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1、1,2023/8/8,井巷工程,第11章交岔点与硐室施工,2,2023/8/8,11.1 交叉点与硐室的特点,11.2 交叉点施工,11.3 交岔点施工,第11章交岔点与硐室施工,3,2023/8/8,11.1 交叉点与硐室的特点,交叉点是指巷道相交或分叉地点处的那段巷道。硐室主要位于井底车场，为井下各种用途服务而开凿的地下空间，如马头门、水泵房、变电所、箕斗装载硐室等，是井底车场的重要组成部分。,4,2023/8/8,5,2023/8/8,各种硐室由于功能、用途不同，必须安设相应的设备、设施、管线等，其结构、形状和规格相差很大。与巷道相比，交叉点与硐室有以下特点：1、规格尺寸大。断面积有几十
2、甚至上百平方米。2、工程质量要求高。3、施工难度大。,6,2023/8/8,11.2 交岔点施工,一、交岔点的类型 交岔点是指巷道相交或分岔的地点，其类型如图所示。,7,2023/8/8,按支护方式不同交岔点可分为简易交岔点和碹岔式交岔点。,碹岔式交岔点按结构形式可分为牛鼻子交岔点和穿尖交岔点两类,8,2023/8/8,二、井下窄轨线路的基本知识,曲线线路 1.最小曲线半径：最小曲线半径R应根据车辆运行速度V以及车辆轴距SB大小来确定。1.5m/s，R不小于10 SB；V3.5m/s，R不小于15 SB；90 R大于（1015）SB 如为列车运行，则应以机车或矿车的最大轴距来计算，取以米为单位
3、的整数值。R常用值：9m、12m、15m、20m、25m、30m、35m、40m 等。,9,2023/8/8,2曲线的轨距加宽 1）轨距 是指直线线路上两条钢轨轨头内缘之间的距离SP,2）轮距 两车轮轮缘外侧工作边的 距离SW3）X 轨距、轮距之间的距离，一般为10,10,2023/8/8,4）轨距加宽 图8-52是车辆在直线和曲线线路上运行状态图。,曲线的轨距加宽值,轨距加宽的方法是，外轨不动，将内轨向曲线中心移动,逐渐加宽或逐渐减小的直线段距离（也称缓和线）为d1=（100300）,11,2023/8/8,12,2023/8/8,3.曲线的外轨抬高 当车辆在曲线轨道上运行时，如果内、外轨仍
4、在同一平面上，由于存在着离心力，作圆周运动的车辆通过车轮轮缘就要向外轨挤压；增加了钢轨磨损和运行阻力，严重时车辆就要向外翻或出轨。,图8-54为外轨抬高计算示意图。,外轨抬高的方法是垫厚外轨下面的道渣。值。外轨抬高的渐变段距离d2（100300）h,13,2023/8/8,4双轨曲线线路轨中心距的加宽,当车辆在曲线段运行时，为防止双向行驶的车辆相撞，双轨曲线线路的轨道中心距应适当加宽，如图8-55所示为曲线段车体的外伸 和内移。,L车辆长度，m；SB车辆轴距，m；R曲线半径，m。,14,2023/8/8,窄轨道岔,1道岔的构造,道岔的构造如图8-56所示，它主要有岔尖、基本轨、辙岔、护轮轨、转
5、辙器等部件构成。,1岔尖；2基本轨；3辙岔；4护轮轨；5拉杆；6转辙器,15,2023/8/8,16,2023/8/8,岔尖是道岔的最重要的零件，它的作用是引导车辆向主线或岔线运行。辙岔是道岔的另一个重要零件，其作用是保证车轮轮缘能顺利通过。它是由岔心和翼轨焊接钢板而成，辙岔岔心角（简称辙岔角）是道岔的最重要参数。用它的半角余切的1/2表示道岔号码M，即,窄轨道岔的号码M分为2、3、4、5和6号五种，按（8-24）式可求得其相应的辙岔角应分别为280420、185530、1415、112516和93138。可见，M越大，越小，道岔曲线半径R和曲线长度就越大，车辆就越平稳。,17,2023/8/
