有軌運輸在錦屏輔助洞工程中的應用

摘 要:通過錦屏輔助洞工程的有軌運輸系統的實踐分析，介紹了有軌運輸系統在長大隧道安全快速掘進的主要經驗，對類似隧道有軌運輸施工具有一定借鑒意義。

關鍵詞:有軌運輸 錦屏輔助洞 調度

中圖分類號:U48文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0072-03

Research on the rail transport of the auxiliary tunnel of Jinping Hydropower Station

NI Ziyu

(China Railway 14th Bureau Group Co. Ltd. ， Ji’nan 250014 ， China)

Abstract: Through the practice of the rail transport systems of the auxiliary tunnel of Jinping Hydropower Station，I briefly introduced the main experience of the rail transport of the large-scale tunnels， and it gives us some significance for the similar tunnels’ construction.

Key words: Rail transport; the auxiliary tunnel of Jinping Hydropower Station;scheduling

1 工程概述

錦屏水電樞紐輔助洞工程位于四川省的冕寧、鹽源、木里縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，是國家西部大開發和“西電東送”的重要電源點錦屏一、二級水電站前期工程的關鍵施工項目，是錦屏二級水電站引水隧洞的勘探洞、試驗洞和施工輔助洞，也是錦屏一級和二級水電站重要的交通和運輸通道，通過17.5km的輔助洞可同時解決一級水電站和二級水電站的對外交通以及錦屏二級引水隧洞的施工兩大難題，保證物資和電站設備運輸的運輸暢通，同時縮短運距約100km，使錦屏一級、二級電站和地方的聯系更為便捷，極大地提高了水電站運行管理的便利性。輔助洞由A、B兩孔單車道隧洞組成，采用城門洞形斷面，水平中心距約35m。雙洞均長約17.5km，成洞斷面6.0m×5.0m。每500～800m設一條連接兩洞的橫通道。該輔助洞工程具有典型的特長(雙洞均長達17.5km，是國內第二長公路隧道，也是國內水電站最長的交通隧道)、埋深大(達2400m)、水壓高(達10Mpa)等特點，施工通風也面臨著巨大的考驗。本工程A、B線輔助洞東端實際獨頭掘進約8km，洞室斷面較小，隧洞出碴線路長，部分洞段縱坡達2.5%(長約4km)，運輸制動困難。如何高效地進行運輸的施工組織，是本工程的施工難點之一。

2 運輸方式的對比選擇

目前，隧洞(隧道)施工的主要運輸方式有無軌運輸和有軌運輸兩種。它們各有其優缺點:無軌運輸機動、靈活，能勝任洞外遠距離運輸，裝、運、卸的效率較高，洞內外臨時設施簡單，但是要求洞內作業空間較大，車輛排出的廢氣須采用大型通風設施，對洞內空氣污染大，而且對運輸道路的要求較高，尤其是在滲(涌)水量較大時要求更高;有軌運輸一般不受隧道規模、地質條件等的影響，但卻受隧道縱坡的限制(一般不超過2.5%)，而且棄碴場地也不宜距洞口過遠。

根據錦屏輔助洞工程具有獨頭掘進距離長、成洞斷面相對較小、埋深大、地下水壓高、不良地質及通風問題突出等特點的實際，采用有軌運輸方式。

3 有軌運輸設備配套

3.1 概述

有軌運輸方式與無軌運輸方式相比，設備配置的不同點主要在于:軌道及軌行式機械設備所帶來的一系列對應路面與輪胎式設備的變化。

3.2 軌道系統

根據輔助洞工程的總體施工計劃，洞內采用有軌運輸，洞外采用無軌運輸，洞口設調車車場。有軌運輸組織按單個正洞掘進設計，A、B洞線路均采用四軌雙線制，重載、輕載進出洞分道運行，出洞方向左側為重車道，右側為輕車道。洞口設轉碴碼頭。梭式礦車運輸洞碴至洞口卸碴碼頭，然后用裝載機裝碴，自卸汽車轉運至模薩溝棄碴場。

軌道采用43kg/m重軌、900mm軌距的重載、重軌運輸系統，電瓶車、梭式礦車均配備制動裝置。軌道在洞口車場設1%的上坡，并在卸碴碼頭的末端設阻車器，以有效降低重載下坡出洞的速度，同時增大洞口卸碴碼頭的容量。

在掘進掌子面后方100～400m處設調車道岔以實現快速裝碴，調車道岔隨掌子面的掘進而前移。雙線軌道間凈距取1.5m，距洞口500m處設一渡線道岔(即1#道岔)，以利于輕重車道之間調車及機車調頭;橫通道口用雙開道岔將A、B洞軌道連成一體以利調車。掌子面備短軌，以利于接長軌道，方便挖掘裝載機裝碴。

