平魯地下泵站運輸系統設計分析

趙國民　王建慧

（中國水利水電第十一工程局有限公司河南鄭州450000）

平魯地下泵站運輸系統設計分析

趙國民王建慧

（中國水利水電第十一工程局有限公司河南鄭州450000）

平魯地下泵站工程地下部分施工只有一條運輸通道，該交通洞為大傾角，長斜井，長度為547.47m，斜坡段縱坡24.59%，高差為127.42m，不具備車輛直接通行條件。所有施工交通及開挖出渣均通過大梁交通洞（即主交通洞）進行，故此主交通洞的交通及出渣為本工程的施工瓶頸，直接制約工程的進展。選擇合適的運輸方式是工程能否正常、按時完工的決定因素。本文就根據平魯地區的地理環境的因素影響，對其地下泵站運輸系統的設計進行分析。

地下泵站；運輸系統；設計

1　運輸系統概述

平魯地下泵站建設工程除了變電站場坪的挖掘、電纜井和出水豎井前期的開挖施工外，其余所有施工交通和開挖出的渣都需要通過大梁交通洞。這個交通洞的進口的位置大梁水庫主壩左岸下游，進口地面高程1385.356m，分平坡段和斜坡段，長度分別為：525.17m和28.3m，總長548.47m，直徑7.0m×7.5m，斜坡段縱坡25.59%，換算為角度為14.81°，沒有具備車輛直接通行的條件，所以主交通洞的交通和出渣是這個工程的最大阻礙，這個阻礙直接制約工程的進度，所以解決主交通洞的出渣以及交通問題是本工程的主要任務，如果能把這個問題解決，那么整個工程的的速度就會大大提高。

2　運輸系統設計

2.1系統設計

因為主交通洞的坡度比較陡（25.59%），所以不具備車輛直接通行的條件，雖然主交通洞的坡度陡不能直接通行，但是可以利用來提升機軌道來提升系統，可以布置雙向兩套系統。一臺提升機的提升能力是26t，這個系統的運輸能力的200t/h。根據主交通洞的洞口直徑（7.0m×7.5m），來鋪設雙向雙車道重軌軌道，重軌一般采用了38kg/m的標準，軌道之間采用了鐵路的標準間距1.435m，軌道運輸平臺寬度2.3m，長度6m，軌道之間的運輸平臺間距0.15m，平臺與洞壁之間的距離和與人行走廊之間的距離20cm。操作人員把運輸車輛開到運輸平臺上后，利用提升機來牽引運輸平臺進行運輸的工作（如圖1）。

2.2系統布置

主交通洞洞口采用2臺JK-2×1.5礦用提升機，布置兩套運輸軌道系統在主交通洞內，每臺負責其中一條軌道的運輸線路，利用鋼絲繩來牽引，來滿足兩條線路能夠保持同時獨立的進行。把平臺的位置設在洞口及洞內線路終端，前期施工人員施工時，洞內會采鋼架結構的上車平臺，同時采用鋼絲繩來牽引，運輸平臺通常情況下會采用牽引的方式來運輸石渣等材料（如圖2）。