6、8,2道岔的类型、系列和型号 道岔的类型按其分岔型式可分成单开道岔、对称道岔和渡线道岔三大类型。分别以拼音字母“DK”、“DC”和“DX”表示。巷道交岔点使用的道岔是单开道岔与对称道岔，其技术特征和适用条件见表8-1。,道岔的每一种类型由按规矩和轨型不同共有五个系列，即615、618、624、918和924。其中第一个数字6或9表示轨距为600或900；而后两个数字表示轨型为15kg/m或18kg/m或24kg/m。,18,2023/8/8,表8-1 单开、对称道岔技术特征及适用条件,19,2023/8/8,道岔的每一个系列按辙岔号码M和道岔的曲线半径不同又分成55个型号，如DK615-4-1
7、2、DC618-3-12、DX924-4-1519（左）等。,在线路设计的平面图中，道岔是用计算简图表示的。,图8-57 窄轨道岔结构与计算简图对照图（a）单开道岔；（b）对称道岔；a辙岔中心至道岔起点的距离；b辙岔中心至道岔终点的距离；L道岔长度,20,2023/8/8,（c）渡线道岔,DX924-4-1519（左）,21,2023/8/8,3道岔的选择原则 1）与基本轨的轨距相适应。2）与行驶车辆的类别相适应。3）与行车速度相适应。,22,2023/8/8,三、交岔点设计,平面尺寸的确定 确定交岔点平面尺寸，就是要定出交岔点扩大断面的起点和柱墩的位置，即交岔点斜墙的起点至柱墩的长度，定出交
8、岔点最大断面处的宽度，并计算出交岔点单项工程的长度。在设计前，应首先确定各条巷道的断面及主巷与支巷的关系，并以下述条件作为设计交岔点平面尺寸的已知条件：所选道岔的a、b、a值，支巷对主巷的转角；各条巷道的净宽度、B1、B2、B3及其轨道中心线至柱墩一侧边墙的距离b1，b2、b3。此外，尚需确定往墩的宽度(一般取500mm)，轨道的曲率半径R。交岔点的种类很多，在表8-2中列出了六类交岔点的计算图和计算公式。,23,2023/8/8,24,2023/8/8,25,2023/8/8,26,2023/8/8,27,2023/8/8,28,2023/8/8,29,2023/8/8,1单轨巷道单侧分岔点
9、（图8-58）,1)曲率中心O的位置,2）确定,3）基本轨起点至变断面终点的水平距离为P：,4）最大断面宽度TM,而 NM=B3sin,5）自基本轨起点至柱墩的距离：,30,2023/8/8,6）确定斜墙TQ的斜率i,求算斜率i0,根据i0值的大小，选取i为0.2或0.25或0.3，个别情形可取0.15。,7）确定的斜墙起点Q到交岔点扩大断面部分的长度：,8)变断面的起点至基本轨起点的距离Y：Y=P-L0,9)交岔点工程的计算长度L:,L=L2+2000,31,2023/8/8,交岔点的中间断面 1交岔点各中间断面的宽度，取决于通过它的运输设备的尺寸、道岔型号、线路联接系统的类型、行人及错车的
10、安全要求。,2考虑到运输设备通过弯道和道岔时边角会外伸，交岔点道岔处的中间断面应加宽，加宽要点如下：,1)单轨巷道单侧分岔点：在弯道内侧加宽100。其外侧因外伸值不大，可不再加宽，但若安全间隙很小，则应加宽200。加宽范围为道岔转辙中心(理论中心)左边5m和右边1 m。,2)双轨巷道单侧分岔点，在道岔转辙中心前5m一段，双轨中心线距应加宽200mm或200mm以上，并在其左、右各设置5m过渡线段，因而在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。,32,2023/8/8,3)双轨巷道单侧分岔分支点，在道岔转辙中心前5m一段，双轨中心线距应加宽300或300以上，并在其左设置5m过渡线，因而在此范围内，巷道
