中铁隧道股份有限公司  河南郑州  450000

        一、前沿
        （1）编制依据
        合同文件、施工图及相关资料等；《中华人民共和国建筑法》、《建设工程质量管理条例》及省地行政主管部门发布的有关法规等；
        （2）设计特点
        1、井筒施工装备以大绞车、大吊桶、大模板、小型挖掘机、重型伞钻、中心回转抓岩机、自动翻矸、汽车排矸为主体的立井施工机械化作业线，施工机械化程度高。
        2、基岩段采用XFJD6.10型伞钻配YGZ—70型导轨式凿岩机钻眼，实施中深孔光面爆破，一掘一砌，采用电磁雷管起爆等爆破新技术，以提高炮眼利用率和循环进尺。
        （3）工程质量目标
        质量等级为合格，满足合同文件要求。无重伤、无死亡，实现文明施工。
        二、工程概况
        1、西部立风井井检报告提供的地表标高为+1002.5m,设计井口实际标高+1010m，井口实际标高比自然地表标高高出7.5m,需进行土方回填夯实处理，采用立风井施工过程中提升的矸石进行回填夯实。井筒垂深865.5m（包括1.5m防爆门基础），净直径6m，净断面积28.26m2。
        2、电源，一回引自110kV变电站110kV出线间隔，线路型号LGJ—240，长度40km；另一回引自220kV变电站110kV出线间隔，线路型号LGJ-240，长度70km。电源负荷充足，落实可靠。新建一座110kV变电站，主变容量为2×31.5MVA，电压等级110/10kV。电源由建设单位连接至工业广场，施工单位从工业广场接至作业地点。
        三、施工方案与施工设备选择
        1、根据立井直径、深度等条件进行配套方案论证，使机械能力和生产能力相适应，保证获得良好的经济技术指标。
        2、各施工设备之间的能力与性能应相互匹配，机械化水平协调、施工设备与设施、主要工序与辅助工序机具配置成套，以发挥设备的综合能力。
        3、各施工设备要做到先进可靠、操作方便、一机多用、易损件少、采购容易，费用合理。
        4、尽可能利用永久设备和设施，并充分挖掘现有设备的潜力。
        四、主要生产辅助系统
        4.1立井提升
        4.1.1凿井井架（ⅣG）
        西部立风井井筒井筒设计深度865.5m，净直径6m。
        其底部跨距15.3m×15.3m，天轮平台平面尺寸7m×7m，由基础顶面至天轮平台顶面高为25.87m，二平台至基础面高10.5m。
        4.1.2提升方式及设备
        为适应井筒快速施工需要，西部立风井井筒采用两套单钩提升，主钩提升选用2JKZ-3.6/13.23绞车提升5.0m3吊桶，承担提升矸石、上下设备及人员的任务；副钩提升选用JKZ-2.8/15.5绞车提升5.0m3、4.0m3吊桶，承担提升矸石、上下设备的任务；根据井筒提升能力验算，满足凿井期间提升需要。
        4.1.3提升机系统验算
        4.1.3.1主提升机强度校核
        1、2JKZ-3.6/13.23绞车最大静张力差验算
        5m3吊桶自重1690kg，，滑架及缓冲器重235kg，新型13t钩头及连接装置216kg，XFJD6.10伞钻自重8700kg。
        5m3矸石及水重（取矸石重1600kg/m3，装满系数0.9，含水重450kg/m3）9225kg。
        1）提升4m3吊桶矸石时
        钢丝绳末端荷载：1690+235+216+9225=11366（kg）。
        2）提升伞钻时
        钢丝绳末端荷载：8700+235+216=9151（kg）；
        由于提升矸石时钢丝绳的末端荷载最大，因此取11366进行钢丝绳选型计算；
        因此试选18×7+FC-φ42-1870钢丝绳。
        3）钢丝绳安全系数校核：
        钢丝绳的工作荷载：Q=11366+895×6.88=17524（kg）＜18000（kg）满足要求；
        钢丝绳的破断拉力总和：1020×1.283=1308.66（KN）；
