西秦嶺隧道連續皮帶機出碴下的同步襯砌施工組織管理

戴潤軍，楊永強

(中鐵隧道集團蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程XQLS2標TBM項目部，甘肅武都 746052)

0 引言

西秦嶺特長隧道全長28 236 m，其中TBM掘進總長度12 934 m，為國內鐵路界最長的TBM施工隧道。目前鐵路隧道開挖棄碴運輸方式主要為汽車運輸、軌道運輸、泥水盾構管道出碴運輸、長距離連續皮帶運輸。在這幾種運輸方式中，皮帶運輸是長距離運輸最有效和經濟的一種。西秦嶺隧道工程因其掘進距離和棄碴運輸距離長而采用了連續皮帶機出碴。在鐵路隧道TBM施工中，一般均是掘進完成后再進行襯砌，如秦嶺隧道［1-2］。南疆吐庫二線中天山隧道首次采用同步襯砌［3-6］，但其出碴采用礦車出碴，出碴形式與蘭渝鐵路西秦嶺隧道的形式不盡相同。根據實施性施組安排，在掘進結束2個月后，TBM段襯砌也要結束，為解決工程工期緊的問題，西秦嶺隧道采用連續皮帶機出碴的TBM掘進與襯砌同步施工［7-8］，施工難度及組織難度大。蘭渝鐵路西秦嶺隧道同步襯砌施工中通過采取有效的施工組織管理，減少了TBM掘進與襯砌施工的干擾，提高襯砌施工進度，以最小的投入實現襯砌施工的節點工期要求。

1 工程概況

蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程XQLS2標位于新建鐵路蘭渝線中段，地處甘肅省隴南市武都區境內。西秦嶺特長隧道全長28.236 km(DIK395+116～DIK423+352)，為左右線分設的2條單線隧道，隧道最大埋深約1 400 m。隧道限界按時速200 km客貨共線設計。

根據設計，本隧道采用鉆爆法和TBM掘進聯合施工，其中隧道出口在圍巖好的地段分2段采用TBM掘進:第1段長5 594 m(DIK421+239～DIK415+645)，第2段長7 340 m(DIK410+930～DIK403+590)。其余地段均采用鉆爆法施工。TBM第1掘進段從出口進行出碴、通風;TBM第2掘進段時，將通風機及連續皮帶機轉運至羅家理斜井(斜井與正洞相交里程DIK413+388)，從斜井出碴、通風。

本隧道施工工期非常緊，線下工程總工期61.5月，根據實施性施組安排，在掘進結束2個月后，TBM段襯砌也要結束，這就要求該TBM施工要進行同步襯砌，并且襯砌速度要與TBM掘進匹配。

2 重難點管理思路

通過對臺車結構的優化設計，解決了皮帶出碴與臺車行走的相互干擾，有效解決了皮帶出碴對襯砌施工的影響。但在實際的施工中，要提高同步襯砌施工的進度，必須保證合理施工組織安排，施工組織中又有以下難點需要解決。

1)由于TBM施工作業速度比較快，同時考慮到橫通道和輔助洞室的開挖，為了更好地完成襯砌施工，減少臺車的投入，在保證襯砌施工工期要求的條件下合理配置臺車數量、臺車類型將有效地降低襯砌施工的成本。襯砌施工前應結合工程實際提前考慮。

2)通過在臺車前后增加拉門式支架解決了臺車行走與皮帶出碴的相互干擾，但如何保證皮帶機支架的快速拆除、安裝，將影響到襯砌臺車的行走速度和皮帶運行的安全。

3)襯砌臺車行走及襯砌時，如何才能不停止通風機供風;供電線路、通訊線路、風水管線如何不與機車行走、襯砌臺車、鋼筋及防水板臺架、混凝土修補臺架相干擾，是施工中需要解決的問題。

