單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工研究

李　良

(中國中鐵二局股份有限公司， 四川成都 610031)

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單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工研究

李良

(中國中鐵二局股份有限公司， 四川成都 610031)

【摘要】單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工是技術發(fā)展的必然趨勢，文章通過對現(xiàn)有機械的適用性分析和對施工工序的研究，提出了適合單線鐵路隧道的機械化配套方案和進度指標。主要研究結論如下：(1)從經(jīng)濟成本考慮，對于一條隧道占線比大的鐵路干線，可將機械化配套分為基本配置和加強配置。基本配置適用于短隧道及長隧道非控制工期的工區(qū)。加強機械化配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。(2)由于單線鐵路隧道凈空的限制，通過對配套機械適用性分析，加強機械化配套增加或改用的設備主要體現(xiàn)在圍巖比較好的Ⅱ級、Ⅲ級圍巖可使用全斷面開挖段落。進度指標的改進也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進度指標與基本配置段落相同。

【關鍵詞】單線鐵路隧道；無軌運輸；機械化配套

鐵路隧道施工機械化配套技術的應用和研究始于20世紀80年代，衡廣復線大瑤山隧道的建設引入液壓鑿巖臺車、混凝土噴射三聯(lián)機和模板臺車等大型隧道施工設備。但是受科技發(fā)展以及預算投資等方面的限制，我國鐵路隧道施工的快速修建設備配套技術水平、施工裝備及國產化發(fā)展速度緩慢，整體技術較日本、歐洲國家仍很落后。湯憲高等為研究長大隧道大型機械化施工建造費用確定的方法和途徑，通過對隧道施工機械化配套技術研究及實際施工情況的調查與測定，對機械化施工進行工程經(jīng)濟分析研究，核算出隧道在不同圍巖條件下的施工機械化配置，在合理的施工組織條件下的經(jīng)濟指標及所需要的工程費用。徐穩(wěn)超等為分析雙線鐵路隧道機械化配套的適用條件，以貴廣鐵路雙線隧道機械化配套的施工資源配置情況為例，從進度、安全、質量和經(jīng)濟指標等要素入手，對雙線隧道機械化配套適用性進行系統(tǒng)地分析，提出在大斷面長大隧道鉆爆法施工中應盡可能地實施機械化配套。李有兵以貴廣鐵路天平山隧道為例，從超前地質預報、開挖與支護、裝碴與運輸以及仰拱施工、防排水、二次襯砌等方面，詳細地介紹了鐵路隧道機械化配套技術。劉全貴等在寶麟鐵路何家灣隧道就單線鐵路隧道機械化配套快速施工組織進行了研究，提出了各工序施工組織及機械配套的合理建議，減少了工序間的干擾，加快了施工進度。張群健以拉林鐵路桑珠嶺隧道為例，對單線鐵路隧道的機械化配套進行了探討，并對配套作業(yè)效率進行了分析，提出了制度和人員管理方面的要求。Q/CR 9226-2015《鐵路隧道工程施工機械配套技術規(guī)程》按單作業(yè)面月平均綜合進度指標不小于150 m提出了單線鐵路隧道無軌運輸單個作業(yè)面參考配置。

目前的機械化配套研究以大斷面的高鐵雙線隧道居多，低標準的單線鐵路隧道相對較少，僅有的幾篇文章以工點案例對單線隧道的機械化配套進行論述，主要為有軌運輸中的配套模式與施工組織，其余文獻涉及到相關機械少，同時沒有對機械化配套進度指標進行研究，在為類似工程借鑒時，幫助有限。本文擬通過對相關工程的總結，對單線隧道無軌運輸機械化配套的配置適用性進行分析，在Q/CR 9226-2015《鐵路隧道工程施工機械配套技術規(guī)程》參考配置的基礎上添加適合的機械，并根據(jù)施工經(jīng)驗對施工工序進行分解，提出機械化配套進度指標，用于施工組織設計。

1問題的提出

鐵路建設中，尤其是山區(qū)鐵路，隧道比例大，長大隧道多，施工工期緊張，如何提高施工效率尤為重要。單線鐵路隧道斷面較小，洞內各工序相互影響較大，為了提高施工效率，節(jié)省工期，同時為了貫徹以人為本的思想，盡量減少人工作業(yè)，改善勞動條件，發(fā)展及推廣機械化施工是很有必要的。隧道鉆爆法機械化施工以其“進度快、安全好、質量高、污染少”的優(yōu)勢越來越受到建設方與施工單位的關注。但是現(xiàn)階段單線鐵路隧道機械化施工仍處于試點階段，很多工點僅僅是使用了個別機械來改進施工效率，缺乏成套的機械化施工成果。在施工組織設計時，相關規(guī)范上也沒有相應的進度指標。

