第十一章-硐室及交岔点设计与施工-山科课件

12023/7/22井巷工程第十一章交岔点及硐室施工22023/7/2211.3硐室施工11.2交岔点施工

11.1交岔点与硐室的特点第十一章交岔点及硐室施工32023/7/2211.1交岔点及硐室施工交岔点——与巷道相交或分岔地点处的那段巷道。硐室——位于井底车场，为煤矿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、翻笼硐室等。交岔点及硐室的特点：（1）硐室规格尺寸大；（2）工程质量要求高；（3）施工难度大。42023/7/2211.2交岔点施工11.2.1交岔点类型11.2.2道岔的概念11.2.3交岔点支护范围、工程量及材料消耗量11.2.4交岔点施工11.2.5交岔点施工实例52023/7/22

11.2.1交岔点类型交岔点是指巷道相交或分岔的地点，其类型如图11-1所示。62023/7/22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，如图11.2所示。72023/7/22井下窄轨线路的基本知识

㈠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。

δ<90ºV<1.5m/s，R不小于7SB；

V>1.5m/s，R不小于10SB；

V>3.5m/s，R不小于15SB；

δ>90º

R大于（10～15）SB如为列车运行，则应以机车或矿车的最大轴距来计算，取以米为单位的整数值。

R常用值：9m、12m、15m、20m、25m、30m、35m、40m等。

δROSB82023/7/22

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SPSPSWX2）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㎜92023/7/224）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=（100～300）102023/7/22

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＝（100～300）Δh112023/7/224．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。122023/7/2211.2.2道岔的概念

（1）道岔的构造

道岔的构造如图所示，它主要有岔尖、基本轨、辙岔、护轮轨、转辙器等部件构成。

1—岔尖；2—基本轨；3——辙岔；4—护轮轨；5—拉杆；6—转辙器123456

道岔是使车辆由一条线路转驶到另一条线路的装置，它是交岔点轨道运输线路连接系统中的基本元件。132023/7/22142023/7/22（1）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。（2）辙岔由岔心和翼轨铆接或焊接而成，其作用是防止矿车掉道，保证乍轮轮缘能顺利通过，并引导车辆行驶方向的一组轨道。（3）转辙曲线是位于岔尖和辙岔之间的一段曲线。（4）辙岔岔心角α（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28°04′20″、18°55′30″、14°15′、11°25′16″和9°31′38″。可见，M越大，α越小，道岔曲线半径R和曲线长度就越大，车辆就越平稳。（5）护轮轨是防止车辆在辙岔上脱轨而设置的一段内轨。152023/7/22

（2）道岔的类型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11-1。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。再接着写横杆连接一位数字，表示道岔号码。再接着写横杆连接一个两位的数值，表示曲率半径。600162023/7/22表11-1单开、对称道岔技术特征及适用条件172023/7/22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DK615-4-12、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11-2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182023/7/22

（c）渡线道岔DX924-4-1519（左）192023/7/22（3）道岔的选择原则1）与基本轨的轨距相适应。2）与基本轨的轨型相适应。3）与行驶车辆的类别相适应。4）与行车速度相适应。202023/7/22

1）交岔点支护范围的确定（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3～5m(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，按各自的净宽度选取。

（3）柱墩的宽度一般为500mm，长度一般为1～3m，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。11.2.3交岔点支护范围、工程量及材料消耗量212023/7/22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。222023/7/22

232023/7/22242023/7/22252023/7/22262023/7/22272023/7/22282023/7/22

2）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，具体算法按下图进行。（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

292023/7/2211.2.4交岔点施工1）稳定围岩交岔点的施工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。302023/7/222）中等稳定围岩交岔点施工

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30～50mm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，掘过柱墩端面2m，先将此2m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(齐脸，迎险)。312023/7/223）稳定性较差岩层中的交岔点施工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11.7稳定性较差岩层中的交岔点的施工顺序

a—正向掘进；b—反向掘进

322023/7/224）稳定性差的松软岩层中交岔点的施工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11.8所示图11.8稳定性差的松软岩层中交岔点导硐法施工顺序

a—正向施工法；b—反向施工法

332023/7/2211.2.5交岔点施工实例1）工程概况某矿-520m水平井底车场，巷道底板埔设300mm厚的C30混凝土，在混凝土中埋设24kg/m钢轨运输线路，轨距900mm,轨面与巷道底板平齐。交岔点的结构形式均为牛鼻子交岔点，除煤层中的交岔点采用砌碹支护外，其余均采用锚网喷支护。锚杆采用Φ16×2300mm树脂锚杆，间排距600mm×600mm；金属网采用Φ5mm钢筋焊接，网孔150mm×150mm；喷射混凝土强度等级C20，喷厚200mm。

