、临时渡线、渡线和存车线之间通过道岔连接。

16、进一步优化技术方案，所述洞外提升及卸碴系统包括：

17、栈桥，与通风斜井洞口相衔接，底部通过若干支撑墩进行支撑并自通风斜井洞口向外倾斜设置；

18、至少一个矿车运行轨道，设置在栈桥上，与出碴轨道相衔接；

19、至少一个卸载轨道，设置在栈桥上，与矿车运行轨道间隔并排设置；所述卸载轨道上设置有防翻压轨，所述斜井运输矿车为侧卸式矿车，所述斜井运输矿车在进行卸料时，斜井运输矿车的车轮进入防翻压轨下面，以使斜井运输矿车的车架无法翻起；

20、曲轨，设置在栈桥上，用于供斜井运输矿车进行卸碴；

21、至少一个碴仓，设置在曲轨下方，所述碴仓由相邻的两个支撑墩围设而成；

22、提升装置，通过钢丝绳与斜井运输矿车连接，用于为斜井运输矿车提供动力；

23、天轮装置，设置在提升装置与栈桥之间，用于对钢丝绳进行滑动支撑。

24、进一步优化技术方案，所述栈桥靠近天轮装置的一端设置有防撞挡墙，防撞挡墙采用钢筋混凝土结构；

25、和/或所述提升装置为双滚筒双勾绞车提升装置，矿用提升机卷筒两控绳板至天轮之间钢丝绳的内外偏角小于1°30′；

26、和/或所述天轮装置为固定式天轮装置，所述钢丝绳与地面夹角不小于15°；

27、和/或所述栈桥的角度能够根据洞外提升及卸碴系统宽度进行调节；

28、和/或所述天轮装置能够进行高度调节；

29、和/或所述栈桥与通风斜井交接处设置有辅助提升装置；

30、和/或所述栈桥上架设钢纵梁，矿车运行轨道、卸载轨道和曲轨的下方各布设一道钢纵梁，钢纵梁的两端支座处与墩顶预埋钢板焊接固定；所述钢纵梁与支撑墩之间设置钢斜撑；

31、和/或所述通风斜井的洞口处设置有用于对出入通风斜井的斜井运输矿车进行阻挡或放行的阻车器；

32、和/或所述斜井运输矿车上设置有用于在钢丝绳发生断裂时自动钩住轨枕的断绳脱钩保险器。

33、进一步优化技术方案，还包括：

34、转碴系统，设置在通风斜井内部，包括用于将洞碴的无轨运输转换为有轨运输的洞碴装碴系统以及用于将通风斜井施工用材料的有轨运输转换为无轨运输的材料转运系统；所述洞碴装碴系统包括自卸汽车和砖碴槽，所述自卸汽车位于砖碴槽的上方，砖碴槽的入口处设置有导碴钢板，所述斜井运输矿车能够移动至砖碴槽内；所述材料转运系统包括下料漏斗以及设置在下料漏斗下方的井底接料车，所述洞外材料运输存储系统能够将通风斜井施工用材料运输至下料漏斗处；

35、和/或

36、辅助施工设施，包括通风管、高压线管、高压风管、高压水管、动力线、照明线、排水管和备用排水管；所述通风管的布置是基于截面尺寸、施工人员、机械数量、隧道瓦斯浓度、隧道开挖深度、隧道海拔进行通风方式与管道尺寸的选择；

37、和/或

38、信号及视频监控系统，配置在通风斜井洞口及通风斜井内部，用于进行通风斜井洞口及通风斜井内部之间的视频监控及信息通讯；所述信号及视频监控系统的输出端连接于控制系统的输入端，洞外提升及卸碴系统的受控端连接于控制系统的输出端；

39、和/或

40、安全设施，包括配置在通风斜井洞口的第一安全闸门以及配置在斜井与正洞交接处的第二安全闸门。

41、一种长大隧道大斜角通风斜井施工方法，所述方法基于所述的长大隧道大斜角通风斜井施工装置进行，包括以下步骤：

42、进行洞外提升及卸碴系统安装；

43、进行洞外材料运输存储系统的铺设；

44、进行通风斜井的挖掘，初始挖掘通风斜井时，采用无轨运输的方式对洞碴进行输送；

45、进行通风斜井内出碴轨道和运料轨道的布置；

46、进行道床修筑；

47、爆破开挖；

48、对出碴轨道、运料轨道及施工装置进行检查，判断是否存在隐患；当存在隐患时，排除隐患；当不存在隐患时，通过斜井运输矿车进行装碴操作。

49、进一步优化技术方案，在进行道床修筑前，在通风斜井洞口及通风斜井内部配置信号及视频监控系统，对斜井运输矿车的上下行驶采用信号及视频监控系统进行协调指挥，具体包括以下步骤：