11、外侧也要相应加宽。,3为了施工方便和减少通风阻力，在井底车场交岔点，一般应不改变双轨中心线距及巷道断面，在设计交岔点时，中间断面应选用标准设计图册中相应的曲线段的断面。,4）单轨巷道对称分岔点，两侧均应加宽。,5)双轨巷道分支点，从弯道曲率中心向右开始加宽200mm或200m以上，并在其左设置5m过渡线，因而在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。,6)双轨巷道对称分支点，从弯道曲率中心向左3m段，两轨中心线均应分别向外移动200mm或更多，即双轨中心线加宽400mm或更多，并在其左也设置5m过渡线段，巷道也就要相应加宽。,33,2023/8/8,4交岔点中间断面斜墙侧，按选用的斜率i每米巷道递加i
12、米。若交岔点采用砌碹支护，则每米架设一架的碹胎宽度，亦应递加i米。,5交岔点中间断面(扩大部分)拱高的确定方法与一般巷道相同。为了提高断面利用率可降低墙高或拱高。,降低墙高（a）墙高降低的斜率,h=200500mm。,降低拱高（b）,34,2023/8/8,交岔点支护厚度的确定,1）锚喷支护交岔点属于煤矿井巷工程锚杆、喷浆、喷射混疑土支护设计试行规范规定的加强支护工程，因此其锚喷参数应按大断面最大宽度TM选取上限值。分支巷道加强支护的长度，自柱墩起35m(计算时，取为2m)。,2）对于砌碹交岔点，巷道净宽度是由小到大渐变的，在巷道宽度变化的长度内，按最大宽度选取拱壁厚度。分支巷道拱壁厚度，按各
13、自的净宽度选取。,3）柱墩的宽度一般为500mm，长度一般为13m，通常取2m。对光面爆破完整地保留了原岩体的柱墩，可按支护厚度考虑，不另加长度。,35,2023/8/8,交岔点工程量及材料消耗量计算 一种是将交岔点按不同断面分为几个计算段，求出每段掘进体积，然后相加(包括柱墩)；另一种是近似计算，其精度能满足工程需要，在施工中广泛应用，具体算法按图8-60进行。,1体积计算,2各种材料的消耗量,3柱墩端壁材料消耗量,4粉刷面积计算,5锚杆数量，金属网面积,36,2023/8/8,交岔点的设计 1按1：100的比例绘出交岔点平面图。2按1：50的比例绘出主巷、支巷及最大宽度TM处的断面图。在T
14、M断面图上，大断面是实际尺寸。两个小断面和柱墩的宽度则是投影尺寸。作图时所需尺寸可以直接在平面图上量取，无需计算。3作出交岔点断面变化特征表，工程量及主要材料消耗量表。有些设计单位采用固定斜率法定斜墙位置，因而不再列出交岔点断面变化特征表。,37,2023/8/8,四、交岔点设计示例,某矿井底车场一交岔点，主巷是单轨双人行道净宽2700mm的巷道，支巷是单轨净宽2400mm的巷道，采用ZK7-6/250架线式电机车运输，道岔为DK618-4-12单开道岔；设汁要求巷道转角为=45、弯道半径R=15000mm；交岔点穿过f=3的岩石，选用料石砌碹，半圆拱形断面。根据上述条件，考虑主巷已是双人行道
15、，因而交岔点内不再加宽；交岔点内支巷选用标准设计中的曲线段断面。参考标准断面图册，决定取B1=B2=2700，b1=b2=1330；B3=2700、b3=1570。根据交岔点穿过f=3的岩层和交智点各断面净宽度，决定各断面拱壁厚度：d1=T1=300mm、d2=T2=300mm、d3=T3=300mm。扩大断面处均为dTM=TTM=465mm。查表8-1，知DK618-4-12单开道岔的参数=1415、a=3472、b=3328mm，考虑到交岔点可能采用15kg/m钢轨道岔，那就得用DK615-412单开道岔，其参数=1415、a=3340、b=3500mm。为了使所设计的交岔点既能适用18k