交岔点位置的岩性一般为粉细砂岩，以粉砂岩为主，具水平层理，裂隙发育，局部破碎，围岩稳定性较差。342023/7/222）交岔点施工（1）正向施工根据顶板的破碎程度，选用无顶后底的正台阶法施工（图11.9a）施工顺序为；如果顶板破碎，则将顶板一分为二，先施工其中一侧，然后再施工另一侧，采用一掘一支多次成巷的施工方式（图11.9b），施工顺序为I→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ；遇到断面大而顶板破碎情况时，则将顶板一分为三，先施工中间导硐，然后再施工两侧（图11.9c）。（2）反向施工当采用反向施工时，无沿主巷施工至斜墙起点，然后再登矸挑顶刷大断面，最后施工分支巷，仍采用一掘一支多次成巷的施工方法。352023/7/22井底车场Ⅳ号交岔点（图11.10）长度为25.39m，其中变断面的长度为17.39m，最大断面掘进宽度10.42m，掘进高度6.31m，掘进断面53.8㎡，最小解决断面17.2㎡。该交岔点经过的岩层主要为3下煤层的顶板灰黑色黏土岩、泥岩、粉细砂岩和3下煤层煤等。围岩的稳定性为Ⅲ~

Ⅳ级，采用锚网喷支护。该交岔点采用正向施工法。施工时先从斜墙起点开始向牛鼻子施工，逐步扩大和挑高断面。因断面大，采用分层施工法，先拱后墙，并根据断面的变化情况，将整个变断面处分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三个阶段(图11.11)。在第Ⅰ阶段中，由于断面跨度不太大，上分层采用图11.9a所示的做法，在打眼后一次起爆，然后进行及时支护；在第Ⅱ阶段中，由于跨度加大，于是采用图11.9b所示的做法，将上分层分两次爆破和两次支护，即其中一半爆破后，及时进行锚网喷支护，然后再施工另一半；在第Ⅲ阶段中，由于上分层的断面宽度很大，因此，采用图11.9c所示的做法，分三次爆破和支护。362023/7/22372023/7/2211.3硐室施工

硐室特点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。

井巷工程中，断面尺寸比一般巷道或井筒大的工程称为硐室。382023/7/2211.3.1巷道硐室施工方法（1）全断面施工法

全断面施工法是按硐室的设计掘进断面一次将硐室掘出，与巷道施工方法基本相同。有时因硐室较高，打顶部炮眼比较困难，全断面可实行多次打眼和爆破，即先在硐室断面的下部打眼爆破，暂不出矸，站在虚矸堆上再打硐室断面的上部炮眼，爆破后清除部分矸石，随之进行临时支护，然后再清除全部矸石并支护两帮，从而完成一个掘进循环。根据硐室的长度和断面大小等施工条件，可采用掘砌单行作业或平行作业等作业方式。

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4～5m为宜。392023/7/221．两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(如下图所示)。（2）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。

402023/7/222．中央下导硐施工法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）。

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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。422023/7/22（3）分层施工法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2～3层，每层的高度以1.8～2.0m为宜，最大不要超过3m。

分层施工法是将硐室沿其高度分为几个分层，采用自上向下或自下向上分层施工，以便于操作的施上作业方法。分层施工法一般适用于围岩稳定或中等稳定、断面较大的硐室。432023/7/222．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。

442023/7/2211.3.2井筒硐室施工方法（1）马头门的施工方法1．当井筒掘进到马头门上方5～10m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。1234410567899110

井筒硐室有马头门和箕斗装载载室，它们是煤矿井底车场与副井、主井井筒直接相连的两个主要硐室。452023/7/22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11-18。462023/7/22（2）箕斗装载硐室施工1）箕斗装载硐室与井筒同时施工2）箕斗装载硐室与井筒顺序施工3）箕斗装载硐室与主井井口永久

建筑平行施工。马头门与井筒顺序施工是指先掘砌完整个井筒，再返上来施工马头门。顺序施工最突出的优点是马头门施工不占用井筒施工工期，使井筒可提前到底。后期的马头门施工，也可能和其他工程平行。1）箕斗装载硐室与井筒同时施工472023/7/22当井筒掘至硐室上方4-6m处时停止掘进，并将上段井壁砌好，再继续下掘井筒至硐室位置。若围岩比较稳定，则井筒工作面与硐室工作面错开一茬炮的高度(1.5-2.0m)，如图11.19a所示，同时自上而下分层施工，并保持井筒工作面始终超前。若围岩稳定性差，硐室各分层可与井筒交替施工，如图11.19b所示。硐室爆破下来的矸石扒放到井筒中装提出井。

这种施工方法具有充分利用凿井设备进行硐室施工，效率高、进度快、安全性好和硐室施