        钢丝绳的安全系数：m=1308660÷17524÷9.81=7.6＞7.5；
        结论：主提升钢丝绳选用18×7+FC-φ42-1870，符合安全使用要求。
        2、电动机功率校验
        P=（QVm）/（102ηc）
        =（17524×6.97）/（102×0.85）
        =1409KW＜1600KW，满足要求；
        式中：Q-提升载荷（提升5m3吊桶矸石时最重）：Q=17524kg；
        Vm-提升机最大提升速度；Vm=6.97m/s；ηc-减速机效率取0.85。
        4.1.3.2副提升机强度校核
        1、JKZ-2.8×2.2/15.5绞车最大静张力差验算
        5m3吊桶自重1690kg，4m3吊桶自重1530kg，滑架及缓冲器重235kg，新型13t钩头及连接装置216kg。
        5m3矸石及水重（取矸石重1600kg/m3，装满系数0.9，含水重450kg/m3）9225kg。
        4m3矸石及水重（取矸石重1600kg/m3，装满系数0.9，含水重450kg/m3）7380kg。
        1）提升4m3吊桶矸石时
        钢丝绳末端荷载：1530+235+216+7380=9361（kg）。
        因此试选18×7+FC-φ38-1870钢丝绳。
        2）钢丝绳安全系数校核：
        钢丝绳的工作荷载：Q=9361+895×5.63=14400（kg）＜15000（kg），满足要求；
        钢丝绳的破断拉力总和：837×1.283=1073.871（KN）；
        钢丝绳的安全系数：m=1073871÷14400÷9.81=7.6＞7.5；
        3）5m3吊桶矸石最大提升深度、安全系数
        钢丝绳末端荷载：1690+235+216+9225=11366（kg）；
        满足安全系数时钢丝绳最大负荷=1073871/9.81/7.5=14595（kg）；
        提升深度：=（14595-11366）÷5.63-28=545m
        钢丝绳的安全系数：m=1073871÷14595÷9.81=7.6＞7.5；
        结论：副提升钢丝绳选用18×7+FC-φ38-1870，符合安全使用要求。
        2、电动机功率校验
        P=（QVm）/（102ηc）、=（14400×5.48）/（102×0.85）、=910KW＜1000KW，满足要求；
        式中：Q-提升载荷（提升5m3吊桶矸石时最重）：Q=14400kg；
        Vm-提升机最大提升速度；Vm=5.48m/s；ηc-减速机效率取0.85。
        4.1.4吊桶提升能力计算
        井筒的提升能力根据查表法可得：见表4－1。

        提升能力计算表4-1
      

        注：提升能力取55.2m3/h。

        4.2基岩段机械配套能力分析
        按井深865.5m，井壁厚度0.6m，月掘砌成井90m要求校核机械设备配套能力，即校核凿岩能力、出矸能力、支护能力能否满足进度要求。
        基岩段炮眼深度4.5m，炮眼利用率90%，掘砌循环进尺4m，21小时完成一个正规循环，预计正规循环率85%，则月成井=30×24×4×85%/21=117(m)，确保月成井90m。
        4.2.1出矸能力
        井内布置一台HZ-6型抓岩机,单台抓岩机理论生产率50m3/h，9小时完成一茬炮的矸石。
        所需的出矸能力为：3.62×π×4×1.8÷9=32.6m3/h＜50m3/h＜55.2 m3/h。所选抓岩机装矸能力、绞车提升能力满足施工需要。
        4.2.2支护能力
        每个段高需用混凝土量=4×(3.6²-3.0²)×π=49.7(m3/h)；3.5小时完成混凝土浇筑工作，所需支护能力：49.7/3.5=14.2m3/h；使用主、副钩采用3m3底卸式吊桶输送混凝土满足施工需要。
        4.3排水系统
