小斷面水利隧洞有軌運(yùn)輸施工技術(shù)

任 偉

中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043

隨著隧道施工技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路、公路中的長(zhǎng)大隧道基本采用大型機(jī)械化的無(wú)軌運(yùn)輸施工，施工速度快，便于施工組織。但在一些較長(zhǎng)的水利隧洞施工過(guò)程中，受隧洞斷面影響，無(wú)法有效地組織大型機(jī)械化的無(wú)軌運(yùn)輸施工。在進(jìn)行無(wú)軌運(yùn)輸施工組織中，由于內(nèi)燃施工設(shè)備的增加，尾氣排放將增加原本就通風(fēng)困難的小斷面隧洞的施工通風(fēng)成本，且對(duì)施工人員的安全和健康造成不利影響。為此，以拉丁美洲國(guó)家玻利維亞米基亞斯水電站1號(hào)引水隧洞為例，詳細(xì)論述了無(wú)軌運(yùn)輸與有軌運(yùn)輸?shù)姆桨副冗x，選定有軌運(yùn)輸施工方案，以有效節(jié)約該工程的施工成本，提高施工生產(chǎn)效率，達(dá)到改善施工環(huán)境的目的。

1 工程概況

該水電站1號(hào)引水隧洞位于玻利維亞拉巴斯地區(qū)因基西維省基米市，距離拉巴斯約300km，地形為山區(qū)，山勢(shì)陡峻，植被覆蓋良好，山坡自然坡度為30°～60°，溝中常年流水，地表水對(duì)隧洞施工影響較小。米基亞斯河流域氣候?qū)儆诟咴瓪夂颍骄鶜鉁貫?3.8℃，年降水量約為768mm，海拔高程約為2900m。隧洞總長(zhǎng)7262km，開(kāi)挖斷面尺寸為3.65m×3.65m，縱坡為0.02%，分進(jìn)、出口兩頭進(jìn)行施工，具體工程概況如表1所示。

表1 米基亞斯水電站1號(hào)引水隧洞工程概況

2 小斷面水利隧洞方案的比選

2.1 有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸方案的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）有軌運(yùn)輸。①優(yōu)點(diǎn)：電力驅(qū)動(dòng)，可以減少洞內(nèi)通風(fēng)壓力。②缺點(diǎn)：軌式礦車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑較大，橫洞與主洞垂直相交的位置需大量的擴(kuò)挖，增加了回填成本；軌式出渣作業(yè)時(shí)，一臺(tái)礦車(chē)裝渣，另一臺(tái)需在洞外等待，待一臺(tái)滿載出洞后另一臺(tái)才能進(jìn)洞裝渣，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，出渣效率低，影響施工進(jìn)度。為了加快施工進(jìn)度，洞內(nèi)需設(shè)錯(cuò)車(chē)道，最小寬度為2m，最小長(zhǎng)度為20m，增加了投資及回填成本；軌式礦車(chē)對(duì)洞口場(chǎng)地需求較高，需要較為寬闊的場(chǎng)地，而該項(xiàng)目隧洞的洞口場(chǎng)地均較為狹窄，洞口不遠(yuǎn)處有河流穿過(guò)，且棄渣場(chǎng)較為分散，洞外軌道布設(shè)受場(chǎng)地影響較大，跨河棄渣較為困難，需二次倒運(yùn)。

（2）無(wú)軌運(yùn)輸。①優(yōu)點(diǎn)：小斷面隧道施工，可以在洞內(nèi)會(huì)車(chē)，無(wú)須增設(shè)加寬帶和掉頭洞，能在洞內(nèi)掉頭，減少了洞內(nèi)擴(kuò)挖所產(chǎn)生的回填費(fèi)用；在出渣的過(guò)程中，需要多輛礦用三輪車(chē)在掌子面附近等待裝車(chē)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)裝渣，有利于加快整齊施工進(jìn)度；采購(gòu)成本低，便于維修保養(yǎng)，靈活機(jī)動(dòng)，用途廣泛；受洞口場(chǎng)地影響較小，對(duì)棄渣場(chǎng)距離遠(yuǎn)近要求不高，無(wú)須二次倒運(yùn)。②缺點(diǎn)：尾氣排放量大，洞內(nèi)通風(fēng)要求高；三輪車(chē)斗容積小，隧道掘進(jìn)越長(zhǎng)，為了保證施工進(jìn)度，需要增加操作人員的數(shù)量。