3.3 開挖

有軌運輸方式和無軌運輸方式的開挖方式基本相同，采用鉆爆法施工:瑞典阿特拉斯353E三臂鑿巖臺車鉆孔、人工裝藥、爆破。

3.4 裝碴

由于出碴運輸設備為搭接式梭式礦車(兩節為一組或一節一組)，為保證礦車的工作效率，故采用德國產ITC312挖掘裝載機和國產ZL50裝載機在掌子面聯合裝碴。

ITC312挖掘裝載機理論產量為300m3/h，實際產量不小于180m3/h(3m3/min)，分無軌和有軌兩種走行方式，為方便作業，該設備在工作面采用無軌走行方式。外形尺寸長×寬×高為15450mm×2300mm×2715mm。A、B線輔助洞各一個掘進作業面，每作業面配置德國產ITC312挖掘裝載機和國產ZL50裝載機各一臺，另外配置一臺ITC312挖掘裝載機和一臺ZL50裝載機備用。

ITC312挖掘裝載機是德國ITC公司生產的巷道挖掘機，是一種重型的全液壓地下作業機械，爆破的石碴通過槽型結構框架槽安裝吊桿支架上的雙排鏈輸送帶運出，輸送帶在兩條鏈條之間運行工作，而后從輸送槽后部卸載到停在其后部的梭式礦車里。當梭式礦車石碴堆高到和車幫一樣高時，就要一邊裝載石碴一邊開動礦車底板上的刮板運輸機，刮板運輸機一般每次移動距離在60～70cm為宜，過大就會使礦車裝不滿，降低礦車的使用效率，過小則會影響裝碴機械的效率，這主要取決于梭碴人員的控制。向礦車裝載石碴，開始裝載時應先裝一些碎碴，并拋擲不要過遠，以防車箱底板受沖擊過大變形。

為提高裝碴速度，在裝碴時除配置ITC312挖掘裝載機外，再配置一臺國產ZL50裝載機同時裝碴。國產ZL50裝載機外形尺寸長×寬×高為8340mm×2950mm×3440mm。受隧道開挖凈空限制，國產ZL50裝載機在輔助裝碴時只能是縱向進退行駛(如圖1所示)。

梭式礦車搭接時，第二臺礦車前車體應伸入第一臺礦車后車體1.2～1.5m銷接，從而完成兩臺礦車的搭接。當第一臺礦車石碴裝滿時，繼續開動刮板運輸機，石碴就被梭進第二臺礦車，在第二臺礦車石碴裝滿時，則完成石碴的裝載。若搭接礦車多于兩臺時依此類推。

在掌子面裝碴時，機車在礦車的前方(即洞口方向)。

3.5 石碴運輸

運輸設備的配置是控制石碴運輸速度的關鍵，需根據縱坡進行配置。

經對輔助洞縱坡驗算，在縱坡小于2%的洞段，石碴運輸采用12t機車+2×16m3礦車組合，即采用SSD-16搭接式梭式礦車(11980×1800×2410)，兩節一組，CDXT-12防爆型電瓶車(外形尺寸(長×寬×高)為4900×1360×1800mm，最小轉彎半徑12m，最大牽引重量50t，運行速度8.5km/h)牽引;而對于縱坡大于2%的洞段，只能采用12t機車+16～20m3礦車組合，即一臺CDXT-12防爆型電瓶車牽引一節SSD-16～20梭式礦車石碴運輸(對于2.5%的縱坡，12t機車+20m3礦車基本已達到極限)。

在洞口車場形成前，洞內還是使用無軌運輸。當洞深超過1.5km時，采用有軌運輸。

洞深2km以內時，開挖斷面約45m3，平均循環進尺3.5m，則平均循環開挖石方45×3.5=157.5m3，爆破后堆方系數取1.7，則石碴堆方為268m3。石碴運輸采用12t機車+2×16m3礦車組合。

ITC312挖掘裝載機和ZL50裝載機聯合裝碴時間為5min，梭式礦車就位時間隨調車道岔到掌子面的距離而定，暫定調車道岔距掌子面平均為250m(該距離隨著掌子面的推進而變化)，則該段長度梭式礦車調出至就位時間為0.25km×2÷4km/h×60=7.5min;重車出洞運行時間為2km÷6km/h×60=20min，卸車時間為2min，空車進洞時間為2km÷8.5km/h×60=14min，則一組列車自裝碴完畢至下一次到掌子面裝碴時間為7.5+20+2+14=43.5min，需要列車數量為43.5/(7.5+5)+1=5組，即每循環至少需要5組列車才能保證連續出碴。每組列車一次可裝碴2×16=32m3，則運輸次數為268/32=9次，若按照5組列車計算，則平均每組列車每循環運碴9/5=1.8次;若A、B洞同時出碴，則需列車5×2=10組，考慮1.2的備用系數，則需列車10×1.2=12組。