        为保证井筒施工速度，井筒施工视涌水情况采取综合治理方案，立足打干井。当涌水量小于10m3/h时，对井壁淋水（或渗水）进行“截、导、疏、堵”等措施，使工作面涌水量达到最小，然后采用风泵把水排到吊桶内提到地面排放。当井筒涌水量大于10m3/h时，用风动潜水泵将工作面水排至吊盘上水箱内，经一台MD50-80×11卧泵（扬程905m）将水通过一路φ108×4排水管排至地面，卧泵布置在二层盘，水箱固定在上层盘下面。当井筒涌水量大于10m3/h时，此时应停止施工，进行注浆堵水，直至涌水量小于5m3/h时，再恢复施工。
        1、水泵扬程
        H=h/ηs=（h1+h2）/ηs=851/0.95=896m＜905m，满足要求；
        式中：h-排水测定高度,单位m；h1-吸水管高度,1m；h2-排水管高度,850m；ηs-水管效率,取0.87～0.95。
        2、排水管直径选择
        D=0.0188=0.0188×=0.094m=94mm；Q-井下涌水量，取Q=50m3/h；VC-管子内水速度1.5～2.2m/s,取2m/s。
        4.4压风
        根据施工方法及施工机具配备，井筒使用XFJD6.10型伞钻配YGZ-70型导轨式凿岩机（6部）进行钻眼作业时耗风量最大。XFJD6.10型伞钻总耗气量为68m3/min，1台风泵耗气量为3m3/min，立风井井筒井筒工作面最大需风量为71m3/min。
        1、最大同时耗风量
        Qmax=αβγΣnKq=1.1×1.05×1.1×1×1×71=90.2m3/min
        式中：α-管网漏风系数，α=1.1；β-风动机械磨损耗风系数，β=1.05；γ-高原修正系数，γ=1.1；n-同型号风动工具使用数量，n=1；K-同型号风动工具使用系数，K=1；q-风动工具耗风量，Q=71m3/min
        2、压风管内径
        压风管内径
        d===0.151m；
        式中：Q—井筒压风流量，71m3/min；
        P0—吸气大气压，一般为0.1Mpa；
        P1—管道中空气的平均压力，一般为0.5～0.9Mpa，取P1=0.7Mpa；
        W—管道内压缩空气流速，一般5～10m/s取W=9.5m/s；
        由上述计算得知，西部立风井井筒安设一路φ180×13MPE管作为压风管满足井下用风需求。
        3、压风机
        西部立风井附近建临时压风机房一座，其内安设二台MM250-42.5/1510和2台MM110SE-20/706型螺杆式空压机，满足施工时压风的需要。
        4.5通风系统
        4.5.1通风系统选型
        凿井期间，井筒内布置一趟Φ1000mm抗静电阻燃胶质风筒。最大通风距离按865m计算，风筒长度按900m计算。
        4.5.2风量验算
        1、按人数计算：Q1=4N=4×25=100m3/min；
        式中：Q1—按人员，掘进工作面实际需要的风量，m3/min；
        N—掘进工作面同时工作的最多人数，取N=25人。
        2、按炸药量计算：Q2=7.8/t=508m3/min；
        式中：Q2—爆破后工作面所需风量，m3/min；t—爆破后井筒通风时间，40min；A—井筒基岩段全断面爆破的炸药量，410.4㎏；S—井筒净横截面积，28.26m2；L—炮烟扩散距离，L=300m；K—淋水系数，K取0.6。
        3、最小风速验算
        Q3=60VS=60×0.25×28.26=423.9m3/min；
        式中：V—风速，最低风速取0.25m/s，S—井筒的净断面积，m2。
        4、通风机工作风量
        Q工作=Q3×1.25=508×1.25=635m3/min。
        4.5.3风压验算
        H=R×Q2×Q工作2=18.58×8.497×10.583=1671Pa；