16、g/m钢轨的道岔，又能适用15kg/m钢轨的道岔，因此选取组合尺寸，即：=1415、a=3472、b=3500mm。,38,2023/8/8,设计交岔点平面尺按表8-2中的单轨巷道单侧分岔点公式计算：,=3472+3500cos1415-15000sin 1415=3172,=15000cos1415+3500sin1415=15400,=3502,=3172+(15000+1570-2700)sin3502=11134,NM=B3sin=2700sin3502=1550,=2700cos3502+500+2700=5412,39,2023/8/8,=5630,=0.2435,=10848,Y
17、=P-L0=11134-10848=286 L1=L0+NM=10848+1550=12398,=11134+1550=12684,设计交岔点墙高-断面自底板起的墙高为1900；在TN断面处的墙高定为 1400mm，故墙降低斜率为：,即每米墙的降低值为46mm。TN、TM断面处的堵高定1400mm，是否合理，尚需按第三章中表3-9中方法验算：,40,2023/8/8,1按架线更求确定墙高h3,=1056,2按管道要求确定墙高h3,=1130,3按行人要求确定墙高h3 架线电机车运输巷，此项不需验算。由以上验算可知，原定TM、TN处墙高1400mm能满足安全要求。交岔点墙的基础深度：水沟一侧为5
18、00mm；另一一侧为250；e值为0。,41,2023/8/8,计算工程量、材料消耗量及绘制交岔点施工图,42,2023/8/8,五、交岔点施工,交岔点施工方法 1在稳定和稳定性较好的岩层中，交岔点可采用用全断面一次掘进法，随掘随锚喷或先锚后喷，一次完成。,43,2023/8/8,2在中等稳定岩层中，或巷道断面较大时，可先将一条巷道掘出，并将边墙先行锚喷，余下周边喷上一层厚3050mm的混凝土或砂浆（岩石条件差对，可加打锚杆)作临时支护，然后回过头来再刷帮挑顶，随即进行锚喷。采用砌碹支护的交岔点，开始以全断面由主巷向支巷方向掘砌，至断面较大处，改用以小断面向两支巷掘进架设棚式临时支架维护顶板，
19、掘过柱墩端面2m，先将此2 m砌好，然后再回过头来，由小断面向柱墩进行刷砌，最后在岔口封顶并做好柱墩端面。,44,2023/8/8,3在稳定性较差的岩层中，可采用先掘砌好柱墩再刷砌扩 大断面部分的方法。,图8-62 先掘砌柱墩在刷砌扩大断面施工顺序 a正向掘进；b反向掘进,a正向掘进；b反向掘进,45,2023/8/8,4在稳定性差的松软岩层中掘进交岔点时，不允许一次暴露的面积过大，可采用导硐施工法如图8-63所示,46,2023/8/8,47,2023/8/8,48,2023/8/8,ZDK、ZDX道岔的方向性 分左向、右向。道岔手册中所列型号未注明均为右向道岔。如：ZDK622/4/12未
20、注明左、右，均为右向道岔。右向道岔 岔线在行进方向（由a b）的右侧。左向道岔：必须在尾数后注上（左）字。如：ZDK622/4/12（左）岔线在行进方向（由a b）的左侧。,49,2023/8/8,11.3 井下主要硐室施工,硐室有立井硐室、斜井硐室，井底车场硐室以及采区硐室等等。各种硐室由于用途不同，其断面形状及规格尺寸亦变化多样，但是它们设计的原则和方法基本上是相同的。一般首先根据硐室的用途，合理选择硐室内需要安设的机械和电气设备，然后依据已选定的机械和电气设备的类型和数量，确定硐室的形式及其布置，最后再根据这些设备安装、检修和安全运行的安全间隙要求以及硐室所处周岩稳定状况确定出硐室的规格
