長大隧道TBM施工有軌運輸設備的配置研究

葉智彰

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 401120)

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長大隧道TBM施工有軌運輸設備的配置研究

葉智彰

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 401120)

摘要：依托蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程,針對TBM施工條件下近20 km長的運輸距離，進行有軌運輸設備配置研究。在滿足各施工面生產需要前提下，確保每臺設備的利用率達到最佳，同時又不會造成設備誤工浪費，實現在各工作面流水作業。通過對該工程實施的驗證，效果良好，為類似項目提供借鑒。

關鍵詞：長大隧道；TBM施工；有軌運輸；設備配置

有軌運輸方式的特點是適用性強，能運輸各種類型的碴土及施工材料,能適應各種區間隧道長度，系統本身采用的技術及產品也極為成熟可靠。目前國內的土壓平衡式盾構法和TBM施工的運輸系統，均采用軌道方式[1]。在TBM施工的長大隧道中運輸設備配置涉及與TBM能力匹配、后方同步二次襯砌施工進度、購置成本以及施工管理等問題。要達到最佳的經濟、施工效益必須配置最優運輸設備[2]。

1 工程概況

總長28.236 km的蘭渝鐵路西秦嶺特長隧道位于甘肅省隴南境內，本隧道穿越秦嶺、呈西北—東南走向。隧道最大埋深1 400 m，為蘭渝線的重點控制性工程。由隧道兩個口對向開挖完成，進口段采用鉆爆法施工8.5 km，出口段19.7 km范圍由直徑10.23 m、長180 m的TBM施工，日均掘進15～20 m，分2兩個階段實施(以中間羅家理斜井為界),具體情況見圖1。出口TBM施工段采用有軌運輸方式承擔TBM開挖支護、后方同步二次襯砌(3部同步襯砌臺車作業)及附屬工程所需的物料運輸任務，TBM掘進產生的棄碴由連續皮帶機輸送帶方式運送。為確保有軌運輸順暢，滿足施工需要，同時兼顧經濟性，必須對投入的有軌運輸設備進行優化配置。

2 TBM掘進運輸設備配置

2.1 列車編組

圖1 出口段施工情況示意圖

牽引機車1臺+8 m3罐車2臺+仰拱塊車2臺+平板車1臺，運送鋼軌時需要加掛2臺平板車，通勤時間加掛人員乘坐車。

2.2 所需運輸車輛

配置運輸設備所需工作參數為：TBM掘進循環時間30 min；重車進洞速度12 km/h；輕車出洞速度15 km/h；洞外裝車調度時間20 min；最遠運距21 km。同時應注意：

(1)每隔約2 km，設置1處單開道岔，單程通過每組道岔延誤時間按1 min計。穿越同步襯砌區域必須減速，單程影響時間按3 min計。

(2)同步襯砌區域單向通行(僅考慮1#、2#襯砌臺車)，列車等候時間按5 min計。

最遠運距時列車運行循環時間為：(21 km/12 km/h+21 km/15 km/h)×60 min/h+20 min+1×20 min+3 min×2+5 min×2=245 min，此間TBM掘進循環數245 min/30 min/個=8.2個，計8個，則需要5個列車編組投入運行，另外還需要考慮備用車輛(建議備用機車1臺，兼作洞外調度用車；仰拱塊車2臺，8 m3罐車2臺)。

2.3 車輛配置計劃

綜上所述，TBM施工所需有軌運輸車輛配置如下：25 t機車，6臺；8 m3罐車，12輛；仰拱塊車，12輛；平板車，6輛(有些材料可以和其他車輛混編運輸)；人員乘坐車，4輛(普通型3臺、豪華型1臺)。

2.4 各掘進區段車輛需求計劃

各掘進區段車輛需求計劃見表1。

表1 各掘進區段車輛需求計劃(不含人員乘坐車)

注：①洞外運距按1 km計算；②列車編組配置已經考慮備用車輛；③開始試掘進，整機運行影響因素較多，掘進速度按40 min/循環考慮；④進洞段2 km步進通過，羅家理斜井段2 km步進通過；⑤羅家理步進段，施工材料運輸相對集中，并且運距較長，建議按照最遠運距配置；⑥TBM掘進總長度16 km，因此最后剩余的0.6 km不再增加運輸車輛；⑦根據前2 km鉆爆施工揭露的圍巖條件以及隧道縱斷面圖，TBM在本工程創造高進尺紀錄的可能性非常大，此時將采取降低二襯綜合速度、保證TBM高速掘進的措施，以避免大量增加運輸車輛；⑧TBM開始掘進后，通過2～3 km掘進，綜合評定掘進速度，屆時再調整運輸設備配置。

3 同步二次襯砌運輸設備配置

3.1 列車編組

機車1臺+10 m3罐車2臺，每個工作面各配備2臺平板車運輸物料及雜物，人員通勤采用TBM掘進有軌運輸車輛，不再單獨配置。

3.2 1#、2#襯砌臺車所需運輸車輛

襯砌臺車所需運輸車輛計算依據:模板臺車長度16 m；重車進洞速度12 km/h；輕車出洞速度15 km/h；每模混凝土方量124.16 m3(圍巖級別不同稍有差別)；最遠運距21 km；混凝土澆筑用時10 h；運輸罐車額定容量10 m3(實際有效容量為8 m3)；共需列車編組次數8車次；每列編組澆筑時間75 min(2罐混凝土用時75 min)；混凝土拌制時間35 min(含調度)；其他延誤用時(20+4) min，每2 km過道岔延誤1 min，穿越臺車2×2 min。