        式中:H—压入式风机全压，Pa；R—胶布风筒风阻，R=900÷100×2+0.25+0.33=18.58Pa·s2/m3；Q3—工作面需风量，Q3=508m3/min=8.497m3/s；Q工作—通风机工作风量，Q工作2=635m3/min=10.583m3/s；
        由上述计算得知，选择2台FBD-№8.0/45×2型对旋风机向工作面进行压入式通风（其中一台备用），风机风量为817～473m3/min，风压为605～7200Pa，所选通风系统满足井筒施工用风需要。风机安装变频装置，通风阻力与风机转速相适应，达到节能降耗的目的。
        4.6通讯、信号及照明
        4.6.1通讯
        利用程控电话，实现项目与外界各单位通讯联系。地面井口信号室与绞车房通过简易对讲电话专线联系；井口信号室与井下吊盘设防爆电话专线联系，确保正常提升；通讯电缆利用MHY3210×2×1多芯电缆，该电缆沿吊盘悬吊绳敷设。
        4.6.2信号
        地面井口主副钩提升信号室与井筒吊盘之间均设专线127V声光信号系统。均采用MHY3210×2×1多芯电缆，分别沿吊盘悬吊绳固定敷设到吊盘。地面井口信号室与翻矸平台、绞车房之间均安装220V专用声光信号。
        127V信号电源取地面井口ZZ8L-2.5G变压器综合装置，220V信号源取自绞车房。
        4.6.3照明
        井筒内上层吊盘安装4盏KBB-100防爆白炽灯；下层吊盘安装6盏KBB-100防爆白炽灯作照明光源；另外在下层吊盘上装设二盏KBT-125W防爆投光灯，为井筒工作面掘进提供良好的照明。井筒中干线动照电缆选MY0.38/0.663*35+1*16电缆，该电缆吊盘悬吊绳敷设至吊盘，其它支线照明电缆，选用YZF-300/500阻燃电缆。127V电源取自地面井口中ZZ8L-2.5G专用照明变压器。
        4.7供电系统
        1、供电设备
        该临时变电所采用双回路供电，确保供电的可靠性。一回、二回10KV电源采用YJV22-8.7/10KV，3×120电缆分别从矿方10KV配电点不同母线电源处取得。变电所内安设二台S11-3150/10/6.3中性点接地变压器（一台备用），为风井区地面高、低压设备、通风机及井下动力提供服务；安设一套ZXB-10(6)/0.4-2×800箱式变电站为风井区地面所有低压柜提供380V三相五线制电源，来保障地面各车间、井口等低压动力供应，同时为地面工广、生活及办公区提供220V照明电源；安设二台KBSGZY-200/6/0.69变压器专供轴流风机电源（一台备用）；另安装KBSGZY-200/6/0.69中性点不接地变压器一台为井筒动力、照明提供660V电源；安装KBSGZY-400/6/1.2中性点不接地变压器一台为其井筒排水泵提供三相三线660V、1140V电源。
        2、总进线电缆选型
        井筒掘砌施工用电负荷统计为3333.8KVA，施工总容量取4500KVA（综合考虑施工负荷富余系数及二期工程）。
        试选YJV22-8.7/10kv，3×120mm2交联铠装电缆。
        1、按经济电流密度选择电缆截面
        Sj=Ig÷Ij=259.8÷2.25=115.5mm2＜120mm2。
        式中：Ig—施工期间长时最大负荷电流；
        Ig=Se/U=4500÷÷10=259.8A；
        Ij—经济电流密度取2.25A/mm2。
        2、按电压损失校验电缆截面
        △u=IgRLCOSα=×259.8×0.124×0.3×0.9=15.1V＜500V，满足要求。
        高压配电线路允许电压损失取5%故：ΔVy=10000×0.05=500V；
        式中：R—高压Cu芯电缆的线路阻值，查表得0.124Ω/km；
        cosα—功率因数取0.9；
        L—线路长度，暂取0.3km。
        由上述计算知：选YJV22-8.7/10KV，3×120mm2交联聚乙烯钢丝铠装电缆满足10KV临时变电所供电要求。

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