2主要機械設備的作業(yè)空間適應性

主要機械設備尺寸及作業(yè)空間分析見表1。

結合上述機械設備的自身尺寸和作業(yè)空間以及單線隧道斷面尺寸及施工方法，以上設備除自行式移動棧橋因單線隧道仰拱空間較小使用不便外，其他設備都能適用于單線Ⅱ、Ⅲ級圍巖的全斷面施工。

3施工機械化配套方案

以西南某山區(qū)單線鐵路為例，線路總長300 km，隧道占線比55 %，其中10 km以上隧道4座，土建要求工期最小為40個月。根據(jù)隧道長度、工期、圍巖條件、施工排水、施工通風等因素綜合考慮施工機械配置方案，主要分為基本配置和加強配置。

表1　主要機械化設備尺寸和作業(yè)空間表

(1)基本配置。基本配置適用于短隧及長隧非控制工期的工區(qū)。

(2)加強配置。加強配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。在基本配置的基礎上將多功能作業(yè)臺架改為2臂鑿巖臺車、裝載機改為挖裝機、噴射機改為混凝土噴射機組，增強了開挖、支護及出碴裝載、運輸設備能力，綜合能力較基本機械化配置有所提高。由于更改的設備目前主要應用于全斷面開挖，本線加強機械化配套主要應用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖地段，進度指標的改進也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進度指標與基本配置段落相同。

各配置方案具體機械配備情況見表2。

4施工進度指標分析

4.1基本機械配置方案施工進度指標分析

在基本機械配置的條件下，通過對相關工程的總結，考慮目前各施工單位的平均施工技術水平，針對單線鐵路隧道施工環(huán)境、地層巖性及施工方法，對各種施工方法按現(xiàn)場施作順序將每個單循環(huán)分解成一定施工工序，綜合考慮各工序施作需占用的施工時間，得出單個循環(huán)施工總時間，從而得出不同圍巖，不同施工方法的施工進度指標(表3～表6)。

Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進尺為3 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為12.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：3×28×24/12.5=161 m。

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進尺為2.5 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為13.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：2.5×28×24/13.5=124 m。

Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖，每開挖進尺為2 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為15.6 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：2×28×24/15.6=86。

Ⅴ級圍巖采用臺階法開挖，每開挖進尺為1.0 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為12.6 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：1.0×28×24/12.6=53 m。

從以上對各級圍巖針對特定施工方法工序的分解，按每個工序占用的施作時間，得出了在普通機械化配置條件下的進度指標。

4.2加強機械化配置方案施工進度指標分析

加強機械化配置方案施工進度見表7、表8。

Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進尺為3 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為10.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：3×28×24/10.5=192 m。

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進尺為2.5 m，開挖支護作業(yè)單循環(huán)時間為11.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進度為：2.5×28×24/11.5=146 m。

4.3機械化配套施工進度指標

經(jīng)過工序分解分析，并根據(jù)本線的地質、地形條件，參照Q/CR 9004-2015《鐵路工程施工組織設計規(guī)范》，經(jīng)與類似條件鐵路比較，最終確定本線單線隧道采用的機械化配套施工進度指標見表9。

表2　基本配置方案主要設備配置表(單作業(yè)面)

表3Ⅱ級圍巖段—全斷面法施工進度

表4?、蠹墖鷰r段—全斷面法施工進度

表5?、艏墖鷰r段—臺階法施工進度

表6?、跫墖鷰r段—臺階法施工進度

表7?、蚣墖鷰r段—全斷面法施工進度

表8?、蠹墖鷰r段—全斷面法施工進度

表9　單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工進度指標

m/月

5結論與討論

通過單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套的研究，有以下設計體會，其結論可供類似工程設計時參考。

(1)單線鐵路隧道無軌運輸施工方式采用機械化配套是隧道施工發(fā)展的必然方向，能夠提高施工效率，減少人員浪費，保證施工安全。

(2)從經(jīng)濟成本考慮，對于一條隧道占線比大的鐵路干線，可將機械化配套分為基本配置和加強配置。基本配置適用于短隧及長隧非控制工期的工區(qū)。加強機械化配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。在基本配置的基礎上將多功能作業(yè)臺架改為2臂鑿巖臺車、裝載機改為挖裝機、噴射機改為混凝土噴射機組，增強了開挖、支護及出碴裝載、運輸設備能力，綜合能力較基本機械化配置有所提高。

(3)由于單線鐵路隧道凈空的限制，通過對配套機械適用性分析，加強機械化配套增加或改用的設備主要體現(xiàn)在圍巖比較好的Ⅱ級、Ⅲ級圍巖可使用全斷面開挖段落。進度指標的改進也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進度指標與基本配置段落相同。

(4)目前單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工并未大規(guī)模開展，所例舉的配置和分析得出的進度指標在實際施工中的可靠性還有待考證，倒車轉盤等設備在單線隧道中的應用還存在不少問題，但是隨著科技的發(fā)展，這些問題都會迎刃而解。

參考文獻

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[作者簡介]李良(1984～)，男，本科，工學學士，工程師，主要從事鐵路施工項目管理工作。

【中圖分類號】U455.3

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-04