4)為確保TBM快速掘進，除TBM系統本身機況必須確保良好外，交通運輸的暢通、快速是重要保證條件之一。傳統襯砌混凝土澆注時，輸送泵需占用一條運輸軌線，通過在臺車前后增設道岔解決機車雙線運輸。而且每列機車只能運輸1節10 m3混凝土罐車，且輸送泵還要占用一條運輸軌線，無法滿足TBM掘進運輸機車快速通過。

5)皮帶機出碴下的同步襯砌施工技術為新工藝，施工組織管理沒有可借鑒的經驗，傳統的二次襯砌施工方法不能完全適用于同步襯砌施工，施工組織管理將影響到襯砌施工各工序的銜接，最終影響襯砌施工進度。

6)勞動力配置是否合理將直接影響襯砌施工的成本管理和施工進度，因沒有類似工程經驗可以借鑒，勞動配置和崗位劃分的合理性是施工中需要解決的問題。

3 解決辦法

3.1 設備管理

為了使臺車、臺架始終處于良好狀態，結合同步襯砌施工的特點，建立了項目部機電總工程師—機電部—機修工區—襯砌作業隊的設備管理組織體系，完善了點、線、片、整體管理、逐層分工負責的崗位責任制原則。從臺車組裝到維修保養都制定了嚴格的規章制度，實行標準化作業、程序化管理。

3.1.1 臺車配置

TBM在進行第1階段步進施工時，單位已訂購3部同步襯砌臺車:1臺鉆爆段同步襯砌臺車，臺車長度12m，臺車半徑為5m;2臺TBM施工段同步襯砌臺車，臺車長度16.5 m，臺車半徑為4.63 m。鉆爆段同步襯砌臺車進場后暫不組裝，TBM掘進開始后，2臺TBM施工段同步襯砌臺車組裝完成開始向洞內行走。第1部TBM施工段同步襯砌臺車盡可能緊跟TBM后面，對圍巖較差段及時進行襯砌施工，有能力的情況下盡可能多施工，以減小后面臺車的施工壓力;第2部TBM施工段同步襯砌臺車跟在第1部的后方，預留出綜合洞室(綜合洞室預留長度11.8 m)的施工位置后，逐步進行襯砌施工。

3.1.1.1 襯砌施工進度指標

本工程TBM從2010年7月開始正式掘進施工，拱墻襯砌施工從2010年10月開始正式施工。根據對TBM及同步襯砌臺車連續幾個月施工的統計，總結TBM步進平均施工進度為2 000 m/月;TBM掘進第1掘進段平均施工進度為500 m/月，TBM掘進第2掘進段考慮運距增加，施工進度按450 m/月考慮;同步襯砌臺車平均施工進度為12組/月(即12 m長同步襯砌臺車平均施工進度為142.8 m/月;16.5 m長同步襯砌臺車平均施工進度為196.8 m/月，其中考慮每組搭接10 cm)。

3.1.1.2 臺車配置合理性計算

1)第1掘進段計算

TBM第1掘進段長度為5 594 m(DIK421+239～DIK415+645)，完成第1掘進段共需5 594 m÷500 m/月=12個月(2010年7月～2011年6月)。

襯砌施工晚TBM掘進施工3個月開始，到2011年6月TBM第1掘進段完成襯砌施工9個月×196.8 m/月×2=3542m，TBM第1掘進段還剩余5594-3542=2052 m(其中包括綜合洞室預留)未進行襯砌。

TBM掘進至斜井鉆爆法施工段(DIK415+645～DIK410+930)后開始進行步進施工。斜井施工段長度為4715m，TBM斜井施工段步進需要4715m÷2 000m/月=2.4個月;TBM步進的同時，TBM后側進行連續皮帶機的安裝，TBM步進及皮帶機安裝共需3個月，即TBM第2掘進段于2011年10月開始。TBM步進及安裝皮帶機的同時，后側進行邊墻基礎施工，邊墻基礎施工至TBM拖車后;2臺TBM施工段同步襯砌臺車、臺架隨TBM一同向前行走，直至行走到TBM拖車后;在隧道內羅家理斜井施工段組裝鉆爆段同步襯砌臺車，組裝完成后行走至斜井與正洞交匯處(DIK413+388)。