洞深4km以內時，只有在進出洞的運行時間有所增加，其他時間基本不變。重車出洞時間為4km÷6km/h×60=40min，空車進洞時間4km÷8.5km/h×60=28min。一組列車自裝碴完畢至下一次到掌子面裝碴時間為7.5+40+2+28=77.5min，雙洞需要列車數量為(77.5/(7.5+5)+1)×2×1.2=18組。

洞深在4km左右(實際里程為AK13+607.146、BK13+650)時，隧道縱坡調整為2.294%＞2%，如前所述，12t機車+2×16m3礦車的列車組合已不能滿足施工需要，須將其調整為12t機車+16～20m3礦車(為提高運碴效率，新購礦車為20m3礦車。由于前期施工已購入多輛16m3礦車，為減少資源浪費，該礦車繼續使用，平均按照18m3計算)。

洞深在6km以內時，重車出洞時間為6km÷6km/h×60=60min，空車進洞時間6km÷8.5km/h×60=43min。一組列車自裝碴完畢至下一次到掌子面裝碴時間為7.5+60+2+43=112.5min，需要列車數量112.5/(7.5+5)+1=10組。每組列車一次裝碴平均按照18m3計，則運輸次數為268/18=15次，若按照10組列車計算，則平均每組列車每循環運碴15/10=1.5次;若A、B洞同時出碴，則需列車10*2=20組，考慮1.2的備用系數，則需列車20*1.2=24組。

洞深在8km以內時，重車出洞時間為8km÷6km/h×60=80min，空車進洞時間8km÷8.5km/h×60=57min。一組列車自裝碴完畢至下一次到掌子面裝碴時間為7.5+80+2+57=146.5min，雙洞需要列車數量為(146.5/(7.5+5)+1)×2×1.2=31組。

3.6 卸碴

梭式礦車前后端均需安裝牽引桿，在運行時一端通過牽引桿和機車連接，而另一端的牽引桿須用掛鉤固定在礦車的中間位置，以免牽引桿碰到人或其他物體，但裝碴和卸碴必須把掛鉤取下，將牽引桿搬到一側，以免石碴砸壞牽引桿。

礦車裝滿石碴后由牽引機車牽引出洞。當行駛至1#道岔時，礦車前方的牽引機車須調至礦車后方，由機車頂推礦車出洞至卸碴碼頭，停穩并安放阻車器后，接通礦車上刮板運輸機電源開動刮板運輸機卸碴。當礦車車箱內石碴卸完后，即可返回洞內排隊裝碴。當列車行駛至1#道岔時仍需調頭，由機車頂推礦車到掌子面附近的調車道岔處等候調度。

3.7 其他軌道運輸機械

3.7.1混凝土運輸機械

采用TSII-6型軌行式混凝土攪拌運輸車(6400*1600*2800)運輸混凝土，A、B洞各配置4臺，雙洞配置8臺(雙洞間可互相協調)，以CDXT-12防爆型電瓶機車牽引。行車過程能實現自動二次拌和，防止砼離析。除在洞口車場向混凝土攪拌站鋪設軌道外，其他混凝土設備均與無軌運輸相同。

3.7.2 其他有軌運輸機械

由于有軌運輸系統的特殊性，在軌道鋪設之后，無軌運輸設備不能在洞內通行。為解決材料、小型機具、人員等的進出洞問題，我單位采用部分材料、鋪軌材料和小型機具等通過2輛20T-900的平板運輸車運輸，人員進出洞則乘坐2輛54座的軌道客車。

為保證施工的連續性，防止因部分機車故障影響施工，我單位還配置了2臺備用電瓶機車。

其他設備與無軌運輸基本相同(如表1）。

4 有軌運輸調度及注意事項

4.1 調度組織

為組織高效的有軌運輸，我單位在洞口設置總調度室、開挖爆破班組分調度室、有軌運輸班組分調度室、支護班組分調度室，洞內掘進掌子面附近及各道岔設值班室，均為24小時專人值班(總調度室由項目領導輪流值班)，通過專用內線電話統一調度，洞內各工作面間均配置對講機，形成一個完善、有效的統一調度指揮系統，發現問題及時處理。