2.2 施工效率

（1）有軌運(yùn)輸施工。有軌運(yùn)輸采用軌式扒渣機(jī)配合梭式礦車(chē)出渣，配置2臺(tái)16m3梭式礦車(chē)和1臺(tái)電瓶牽引車(chē)組合。扒渣機(jī)采用LW-150型，扒渣能力為150m3/h，每裝滿一組梭式礦車(chē)的時(shí)間按40min計(jì)算。為了保障梭式礦車(chē)運(yùn)行安全，速度按5km/h計(jì)算。按最大距離計(jì)算，進(jìn)、出口各施工3631m，出渣運(yùn)輸時(shí)間為45min。由此，計(jì)算可得每循環(huán)出渣工序耗費(fèi)時(shí)間為85min。

（2）無(wú)軌運(yùn)輸施工。無(wú)軌運(yùn)輸采用履帶式扒渣機(jī)配合農(nóng)用三輪車(chē)出渣，至少應(yīng)配置15臺(tái)2m3農(nóng)用三輪車(chē)進(jìn)行一次性出渣，才能達(dá)到與采用梭式礦車(chē)相同的出渣效率，且在出渣后至少應(yīng)通風(fēng)30min。

2.3 經(jīng)濟(jì)效果

（1）有軌運(yùn)輸施工。有軌運(yùn)輸配置2臺(tái)16m3梭式礦車(chē)和1臺(tái)電瓶牽引車(chē)組合進(jìn)行出渣，電瓶牽引車(chē)到場(chǎng)價(jià)為160000元/臺(tái)，16m3梭式礦車(chē)到場(chǎng)價(jià)為180000元/臺(tái)，軌道材料費(fèi)用與施工費(fèi)用按500元/m計(jì)算，施工3631m，合計(jì)1815500元（鋼軌不計(jì)殘值）。通過(guò)通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算，配置55kW×2二級(jí)調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)，以滿足施工通風(fēng)需要，55kW×2二級(jí)調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)到場(chǎng)價(jià)為250000元/臺(tái)，出渣通風(fēng)時(shí)間按85min計(jì)算，通風(fēng)費(fèi)用為156元/循環(huán)，按每個(gè)作業(yè)面施工3631m計(jì)算，需要1210個(gè)循環(huán)，通風(fēng)費(fèi)用合計(jì)188760元。設(shè)備及通風(fēng)費(fèi)用合計(jì)2774260元。有軌運(yùn)輸單循環(huán)所需人工（按照外籍勞務(wù)工資標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際施工效率考慮）：鉆爆工班8人、出渣工班6人、支護(hù)工班8人，鉆爆工班人工費(fèi)平均工資11000元，出渣工班平均工資6000元，支護(hù)工班平均工資8000元，輔助工種計(jì)入綜合人工費(fèi)用，不作考慮。每日按照1.5個(gè)循環(huán)考慮，每月30天，共計(jì)45個(gè)循環(huán)，每循環(huán)人工費(fèi)為4178元，按照1210個(gè)循環(huán)，總?cè)斯べM(fèi)用為5055111元。通過(guò)上述計(jì)算，采用有軌運(yùn)輸施工需費(fèi)用合計(jì)7829371元。

（2）無(wú)軌運(yùn)輸施工。無(wú)軌運(yùn)輸配置15臺(tái)農(nóng)用三輪車(chē)出渣，農(nóng)用三輪車(chē)到場(chǎng)價(jià)為50000元/臺(tái)。通過(guò)通風(fēng)計(jì)算，稀釋15臺(tái)農(nóng)用三輪車(chē)尾氣至少應(yīng)配置5倍55kW×2二級(jí)調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)才能滿足施工通風(fēng)需要，55kW×2二級(jí)調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)到場(chǎng)價(jià)為250000元/臺(tái)，出渣通風(fēng)時(shí)間按115min計(jì)算，通風(fēng)費(fèi)用為1054元/循環(huán)，按每個(gè)作業(yè)面施工3631m計(jì)算，需要1210個(gè)循環(huán)，通風(fēng)費(fèi)用合計(jì)1275340元。設(shè)備及通風(fēng)費(fèi)用合計(jì)3275340元。無(wú)軌運(yùn)輸單循環(huán)所需人工（按照外籍勞務(wù)工資標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際施工效率考慮）：鉆爆工班8人、出渣工班18人、支護(hù)工班8人，鉆爆工班人工費(fèi)平均工資11000元，出渣工班平均工資6000元，支護(hù)工班平均工資8000元，輔助工種計(jì)入綜合人工費(fèi)用，不作考慮。每日按照1.5個(gè)循環(huán)考慮，每月30天，共計(jì)45個(gè)循環(huán)，每循環(huán)人工費(fèi)為5778元，按照1210個(gè)循環(huán)，總?cè)斯べM(fèi)用為6991111元。通過(guò)上述計(jì)算，采用無(wú)軌運(yùn)輸施工需費(fèi)用合計(jì)10266451元。