2)第2掘進段計算

TBM第2掘進段長度為7 340 m(DIK410+930～DIK403+590)，完成第2掘進段共需7 340 m÷450 m/月=17個月(2011年10月～2013年2月)。

出口鉆爆段長度為2 113 m(DIK423+352～DIK421+239)，TBM掘進第2掘進段時擬再投入1臺長度12 m，臺車半徑為5 m的普通鉆爆段襯砌臺車進行鉆爆段襯砌，2 113 m÷142.8 m/月=15個月＜19個月(17個月+2個月)，滿足工期要求。

TBM第1掘進段剩余襯砌長度2 052 m，TBM掘進第2掘進段時擬再投入1臺長度12m，臺車半徑為4.63 m的普通TBM施工段襯砌臺車進行鉆爆段襯砌，2 052 m÷142.8 m/月=15個月＜17個月，滿足工期要求。同時該臺臺車還可進行預留綜合洞室段襯砌施工，且當TBM第2掘進段施工完成后，還可用作TBM第2掘進段的預留綜合洞室襯砌施工。

羅家理斜井向出口方向鉆爆段長度為2 257 m(DIK415+645～DIK413+388)，TBM掘進第2掘進段時擬再投入1臺長度12 m，臺車半徑為5 m的普通鉆爆段襯砌臺車進行鉆爆段襯砌，2 257 m÷142.8 m/月=16個月＜19個月(17個月+2個月)，滿足工期要求。

羅家理斜井向進口方向鉆爆段長度為2 458 m(DIK413+388～DIK410+930)，采用長度12 m的鉆爆段同步襯砌臺車進行襯砌，2 458 m÷142.8 m/月=18個月＜19個月(17個月+2個月)，滿足工期要求。

TBM第2掘進段長度為7 340 m，采用2臺長度16.5m的TBM施工段同步襯砌臺車進行襯砌，7 340 m÷(196.8 m/月×2)=18.6個月＜19個月(17個月+2個月)，滿足工期要求。

考慮綜合因素影響，通過合理的計算和編排，在保證節點工期的前提下本工程最少需投入6臺臺車，即2臺長度16.5 m的TBM施工段同步襯砌臺車、1臺長度12 m的鉆爆段同步襯砌臺車、2臺長度12 m的普通鉆爆段襯砌臺車、1臺長度12 m的普通TBM施工段襯砌臺車，可滿足施工要求。

3.1.2 臺車、臺架行走管理

臺車、臺架行走的同時不影響皮帶機出碴是同步襯砌施工成敗的關鍵，考慮到臺車、臺架行走前方需拆除皮帶機支架，后側需要安裝皮帶機支架，在臺車、臺架設計時，在臺車與臺架之間設置了拉門式支架，并在臺車、臺架與皮帶機支架等高位置設置了滑道軸承托架，用于托起皮帶機滾輪。臺車定位、澆注混凝土、混凝土養護時前拉門式支架張開，第1節拉門式支架行走至皮帶機支架處時拆除固定在邊墻上的皮帶機支架，施工完成后重復該工序;同時后拉門式支架壓縮，后一節拉門式支架與后側皮帶機支架距離超過4.5 m后，將臺架前拆除的皮帶機支架搬運至臺車后重新在邊墻上安裝。皮帶機支架的拆除、安裝將不會影響皮帶機的正常運行。

前端拆除皮帶機支架、后側安裝皮帶機支架及電線路梳理與臺架的行走密切相關，施工中應加強相互溝通，保證各步驟協調一致，防止發生安全事故。

3.1.3 管線過臺車布置

同步襯砌臺車在設計時，在臺車上部設直徑2.2 m風管滑行托盤，保證通風管在臺車上滑行。臺車、臺架行走時，利用前工作臺拆除風管掛鉤，利用后工作臺架重新將風管掛設，保證襯砌臺車行走及襯砌時，通風機正常供風［9］。