2.3提升系統、監視系統

提升機的組成部分主要有卷筒、減速器等裝置。技術人員會在洞內設置攝像頭，全程監控系統運行情況，并設置電鈴、通話系統等。主要工程量見表1。

2.4卷揚機牽引能力驗算

圖1　卷揚機安裝平面布置圖

圖2　平魯地下泵站土建工程軌道運輸系統設計圖

根據查相關規范及《斜井提升設備》高等教育教材的鋼絲繩作用于卷揚機的最大靜張力公式為：

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

式中：Fmax——最大靜張力；

ng（m1+ m2）——提升總重；

β——斜井角度，實際13.81°，按14°計算；

mpLg——鋼絲繩重量；

f1——運輸平臺摩擦系數，取0.02；

f2——鋼絲繩摩擦系數，取0.2。

將自重取值數據代入上式，計算如下：

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

卷揚機牽引能力滿足要求。

表1　軌道運輸系統主要工程量表

2.5鋼絲繩選擇

根據以上計算，鋼絲繩計算最大靜張力取卷揚機最大提升能力61kN，參考鋼絲繩選型計算公式：

S拉=Sb/K

式中：S拉——鋼絲繩最大靜張力；

Sb——鋼絲繩的破斷拉力Sb=a×P；

P——鋼絲繩的鋼絲破斷力總和，P=鋼絲繩最小破斷力×1.24，最小破斷力查五金手冊取得；

a——考慮鋼絲受力不均勻的鋼絲繩破斷拉力換算系數，查表2取得；

K——鋼絲繩使用時安全系數，查表3取得。鋼絲繩破斷拉力換算系數見表2。

表2　鋼絲繩破斷拉力換算系數a

鋼絲繩安全系數見表3。

表3　鋼絲繩安全系數

鋼絲繩擬選用6×19（a）類圓股、纖維芯的鋼絲繩。a取0.82，K取8，計算如下：

S拉=a×P/K代入已知數據：61=0.82×最小破斷拉力×1.24/8

求解最小破斷力=480kN。

查五金手冊得采用公稱抗拉強度1470MPa，φ32直徑的6× 19（a）類圓股、纖維芯的鋼絲繩即可滿足要求。

2.6滾筒繞鋼絲繩能力驗算

根據以上鋼絲繩選擇計算，選用φ32直徑鋼絲繩，結合卷揚機滾筒規格，直徑2.0m，寬度1.5m，滾筒繞鋼絲繩能力計算如下：滾筒每層可纏繞47圈，第一層繞繩直徑為2.016m，依次類推第2～3層繞繩直徑分別為：2.041m、2.066m。計算第一層繞繩297m，第二層繞繩301m，兩層時即可達到繩容要求，同時滿足卷揚機安全規程中不大于3層的規定。

2.7提升機的選擇

根據泵站的實際提升能力和牽引力，我們需要選用相關的礦用提升機，它的最大提升力要有26T，提升速度要有3m/s。整個主機系統包括提升機和減速器等。

3　軌道運輸系統

整個系統按照施工性質來劃分，可以分成運輸平臺加工、軌道安裝、卷揚機及鋼纜繩安裝、洞口及洞內上下車平臺施工四個方面，具體內容在下面會具體論述：

3.1運輸平臺設計

運輸平臺整體采用桁架的形式，采用20a鋼焊接而成，運輸平臺兩側會留有設置欄桿的位置，施工人員在施工前要確定好欄桿放置的合理位置，同時施工人員需要選擇材質是20a工字鋼，高度1.5m的欄桿進行安裝，在平臺一側設置車輛限位擋板，這樣就可以有效的避免在平臺運輸過程中出現位移的情況。擋板為活動型擋板，也采用20a工字鋼，同時在車輛車輪下部設置擋車板，采用鋼板加工，可以起到避免車輛下滑的情況出現。

圖3　軌道運輸平臺加工示意圖

3.2運輸平臺加工

運輸平臺結構部分也采用20a工字鋼焊接而成。

加工工序為：下料→焊接→檢查→平臺頂部鋼板和車輪底部焊接→檢查→焊接→驗收。

結構部分焊接為第一焊接，需要由專業焊工進行專業的焊接，焊條必須采用506結構鋼焊條。焊接時要保證焊滿所有連接點，不能出現焊縫空缺的情況，同時焊縫的寬度和焊縫的厚度都必須滿足規范要求，焊接完成后經檢驗合格后才能進行其他工序。

在檢驗合格后進行頂面鋼板和車輪底部的焊接時，焊條同樣選用上述結構鋼焊條，所有的接點要滿焊，焊縫寬度及厚度必須要滿足相關的規范要求。

3.3軌道安裝

安裝是的正確施工工藝順序為：測量放樣→基礎處理→精確放樣→軌道就位→軌道連接→卡軸和導向滑輪的安裝→軌道驗收。

在安裝軌道前，首先由測量隊需要根據圖紙的位置來確定軌道的安放位置，結束后需要基礎處理，這項可以分為兩種：①已襯的砌混凝土段，底板混凝土上直接安裝上軌道，同時拆除底板混凝土面的雜物和其他承包商遺留設施，如：原有軌道拆除后遺留的固定螺栓、位于底板的測量標墩等，清理完成后就可以安裝軌道；②未進行襯砌段，人工清理表面墊渣至完整的基巖面，然后用水沖洗干凈，澆筑20cm厚C20混凝土基礎，寬度根據設計圖為4.75m，澆筑時按照設計圖紙固定間距預埋軌道固定螺栓，基礎澆筑完成，終凝后即可進行軌道安裝。對下平段部分底板采用鋪設枕木，鋼軌布置在枕木上。

4　結語

綜合各種運行系統，采用了有軌運輸，布置了2套JK-2×1.5礦用提升機，最大提升能力為25t，運輸速度為3.2m/s，每小時運輸能力為200t/h。在斜井內布置軌道系統，運輸車輛停靠在運輸平臺上，提升機通過鋼絲繩牽引運輸平臺進行上下運輸。此種運行系統解決了大坡度，長斜井條件下的運輸問題，且系統運行安全系數高，易于維護，對以后類似的隧洞施工提供了寶貴的經驗，值得很好的總結。

S277.1

A

1673-0038（2015）16-0231-03

2015-3-25