通過(guò)方案比選，有軌運(yùn)輸施工相比無(wú)軌運(yùn)輸施工可節(jié)約資金2437080元，選擇有軌運(yùn)輸施工更為經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)可以縮短通風(fēng)排煙時(shí)間，提高施工生產(chǎn)效率，在一定程度上縮短了工期。

3 小斷面水利隧洞有軌運(yùn)輸施工

3.1 洞口場(chǎng)地布置

根據(jù)隧洞洞口地形及實(shí)際使用面積，綜合考慮棄渣場(chǎng)位置、噴射混凝土上料平臺(tái)位置與電瓶牽引車(chē)充電房、設(shè)備修理區(qū)位置，進(jìn)行洞口場(chǎng)地布置。

由于1號(hào)隧洞出口場(chǎng)地的限制，軌道半徑較小，為了保障有軌運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）洞口場(chǎng)地鋪設(shè)軌道，尤其是曲線段軌道的枕木應(yīng)適當(dāng)加密，間距調(diào)整為35～50cm；

（2）在彎道處設(shè)置超高，同時(shí)在低軌道位置鋪設(shè)雙軌道，防止電瓶牽引車(chē)和梭式礦車(chē)在行駛速度較快時(shí)發(fā)生脫軌，彎道處基底采用混凝土硬化處理，并設(shè)置拉筋以固定軌距。

3.2 洞內(nèi)軌道布置

鋼軌采用中國(guó)江西鑫通機(jī)械制造有限公司軌道設(shè)備配套使用的25kg/m鋼軌，軌距90cm，軌枕采用20cm×20cm×120cm木枕，枕木間距為70cm。該隧洞平曲線半徑較大，軌道沿隧洞中線布置。軌道端頭距掌子面不超過(guò)6m，以滿足裝渣作業(yè)需要，道床直接采用隧洞開(kāi)挖的洞渣作為道渣。

3.3 有軌運(yùn)輸管理

（1）調(diào)車(chē)行車(chē)管理：設(shè)置專(zhuān)職車(chē)輛調(diào)度員，統(tǒng)一協(xié)調(diào)安排運(yùn)輸設(shè)備，負(fù)責(zé)車(chē)輛行駛過(guò)程中的協(xié)調(diào)指揮與安全運(yùn)行，便于施工過(guò)程中各工序的有序銜接。

（2）設(shè)備使用管理：制定詳細(xì)的設(shè)備管理制度，定人定機(jī)，專(zhuān)人維護(hù)保養(yǎng)。使設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高設(shè)備的使用效率。

（3）軌道的鋪設(shè)與維護(hù)：設(shè)置專(zhuān)門(mén)的軌道鋪設(shè)與維護(hù)班組，按照規(guī)定正確的布置軌道，并經(jīng)常檢查和維護(hù)軌道，運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，如軌道變形、枕木塌陷等，并及時(shí)處理，以保障有軌運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)玻利維亞米基亞斯水電站1號(hào)引水隧洞進(jìn)行有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸施工方案的比選，選定了有軌運(yùn)輸施工方案，有效地解決了以下問(wèn)題：

（1）有效地解決了長(zhǎng)距離小斷面隧道通風(fēng)困難的問(wèn)題，改善了作業(yè)環(huán)境，節(jié)約了施工通風(fēng)成本；

（2）較大地提高了出渣工序的效率，縮短了施工工期；

（3）玻利維亞當(dāng)?shù)氐V區(qū)較多，有軌運(yùn)輸熟練工較多，有效地解決了當(dāng)?shù)卣衅竸趧?wù)困難的問(wèn)題。