隧道進洞右手側布設有通訊電纜、電力線路、視頻信號光纜、皮帶機急停開關線，隧道進洞左手側布設有高壓電纜、照明線路。在臺車、臺架第一平層的左側上設置滾筒托架，作為高壓電纜的支撐，將通過的高壓電纜電線放置在滾筒托架上進行保護，照明線路、通訊電纜、電力線路、視頻信號光纜、皮帶機急停開關線拆移至襯砌臺車內側地面。這樣，無論襯砌臺車和作業臺架是在行走狀態還是作業期間，均不會影響正常的皮帶機出碴、洞內通信和電力供應，達到真正的同步。

在施工過程中要特別注意保護好沿皮帶機機架和隧道邊墻敷設的各種光纜、電纜等管線路，如果需要拆、動皮帶急停裝置，則必須通知TBM主控室和洞口總調度室。

3.1.4 混凝土設備改進

傳統襯砌混凝土澆注時，輸送泵需占用一條運輸軌線，通過在臺車前后增設道岔解決機車雙線運輸。優點是輸送泵可放置在運輸軌道上，幾臺臺車共用一臺輸送泵;缺點是每列機車只能運輸1節10 m3混凝土罐車，且輸送泵還要占用一條運輸軌線，無法滿足TBM掘進運輸機車快速通過。

為保證混凝土澆注時，輸送泵不占用運輸軌道，單位專門訂做HBMY-60/16-110S混凝土拖泵(見圖1)，該輸送泵特點為:輸送泵最寬處僅為1.1 m，可直接放置在邊墻基礎上，并配備有液壓行走機構(使用時液壓支腿收縮將輸送泵放置在邊墻基礎上，行走時液壓支腿張開，利用行走小輪將輸送泵升起、行走)。將輸送泵放置在邊基上后，每列機車運輸混凝土罐車可一次性牽引2～3節，大大增加了牽引機車的工作效率。混凝土澆注的間隙輸送泵、混凝土罐車不會占用運輸軌道，保證雙線運輸的暢通。

圖1 HBMY-60/16-110S混凝土拖泵Fig.1 HBMY-60/16-110Sconcrete pump trailer

3.2 施工管理

3.2.1 洞外配套設施管理

同步襯砌施工混凝土采用洞外拌合站集中生產，軌行式混凝土罐車運輸，為加快混凝土的澆筑時間，提高襯砌的施工進度，要求拌合站混凝土的生產能力和機車的運輸能力必須滿足襯砌施工的需要，并且配備合理。

1)拌合站。為滿足TBM掘進施工及同步襯砌施工，擬修建3座攪拌站(90拌和站、75拌和站、750×2拌和站)。90攪拌站主要用于拌制隧道二次襯砌混凝土，75攪拌站主要用于拌制橋梁、仰拱預制塊混凝土，750×2攪拌站主要用于拌制噴射混凝土。各個拌合站通過軌道聯接在一起，若90拌合站出現故障，75攪拌站也可拌制襯砌混凝土，保證洞內混凝土供應的連續性。

2)有軌運輸。隧道內采用有軌運輸，運輸軌道為四軌雙線，軌距900mm，選用43kg/m標準鋼軌直接鋪設在仰拱預制塊上，25 t內燃機車牽引運輸。洞內混凝土運輸采用1節25 t內燃牽引機車和2～3節10 m3混凝土罐車運輸。為保證襯砌混凝土及TBM掘進支護所需材料供應的連續性，專門成立了機車調度室，負責機車的合理調配、編組。

3.2.2 洞內施工管理

同步襯砌施工主要由邊墻基礎施工、皮帶機支架拆除、防水系統施工、臺車(臺架)行走(就位)混凝土入模、混凝土帶模養護、脫模及修補、皮帶機支架安裝、混凝土后期養護等工序組成。各工序緊密相連，施工中必須加強相互溝通、協調，保證工序的順利銜接，提高襯砌施工進度。