4.2 工序交接

鉆孔爆破、出碴、噴砼支護等各主要工序交接實行雙通知制度:即在該工序結束前提前通知洞口總調度室和下一工序所在班組分調度室，洞口總調度室接到通知后再通知下一工序班組分調度室并做記錄，以確保下一工序施工人員提前準備，及時進洞到達工作面，形成洞內工作面工序無縫連接，提高施工效率。

4.3 車輛行駛線路

軌道運輸車輛嚴格按進出洞線路行車。以出碴車輛為例，機車牽引礦車自洞口車場沿輕車道進洞到1#道岔，在1#道岔調頭后機車頂推礦車沿輕車道至掌子面附近的調車道岔，在調車道岔前方等候，待前車在掌子面裝碴完畢駛離調車道岔后，立即自輕車道經調車道岔至重車道進入掌子面裝碴;裝碴完畢，機車牽引重載礦車沿重車道行駛至1#道岔，機車在1#道岔調頭后頂推礦車出洞，經洞口車場至卸碴碼頭，卸碴完畢后在車場調車線由重載車道進入輕載車道。而當混凝土攪拌車、材料運輸平板車和軌道客車進洞時，則是沿輕載車道進入，出洞時沿重載車道出洞，以保證輕重載車道上僅有單向車流，提高運輸效率。當部分洞段一條軌道系統故障或被臨時占用時，上下兩個橫通道口的道岔值班人員及時將該段軌道系統封閉，車輛臨時進入另外一條軌道，在下一道岔處返回正常軌道行駛，此時道岔之間的聯絡與調度就極為重要。

4.4 軌道鋪設

鋼軌單根長度為12.5m。鋼軌端頭距掌子面保持8～10m，掌子面備2根6.25m短軌作為臨時軌道鋪設，以利于接長軌道，在鋪設12.5m長軌時拆除。軌道鋪設是在出碴完畢之后進行，利用ITC312挖掘裝載機刨出掌子面的底碴，最好能露出隧底基巖，否則應先壓實底碴再鋪設枕木和鋼軌，嚴格控制兩根鋼軌的高差及軌道平順度。軌道鋪設完畢后回填石碴，尺寸大小應適中，粗細骨料相結合，滿足整體的級配，盡量減少孔隙，提高軌道系統的穩定性，以使軌道車輛運行平穩。

4.5 軌道維護

軌道維護在長大隧道有軌運輸中極為重要。錦屏輔助洞工程多次突發涌水，涌水將軌道部分填碴沖失，造成軌道系統穩定性降低，軌道間距加大，造成脫軌;軌道系統長期在流水中浸泡，枕木腐爛，也降低軌道的穩定性。因此，我單位成立軌道系統維護班組，加強軌道系統的日常維護，及時疏通水溝、補填石碴、抽換枕木、緊固螺栓及道釘、清理掉落石碴等，保證軌道暢通，提高運輸效率。

4.6 運行安全

運行安全是有軌運輸系統管理中的重中之重。為保證運行安全，必須對機車司機進行崗前培訓以及施工過程中的經常性培訓教育;嚴格控制列車運行速度;運行過程中，特別是在道岔和洞口處，機車司機應加強瞭望，遇有人員或其他車輛等障礙物時，須鳴笛并提前減速;通過彎道或道岔時，要減速慢行;機車調頭時要將阻車器放到梭車車輪下面，防止礦車前后移動。人員進出洞必須乘坐軌道客車或空礦車的車廂內，嚴禁重車載人和扒車;軌道車輛應加強日常檢修和維修等。

5 有軌運輸效果分析

錦屏輔助洞東端工程自2004年10月份實現無軌運輸向有軌運輸的轉換，至2008年5月份B洞貫通、8月份A洞貫通，歷時3年半。其中，2005年1月8日B洞突發高壓涌水，由于掌子面治水而使掘進進度自2005年初至2006年5月份受阻外，其他時間均實現了隧道的快速掘進，而有軌運輸系統發揮了不可忽視的作用:軌道的暢通縮短了掘進循環時間;蓄電池電瓶機車的使用則減小了特長隧道施工的通風壓力，極大地改善了洞內作業環境，提高了工作效率。

6 結語

在長大隧道的施工中，運輸系統是控制施工進度的瓶頸，因此，運輸系統的選擇尤為重要。錦屏輔助洞東端工程的施工實踐證明，有軌運輸系統能有效保證長大隧道內的空氣清新，達到安全快速掘進的效果。對此，我們對有軌運輸系統的使用和維護以及設備配套進行了探討，總結了一套成功的經驗，對以后的類似工程具有一定的借鑒意義。