列車編組運行循環時間：(21 km/12 km/h+21 km/15 km/h)×60 min/h+35 min+1×20 min+2×2 min=248 min。248 min時間內可澆筑混凝土車次(按列車編組計算)248 min/75 min/車次=3.3車次，取值4車次。

因此，對于1#臺車，投入運行的列車編組為5列；1#、2#臺車均跟隨TBM施工二襯，通過施工組織與協調，基本上可以實現兩部臺車輪流澆筑，則2部臺車共用一套運輸設備。

3.3 3#臺車所需運輸車輛

3#襯砌臺車承擔洞口至斜井之間TBM施工段和洞口步進段的全部襯砌任務，在羅家理斜井前，需要單獨配置運輸車輛。出口段2 km斷面大、每模需要澆筑的混凝土約為160 m3，但由于運距短，不單獨計算，因此按照抵達羅家理斜井之前的運距、混凝土量計算。

3#臺車抵達羅家理之前，最遠運距11 km，每模澆筑混凝土量124 m3。

列車編組運行循環時間：(11 km/12 km/h+11 km/15 km/h)×60 min/h+35 min+1×10 min=144 min，144 min時間內可澆筑混凝土車次(按列車編組計算)144 min/75 min/車次=1.92車次，取值為2車次。因此，對于3#臺車，投入運行的列車編組為3列。

綜合考慮，備用機車與TBM掘進共用，10 m3罐車備用3臺。

3.4 車輛配置計劃

綜上所述，二襯所需有軌運輸車輛配置如下：機車，7臺；10 m3罐車，17臺；平板車，4臺。

4 有軌運輸設備配置計劃

根據以上計算分析,本項目有軌運輸系統需投入的運輸設備：25 t機車，13臺(含TBM與二襯備用共1臺)；8 m3罐車，12臺(TBM用，自帶動力、無動力各半)；仰拱塊車，12臺(步進期間共同運輸仰拱塊)；平板車，10輛(步進期間共同運輸仰拱塊)；10 m3罐車，17臺；人員乘坐車，4輛。

洞口段2 km為TBM步進段，TBM掘進機每個步進循環時間為6 min，影響步進速度的關鍵因素是仰拱塊運輸。因此，計劃TBM在羅家理斜井段步進時，列車編組為:機車1臺+仰拱塊車4臺，提高仰拱塊運輸效率；考慮TBM掘進機靠前坡段位置仰拱吊機起吊范圍只能滿足2臺仰拱塊車駛入，需要在距離TBM最近的道岔處增加1臺調度車輛。所需運輸設備為：每日仰拱塊編組車次，23次(90塊/4塊/次=22.5次，取23次，日鋪設90塊,每次4塊)；每日需鋪設鋼軌數量，13根(160 m/12.5 m/根=12.8根，取值13根，每日步進160 m)；每次延伸鋼軌時間，0.5 h；每日鋪設鋼軌用時，6.5 h(0.5 h/根×13根=6.5 h)；TBM有效步進時間，15.5 h(保養2 h,(24-6.5-2)h=15.5 h)；仰拱塊鋪設和調度用時，40 min(15.5 h×60 min/h/23次=40 min/次，TBM尾部調度)；最遠運距，13 km；洞外裝車、調度，30 min。

每列車運行循環時間為：(13 km/12 min/h+13 km/15 km/h)×60 min/h+30 min+1×6×2 min=159 min，在此時間內，需要運抵TBM尾部的列車編組數量159 mm/40 mm/列=3.975列，取值4列。

因此，需要投入運行的仰拱塊列車編組為5列，同時至少需要備用機車1臺、仰拱塊車2臺，即通過羅家理斜井鉆爆段步進期間合理的車輛需求如下：機車6臺，仰拱塊車4×5臺+2臺=22臺。

故TBM在步進期間機車可以統籌調度，必要時犧牲二襯確保步進，故不需要另外增加。

5 結束語

通過本項目實施可以看出該有軌運輸設備配置方案是較為理想的，在高產時TBM達到月進尺772 m、同步二襯月進尺達到608 m，所取得的這些成績除了與TBM系統設備本身的適應性有關外還和高效及時的物流運輸密不可分。當然，要保證運輸及時，科學、合理的進行也離不開快速、完善的調度系統，調度速度的加快，提高了機械設備的利用率，充分發揮了設備的作用，由此帶來的經濟效益、時間效益也是巨大的。可以為此類工程提供參考。

參考文獻

[1]楊永榮.淺談長大隧道有軌運輸機械設備配套管理技術[J].科技視界，2012(17)：271

[2]石文林.長大單線鐵路隧道有軌運輸快速施工組織[J].隧道建設,2009(S2):125

A Study of the Allocation of the Rail Transportation Equipment of the TBM Construction for Long and Large Tunnels

Ye Zhizhang

(The Tunnel Engineering Co. Ltd. of the 18th Bureau Group of China Railway,Chongqing 401120,China )

Abstract:With the Qinling Tunnel Project west of the Lanzhou-Chongqing Railway as a practical example,and about-20 km-long transportation distance taken into account, the allocation of rail transportation equipment is studied in the paper.On the premise that all the requirements of all the working faces are met, the utilization ratios of each device is enabled to achieve the best,and in the meantime, none of the equipment is wasted or delayed, the flow at all the working faces is realized.Through the verification of the implementation of the scheme,it is found to be satisfactory. The project may serve as a useful reference for other similar ones.

Key words:long and large tunnels；TBM construction；rail transportation；allocation of the equipment

收稿日期：2016-03-08

作者簡介：葉智彰(1978—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術管理工作254762596@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.03.005

中圖分類號：U455.2；U455.33

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)03-0020-03