3.2.2.1 邊墻基礎施工及臺車軌道鋪設

TBM后配套拖車通過后，在仰拱塊兩側填充混凝土頂面施工邊墻基礎，作為襯砌臺車行走軌道的基礎。邊墻基礎采用定型鋼模一次立模澆注。邊墻基礎距隧道中心線2.2m，高56cm，邊墻基礎頂標高即為運營水溝底標高，邊基施工緊跟TBM尾端，以保證臺車軌道鋪裝的結構強度。

TBM掘進通過后，TBM除塵風機流出的廢水攜帶大量粉塵及噴射混凝土的回填料將仰拱塊兩側及中心水溝填滿，邊基施工前須將仰拱塊兩側邊基位置的回彈料、淤泥、虛碴等進行清理。邊基清底采用人工清除，噴混凝土回填料必須動用電鎬才能清理，邊基清底量較大，邊基施工進度緩慢。為降低邊基清底的施工難度，減少清碴量，將邊基填充工序調整到仰拱塊安裝區，仰拱塊底部注漿完成后及時澆注邊基填充混凝土，有效地減少了邊基清碴量。

邊墻清底是邊墻基礎施工控制的重點，完全清理填充頂面及初支邊墻腳部位的回彈及虛碴，用水沖洗填充混凝土表面并鑿毛，以防出現邊基亂根。

邊墻基礎完成澆筑7 d后，根據臺車行走的需要可在邊墻基礎上鋪設臺車行走軌道，臺車行走軌道選用43 kg/m標準鋼軌，軌距5 m，前后工作臺架、模板臺車及伸縮支架的軌道共用。

3.2.2.2 前皮帶機支架拆除

前工作臺架前行4.5 m后，就必須拆除臺架前相鄰的一個皮帶機支架。皮帶機支架拆除前先用臨時支撐(如爬梯)撐起皮帶機支架的橫梁，再拆除皮帶機支架的斜撐，臺架前行至皮帶機支架處再拆除皮帶機支架的橫梁，拆除的皮帶機支架轉運至臺車后端備用。皮帶機支架拆除設置專人，人員分工明確，施工中相互配合。

3.2.2.3 臺車、臺架行走、就位

防水系統檢查合格后，人員操作手柄臺車前行，同時前拉門式支架壓縮，后拉門式支架伸長。

臺車行走到位后，由臺架、升降油缸、水平橫移油缸、模板總成間的各伸縮油缸動作完成對接和中線、水平定位，并由模板總成及模板自身的連接銷、鎖定螺栓(桿)等完成臺車鎖定。同時再次檢查皮帶機在臺車上的運行情況并及時進行糾偏，檢查風管、電纜電線等是否正常。模板臺車定位并鎖定后，即進行木模堵頭安裝。在安裝堵頭板的過程把橡膠止水帶、背貼止水帶也一并安裝好。

3.2.2.4 混凝土入模

混凝土澆注前在臺車上布置管路，實現臺車的分層、對稱澆筑。為減少倒車次數，輸送泵放在臺車靠洞口一側的端頭，接直徑150 mm硬管上臺車的平臺，在平臺上縱線設置2節硬管，在每節管的端頭位置設置三通管，管口設置軟管分別向臺車兩側邊板位置的一倉、二倉進料窗口泵送混凝土，當混凝土滿2倉后，在縱向直管上設置直角彎管，采用軟管連接位于臺車拱頂的進漿孔進行封頂灌注。