21、尺寸和支护结构。有些硐室还需要考虑防潮、防渗、防火和防爆等特殊要求。,50,2023/8/8,一、硐室施工特点,1硐室的断面大而且变化多，长度则比较短，使得大型施工机械在此施展。2硐室往往与其他硐室、巷道相毗连，加之硐室本身结构复杂，故其受力状态比较复杂且不易准确分析，施工难度较大，若围岩稳定性差，则更须注意施工安全。3硐室的服务年限长，工程质量要求高，不少硐室还要浇筑机电设备的基础、预留管线沟槽、安设起重梁等，故施工时要精心安排，确保工程规格和质量。,51,2023/8/8,二、硐室围岩的稳定性分析,1硐室围岩稳定性的力学分析方法 当围岩应力没有超过岩体的强度时，围岩处于弹性变形阶段，围岩是
22、稳定的；当围岩应力超过岩体强度时，围岩开始破坏失去稳定性。根据莫尔强度理论各向同性均质岩体的不稳定条件：,剪切面与最大主应力的夹角为：,岩体具有结构面时，其破坏取决于结构面的产状特征，此时不稳定的条件为:,c1 结构面的凝聚力。1结构面的摩擦角。,52,2023/8/8,2硐室围岩稳定性的地质分析方法 1）产状平缓的薄层或与中厚层相间存在时，顶板处的薄层极易塌落（图8-31）。如果垂直于层面的节理发育更会扩大塌落的范围（图8-32）。,53,2023/8/8,如岩层由平缓变为倾斜产状时，在垂直于层面的节理作用下，顶板塌落的范围变大，此时还可能引起两帮岩体的塌落（图8-33）。,54,2023/
23、8/8,以上几种塌落方式取决与层面的连结强度和节理的发育程度。根据层面，节理情况可以圈定不稳定岩体的大致范围，一般来说这类岩体尚属稳定，只要施工注意，并及时支护，就不会引起围岩的过多塌落。在这类岩层中采用锚喷支护是很有效的,55,2023/8/8,2）平缓厚层状岩体在构造应力作用下水平面上山现X型节理或断裂的情形（图8-34）。平缓岩层发展到倾斜状态时，沿平面X型断裂还会发育一组张性断裂，其走向大体上与硐室轴线平行，在侧面也还会产生X型断裂，其走向大体上与硐室轴线垂直(图8-35)。,从以上两种情况可以看出硐壁、特别是硐顶分离体是否出现以及可能出现的形状等均取决于构造节理的延展性，连续性和密集
24、程度。延展大、连续性强的断层和大型裂隙对硐室围岩隐定性的影响极为显著，它往往是硐室失稳的主要原因。,56,2023/8/8,3）断层破碎带及其它大型软弱结构面一般容易形成高的塌落拱。结构面的走向与硐室轴向平行或接近平行时，两条倾向相反、连续性强的断层或裂隙将形成“”型塌落拱（8-36）。,两组高倾角裂隙或断层虽不相交、但被另一组缓倾角的结构面所穿割时，可能形成不同形状的“”形塌落拱(图8-36),57,2023/8/8,4）两组倾向相反的结构面互相切割在拱顶也会出现分离体，但因裂隙不互相贯通，故限制了它的发展。塌落拱的高度与裂隙面的紧密程皮有关。这种顶板局部落石的破坏方式，在硐室中是大量出现的
25、(图8-37)。,58,2023/8/8,5）硐壁的滑移也是造成硐室失稳的原因之一，其稳定性主要受高倾角的软弱结构面所控制。图8-38所示的是硐壁岩体在两组裂隙作用下所出现的分离体的形状。,59,2023/8/8,以地质分析为基础的硐室围岩稳定性的判断方法，适用在岩体强度由结构面及其组合关系所决定的坚硬岩体。对软弱岩体或经受强烈地质构造运动作用的破碎岩体，由于岩体本身强度不高，结构面的作用已居于次要地位，决定此种岩体的变形和破坏特征可按散体介质处理。通常岩石f23时，即可视为软弱岩体。,60,2023/8/8,3围岩松动圈支护理论对围岩的稳定性分析 巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向