50、通风斜井底部发出装碴信号；

51、通风斜井洞口接收确认装碴信号，并将装碴信号反馈至斜井运输矿车；

52、斜井运输矿车接收到装碴信号后，控制斜井运输矿车移动至装碴点进行装碴或控制斜井运输矿车移动至栈桥进行卸碴。

53、进一步优化技术方案，进行道床修筑的具体步骤为：

54、开挖抄平后，将混凝土轨枕按设计要求间距摆放好，在轨枕两侧各打设两根锚固筋固定，轨枕间采用混凝土浇筑至轨底面；

55、洞外道床两侧采用砌筑片石挡墙，挡墙内回填浇筑片石混凝土，至混凝土轨枕底面，混凝土终凝后，再铺设轨枕，打设锚固筋，轨枕间二次浇筑混凝土至轨底面；在混凝土道床内设置钢制地滚加以防护，地滚间距为15～20m。

56、进一步优化技术方案，所述施工方法还包括将通风斜井施工用材料输送至通风斜井内部的步骤，具体步骤为：在通风斜井洞外将通风斜井施工用材料装入料车，由料车沿斜井向下移动至下料漏斗处后，将通风斜井施工用材料通过下料漏斗下放至井底接料车，通过井底接料车将通风斜井施工用材料运送至正洞内施工现场；

57、和/或

58、所述通过斜井运输矿车进行装碴操作的具体步骤为：正洞掌子面的洞碴由自卸汽车运至转碴槽位置后，直接倒入转碴槽内，通过导碴钢板，倒入的碴全部落入转碴槽内的斜井运输矿车内，然后通过洞外提升及卸碴系统将斜井运输矿车提升至通风斜井洞外。

59、本发明技术方案，具有如下优点：

60、1.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，对大坡度斜井有轨运输施工技术进行技术创新，达到安全、高效、快速运输正洞石碴的目的，突显有轨运输在安全、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。本发明通过采用设计隧道通风斜井全套施工装置与施工方法规范其施工，成功解决了长大隧道通风斜井开挖、出碴，运料等问题，同时缩短工期，规范施工提升质量，也为类似项目提供借鉴。

61、本发明在通风斜井内部设置相互独立的出碴轨道和运料轨道，并将洞外材料运输存储系统直接与运料轨道对接，进而在对通风斜井施工用材料进行输送时可单独通过一个料车进行输送，与输送洞碴的斜井运输矿车独立运行，两者互不影响，进而不存在通风斜井施工用材料脱落及被污染的可能性。

62、2.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，采用有轨运输方案，通过绞车提升、装载机装碴、矿车运输等实现了斜井有轨运输快速施工。同时本发明充分利用隧道空间并研发出洞碴装碴系统和材料转运系统，实现施工工序的快速转换。

63、3.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，有轨运输系统采用矿用提升机牵引侧翻式矿车运输，使用安全，卸料速度快。

64、矿用提升机有轨运输出碴作业流程安排经济合理。

65、有轨运输系统的设备选型、布置和安装，运输轨道、卸碴栈桥的修筑等经济、科学、合理。

66、4.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，料车在通风斜井洞外时，通过料车输送装置的带动下在拌合站及通风斜井洞口处移动；料车在进入通风斜井后挂接至斜井运输矿车上进行移动，进而无需在通风斜井内部单独设置对料车进行运输的装置，节约了成本，且十分方便。

67、5.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，卸载轨道上设置有防翻压轨，斜井运输矿车为侧卸式矿车，斜井运输矿车在进行卸料时，斜井运输矿车的车轮进入防翻压轨下面，以使斜井运输矿车的车架无法翻起。

68、6.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，斜井运输矿车上设置有断绳脱钩保险器，用于在钢丝绳发生断裂时自动钩住轨枕，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。

69、7.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，信号及视频监控系统配置在通风斜井洞口及通风斜井内部，用于进行通风斜井洞口及通风斜井内部之间的视频监控及信息通讯。信号及视频监控设备的布置作用是保证施工过程的安全，及整个提升体系统与出碴系统、运输系统的人员机具配合和自动化、智能化。

70、8.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工装置，栈桥的角度可调节，使得施工装置适用于大角度隧道、长隧道以及开挖角度变化、多变的隧道。栈桥的角度可调节，具有以下优势：1)适应不同的运输情况：可调节角度的出碴栈桥可以根据具体的运输情况和要求进行角度调整，适应隧道不同的坡度、高差和曲线半径等地形条件。增加了系统的灵活性，使其能够在不同的隧道地质和运输路线条件下运行。2)提高运输效率：通过调整出碴栈桥的角度，可以更好地匹配运输线路，减少运输过程中的阻力和摩擦，从而提高运输效率。特别是在隧道开挖等环境中，提高运输效率对于降低生产成本具有重要意义。3)减轻设备负荷：根据隧道具体的坡度和高差情况，调整出碴栈桥的角度可以减轻运输设备的负荷。有助于延长设备的使用寿命，降低设备的维护成本，并提高整个运输系统的可靠性。4)降低能耗：通过优化出碴栈桥的角度，可以减小运输过程中的能量消耗。合理的角度调整有助于降低机械系统的摩擦损失，减小动力系统的能耗，从而提高隧道运输系统的能效。

71、9.本发明提供的一种长大隧道大斜角通风斜井施工方法，规避施工问题，可以有效解决大坡度隧道斜井施工的问题。