在澆筑過程中，專人隨時檢查臺車上的各種桿件，加固支撐，并對絲桿進行緊固。

3.2.2.5 皮帶機支架安裝

襯砌臺車前行至下一襯砌段后，收縮后拉門式支架，當最后一節拉門式支架與其尾部的第1節皮帶機支架距離達到4.5 m時，即可安裝皮帶機支架。皮帶機支架安裝前，先在皮帶機支架橫梁水平位置對應的邊墻混凝土面和同一法線高出邊基頂面30 cm處的邊墻混凝土面用沖擊鉆分別打設一個用于支撐架固定直徑20的膨脹螺栓孔。先安裝皮帶機支架的橫梁，橫梁安裝時，靠近混凝土面一側用膨脹螺栓固定，外側用臨時支撐(如爬梯)撐起。橫梁安裝完成后，再開始安裝皮帶機支架的斜撐，待皮帶機支架的橫梁、斜撐螺栓緊固完成后，取掉臨時支撐完成皮帶機支架安裝。

皮帶機支架安裝設置專人，人員分工明確，施工中相互配合。

3.3 勞動組織管理

如何根據同步襯砌的作業特點對作業人員進行科學合理的配置是工程施工的重點。在現場人員組織上，按照施工工序劃分若干施工單元，根據各施工單元的技術特點設置班組，配置專人、明確分工，充分調動員工的生產積極性。施工中各作業班組相互配合，各工序緊密銜接，并形成流水化作業，確保同步襯砌施工的正常開展。

由于西秦嶺隧道工程首次采用連續皮帶機出碴下的同步襯砌施工技術，沒有類似工程經驗可以借鑒，在崗位劃分及勞動力配置方面還有待與從事TBM施工的廣大工程技術人員探討、研究。西秦嶺隧道工程同步襯砌勞動力資源配置見表1。

表1 同步襯砌勞動力資源配置表Table 1 Labors for synchronous lining casting

為滿足當前2部同步襯砌臺車的施工需要，共計投入各類管理、服務、生產人員133人(不包含有軌運輸司機和調車員)。

4 施工中的創新管理措施

4.1 邊墻基礎的創新設計

中天山同步襯砌施工矮邊墻設計成臺階狀，邊墻基礎施工需要分3步進行:第1步，仰拱預制塊兩側混凝土填充施工;第2步，第1臺階混凝土澆筑;第3步，第2臺階混凝土澆筑。施工工序較多，且每序混凝土接縫處都必須施工止水。本工程在考慮臺車設計時，在仰拱預制塊兩側混凝土填充面上只澆筑一層混凝土作為襯砌臺車行走軌道的基礎，減少了施工工序，節省了止水材料，降低了成本。

4.2 混凝土輸送泵的改進

采用傳統有軌運輸的襯砌混凝土澆注時，輸送泵需占用一條運輸軌線，且每列機車只能運輸1節10 m3混凝土罐車，無法滿足TBM掘進運輸機車快速通過。本工程訂做HBT60拖式混凝土輸送泵可直接放置在邊墻基礎上，且每列機車運輸混凝土罐車可一次性牽引2～3節，大大增加了牽引機車的工作效率。

4.3 臺車、臺架行走班設立

針對本工程皮帶機出碴下的同步襯砌施工，除了傳統襯砌施工配置的防水層施工班、臺車修整班、混凝土修補養護班、木工板、混凝土澆筑班外，還增加了1個臺車、臺架行走班，專門負責臺車、臺架的行走軌道鋪設、連續皮帶機支架的拆除(安裝)及臺車(臺架)的行走，保證了皮帶正常運轉情況下支架的拆除、安裝。

5 結論與討論

皮帶機出碴下的同步襯砌施工在蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程中取得了成功，2010年10月隧道完成二次襯砌施工467.4 m(2臺同步襯砌臺車)，同時TBM完成掘進593 m，實現了TBM掘進與襯砌施工的同步，有效減少了TBM掘進與襯砌施工的干擾，提高了襯砌施工進度。但施工中的組織協調還有許多需要改進的地方，施工中必須加強現場組織調度工作，制定相應的操作規程和崗位職責，協調好各工序的關系，才能既保證施工的安全質量，又能提高施工進度、縮短施工工期、減少資金投入、提高施工效率。本文提供的勞動力配置僅供參考，在施工中還需合理優化。

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