导井法竖井隧道提升设备受力分析及设备选型.pdf
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1、2023年第6 期特种设备安全技术59.导井法竖井隧道提升设备受力分析及设备选型朱海峰摘要在长距离的隧道施工中,通常会设置斜井、竖井用于缓解隧道内通风、增加施工工作面等作用,从而保障隧道施工的通风要求以及加快施工进度。相对于隧道主洞及斜并施工,竖井施工中所涉及的施工法、设备选型、设备受力分析等尤为重要,关系到竖井施工的安全性。本文就竖施工中设备的选型及受力分析进行研究。关键词竖井设备选型受力分析0 引 言隧道竖井大多设计用于承担隧道通风作用、较少数承担通风作用的同时仍承担增加工作面的作用。竖井常见的开挖方法有:全断面开挖、导井法开挖。全断面开挖分为爆破法施工和盾构法施工,全断面爆破法由于风险性
2、较大、进度较慢、出渣不方便等已很少使用。盾构法施工作为目前较为新型的施工方法,相对于全断面爆破法风险性小、进度快、出渣方便,在部分竖井施工中已逐渐开始使用。但存在的缺点也较为明显,由于竖向施工的特点,盾构机故障、刀盘磨损、配件检修、更换等方面等技术仍不成熟,因为设备故障导致的维修风险性大大提高且耗时耗力。导井法施工分为正向导井施工及反向导井施工,导井法施工作为目前主流的竖井施工方法它的优点在于:进度快、出渣方便,缺点在于:所需的特种设备较多、风险性较大。正向导井法(见图1)施工优点在于:风险性相对较小、炮孔打孔装药方便、小型机械设备可以吊装下放到开挖面排渣等,缺点在于:在埋深较浅处作业时对井口
3、的冲击影响较大、通过导孔排渣有堵孔风险、竖井导孔底部堆渣区飞石风险性随着进度由高降低。反向导井法施工优点在于:出渣不存在堵孔现象、对井口冲击影响基本忽略不计、竖井导孔底部堆渣区飞石风险性随着进度由低升高;缺点在于:炮孔打孔装药较为困难、风险性较高、井上井下沟通较为困难。由于风险性较小、进度较快,目前较为常用的开挖方法为正向导井法施工。1-反井钻机;2-钻杆;3-导孔钻头;4下水平横通道;5-扩孔钻头;6-扩孔工作中的扩孔钻头;7-扩孔后的导井井筒;8-自由落下的岩土收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 71工程概况本工程登楼山隧道东西走向,位于玉溪华宁县盘溪镇宁州街道境内,隧道左幅起里程ZK4
4、8+335ZK59+325,全长1 0 9 9 0 m;右幅起里程为K48+325K59+247,全长1 0 9 2 2 m。公路等级:高速公路双向六车道,设计车速:1 0 0 km/h。隧道设置2 座斜井、1 座竖井;斜井前期作为施工通道,后期作为通排风通道;竖井仅作为通排风通道,不承担施工任务。隧道水文地质复杂,先后6次穿越断层破碎带,隧道最大埋深为8 3 8 m,是云南省在建最长高速公路隧道,同时也是全标段工期控制性工程。隧道1 号竖井设置在隧道左线ZK56+062左侧边界外1 0 m处,井深40 0.1 3 2 m。竖井孔口标高1 9 3 0 m,竖井底部标高1 52 9.8 6 8
5、m。采用圆形断面衬砌,内净空半径为5.3 m,开挖半径最大半径5.9 m。竖井断面采用通风效率高、结构受力较好的圆形断面,隧道1 号竖井主要功能为通排风,不承担主洞施工任务,在竖井中间设置钢筋混凝土中隔板,以满足通风、送风功能要求。登楼山隧道1#竖井主要为IV级、V级围岩,初期支护采用工字钢+网片+锚杆+喷射混凝土联合支护,二衬采用C30钢筋混凝土结构。2设备受力检算2.1井架受力分析本工程采用IVg亭式钢管凿井井架,由56 根管件、天轮梁5件、扶梯6 件和房架等钢质材料组成,天轮平面尺寸为7 m7m,井架底部跨距为1 5.3 m15.3m,基础顶面至天轮平台顶面高度为2 5.8 7 m,基础
6、顶面至翻研平台平面高度为1 0.5m,重量为58.54吨,天轮梁及附属设备安装设施重量约7 吨,按照由煤炭部发行的凿井工程图册第三分册内容设计,总重约为6 5.54吨。由四组角柱、支撑杆和斜撑组成一个对称超静定空间桁架。井架荷载组合主要是:井架自重和井筒内设备悬吊重量。查参数可知承载荷重为2 9 4t,远大于本工程井筒内图1设备悬吊荷载(7 7 t)。吊盘1 0 t+下料管1 3 t*2+钢模板2 0 t+钢丝绳1 4根*1.5t=77t。10t稳车自重约8 t,圆钢抗剪强度dvf=36*90N/mm-60=3240N/mm。2特种设备安全技术2023年第6 期每台稳车圆钢地锚不少于1 0 根
7、。远大于稳车悬吊荷载。2.1.1钢丝绳受力计算(1)钢丝绳悬垂长度H0=Hsh+Hj=400.132+17.346=417.478 m取H0=418m,式中:235332KW图2 主提升机Hsh竖井深度40 0.1 3 2 mHj井口水平至井架天轮平台悬垂高度1 7.3 46 m(2)钩头、滑架、缓冲器重量Qz=Q1+Q2=1864+1923+245=4032 N式中:Q19t钩头及连接装置重量为1 8 6 4NQ2滑架及缓冲器装置重量1 9 2 3+2 45-2 1 6 8 N(3)终端荷重1m3底卸式吊桶下放浇筑砼时:Q0=g(G+K m V:g)+Qz=9.81 (1 0 0 0 +0.
8、9 1 2 6 7 5)+40 3 2=37460 N式中 KmV-吊桶容积,V=1m浇筑砼密度,取rg=2675kg/mG-一1 m底卸式吊桶重量,G=1000kg(4)提升钢丝绳单位长度重量PsQ061141Ps.=8=1100B-HogxMa式中:6 B-ma-根据计算选1 8 7+FC-28-1870型多层股不旋转钢丝绳,其标准每米重量PSB=3.06kg/m,最小钢丝破断拉力总和Qd=582482N。2.1.2提升钢丝绳安全系数校核(1)1 m底卸式吊桶,提升高度41 8 m:QdMa=Qo+PsBHog37460+3.06418x9.81符合规定。(2)钢丝绳安全系数校核(提人)3
9、m吊笼每次提升1 0 人,每人重1 0 0 kg(带工具)QR=9.81 (1 0 1 0 0+1 0 49)+40 3 2 =2 41 3 3 N按3 m吊笼提人到底,提升高度41 8 m时:QaMa=Qo+PsBHog24133+3.064189.81符合规定。2.1.3提井天轮选型D60d=6028=1680mm(d 为钢丝绳直径)选用直径D=2000mm的铸钢天轮。2.1.4主提升机选型选用JK-2/20型凿井专用提升机(见图2),其主要指标如下:提升机卷筒直径:D=2500mm;卷筒宽度:BT=2000mm;钢丝绳最大直径:31mm;提升机最大静张力:FJ=90KN;绳速4.7 m/
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