26、，造成岩石强度较大幅度地下降。如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题；如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现了一个破裂带。把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈。用围岩松动圈的实测数值确定硐室的支护参数，则称围岩松动圈支护理论。,61,2023/8/8,根据松动圈的大小对硐室围岩的稳定性进行判定。松动圈在040之间的，属稳定围岩围岩松动圈在40100之间的，属较稳定围岩；围岩松动圈在100150之间的，为一般围岩；围岩松动圈在150200之间的，属不稳定围岩；围岩松动圈
27、在200300之间的，为软岩；大于300的为极不稳定围岩。目前看来，应用围岩松动圈理论来判定围岩稳定性是一种简单准确的方法，比其它方法可操作性强。松动圈测试：超声波测试。,62,2023/8/8,三、硐室施工方法,全断面一次掘进法 这种施工方法，常用于围岩稳定，断面不是特别大的硐室。全断面一次掘进硐室的高度，以不超过45m为宜。,台阶工作面施工法,1正台阶工作面(下行分层)施工法,根据硐室的全高，整个断面可分为23层，每层的高度以1.82.0m为宜，最大不要超过3m。,63,2023/8/8,2倒台阶工作面(上行分层)施工法,正台阶工作面施工法比较安全可靠；倒台阶法挑顶爆破效率高，装岩方便。两
28、者都适用于围岩比较稳定、整体性比较好的岩层。其中先拱后墙下行分层法的适应范围更广，在较松软的岩层中也可应用。,64,2023/8/8,导硐施工法 这种施工方法多用于松软破碎地带，在稳定岩层中施工特大断面(如50)的硐室时也可采用。,1中央下导硐,当硐室采用锚喷支护时，用中央下导硐(图8-43)，先挑顶 后开帮的顺序施工。砌碹支护的硐室，适用中央下导硐先开帮后挑顶的顺序施工（8-44）。,65,2023/8/8,2两侧导硐施工法 两侧导硐施工法，是在松软破碎岩层中采用的一种安全有效的施工方法。这种方法是从硐室底板开始，在两侧墙部超前开掘两个小导硐，逐步向上扩大(图8-45)。,66,2023/8
29、/8,3顶部导硐施工法 此法施工顺序如图8-46所示。先掘顶部导硐1，超前5m用以探明地质情况，随之卧底2，再落后15m左右开帮3。此时整个拱部已经掘出，便可进行拱部的锚喷或砌碹4。然后再卧中心底部5。最后刷帮6与砌墙7。,67,2023/8/8,马头门通常指副井井简与井底车场连接部分的一段断面扩大部分的巷道称马头门，是副井系统的主要硐室之一。马头门形式 双面斜顶式（a）双面平顶式（b）,四、与井筒相连的主要硐室的施工,马头门的施工,68,2023/8/8,1当井筒掘进到马头门上方510m处，暂停掘进，先将上段井壁砌好。2井筒继续下掘，可以随井筒同时将马头门掘出，也可以将井筒一次掘够深度或只掘至马头门下方的混凝土壁圈处。3由下向上砌筑井壁至马头门的底板高处。4逐段施工马头门。,5,69,2023/8/8,当马头门处围岩比较坚硬 稳定时，掘进时可以用锚喷作为临时支护。为加快马头门施工的速度，可安排与井筒同时自上而下施工。图8-49。,70,2023/8/8,箕斗装载硐室施工 1箕斗装载硐室与井筒同时施工 2箕斗装载硐室在井筒掘砌全部结束后进行施工 3箕斗装载硐室和地面永久建筑工程平行作业施工。,
