長大隧道TBM施工有軌運(yùn)輸設(shè)備的配置研究

葉智彰

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 401120)

?

長大隧道TBM施工有軌運(yùn)輸設(shè)備的配置研究

葉智彰

(中鐵十八局集團(tuán)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(yùn)輸距離，進(jìn)行有軌運(yùn)輸設(shè)備配置研究。在滿足各施工面生產(chǎn)需要前提下，確保每臺設(shè)備的利用率達(dá)到最佳，同時(shí)又不會造成設(shè)備誤工浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)在各工作面流水作業(yè)。通過對該工程實(shí)施的驗(yàn)證，效果良好，為類似項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長大隧道；TBM施工；有軌運(yùn)輸；設(shè)備配置

有軌運(yùn)輸方式的特點(diǎn)是適用性強(qiáng)，能運(yùn)輸各種類型的碴土及施工材料,能適應(yīng)各種區(qū)間隧道長度，系統(tǒng)本身采用的技術(shù)及產(chǎn)品也極為成熟可靠。目前國內(nèi)的土壓平衡式盾構(gòu)法和TBM施工的運(yùn)輸系統(tǒng)，均采用軌道方式[1]。在TBM施工的長大隧道中運(yùn)輸設(shè)備配置涉及與TBM能力匹配、后方同步二次襯砌施工進(jìn)度、購置成本以及施工管理等問題。要達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)、施工效益必須配置最優(yōu)運(yùn)輸設(shè)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(nèi)，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(diǎn)控制性工程。由隧道兩個口對向開挖完成，進(jìn)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(jìn)15～20 m，分2兩個階段實(shí)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(yùn)輸方式承擔(dān)TBM開挖支護(hù)、后方同步二次襯砌(3部同步襯砌臺車作業(yè))及附屬工程所需的物料運(yùn)輸任務(wù)，TBM掘進(jìn)產(chǎn)生的棄碴由連續(xù)皮帶機(jī)輸送帶方式運(yùn)送。為確保有軌運(yùn)輸順暢，滿足施工需要，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，必須對投入的有軌運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置。

2 TBM掘進(jìn)運(yùn)輸設(shè)備配置

2.1 列車編組

圖1 出口段施工情況示意圖

牽引機(jī)車1臺+8 m3罐車2臺+仰拱塊車2臺+平板車1臺，運(yùn)送鋼軌時(shí)需要加掛2臺平板車，通勤時(shí)間加掛人員乘坐車。

2.2 所需運(yùn)輸車輛

配置運(yùn)輸設(shè)備所需工作參數(shù)為：TBM掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間30 min；重車進(jìn)洞速度12 km/h；輕車出洞速度15 km/h；洞外裝車調(diào)度時(shí)間20 min；最遠(yuǎn)運(yùn)距21 km。同時(shí)應(yīng)注意：

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

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

最遠(yuǎn)運(yùn)距時(shí)列車運(yùn)行循環(huán)時(shí)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(jìn)循環(huán)數(shù)245 min/30 min/個=8.2個，計(jì)8個，則需要5個列車編組投入運(yùn)行，另外還需要考慮備用車輛(建議備用機(jī)車1臺，兼作洞外調(diào)度用車；仰拱塊車2臺，8 m3罐車2臺)。

2.3 車輛配置計(jì)劃

綜上所述，TBM施工所需有軌運(yùn)輸車輛配置如下：25 t機(jī)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(yùn)輸)；人員乘坐車，4輛(普通型3臺、豪華型1臺)。

2.4 各掘進(jìn)區(qū)段車輛需求計(jì)劃

各掘進(jìn)區(qū)段車輛需求計(jì)劃見表1。

表1 各掘進(jìn)區(qū)段車輛需求計(jì)劃(不含人員乘坐車)

注：①洞外運(yùn)距按1 km計(jì)算；②列車編組配置已經(jīng)考慮備用車輛；③開始試掘進(jìn)，整機(jī)運(yùn)行影響因素較多，掘進(jìn)速度按40 min/循環(huán)考慮；④進(jìn)洞段2 km步進(jìn)通過，羅家理斜井段2 km步進(jìn)通過；⑤羅家理步進(jìn)段，施工材料運(yùn)輸相對集中，并且運(yùn)距較長，建議按照最遠(yuǎn)運(yùn)距配置；⑥TBM掘進(jìn)總長度16 km，因此最后剩余的0.6 km不再增加運(yùn)輸車輛；⑦根據(jù)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(chuàng)造高進(jìn)尺紀(jì)錄的可能性非常大，此時(shí)將采取降低二襯綜合速度、保證TBM高速掘進(jìn)的措施，以避免大量增加運(yùn)輸車輛；⑧TBM開始掘進(jìn)后，通過2～3 km掘進(jìn)，綜合評定掘進(jìn)速度，屆時(shí)再調(diào)整運(yùn)輸設(shè)備配置。

3 同步二次襯砌運(yùn)輸設(shè)備配置

3.1 列車編組

機(jī)車1臺+10 m3罐車2臺，每個工作面各配備2臺平板車運(yùn)輸物料及雜物，人員通勤采用TBM掘進(jìn)有軌運(yùn)輸車輛，不再單獨(dú)配置。

3.2 1#、2#襯砌臺車所需運(yùn)輸車輛

襯砌臺車所需運(yùn)輸車輛計(jì)算依據(jù):模板臺車長度16 m；重車進(jìn)洞速度12 km/h；輕車出洞速度15 km/h；每?；炷练搅?24.16 m3(圍巖級別不同稍有差別)；最遠(yuǎn)運(yùn)距21 km；混凝土澆筑用時(shí)10 h；運(yùn)輸罐車額定容量10 m3(實(shí)際有效容量為8 m3)；共需列車編組次數(shù)8車次；每列編組澆筑時(shí)間75 min(2罐混凝土用時(shí)75 min)；混凝土拌制時(shí)間35 min(含調(diào)度)；其他延誤用時(shí)(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(yùn)行循環(huán)時(shí)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(shí)間內(nèi)可澆筑混凝土車次(按列車編組計(jì)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(yùn)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(xié)調(diào)，基本上可以實(shí)現(xiàn)兩部臺車輪流澆筑，則2部臺車共用一套運(yùn)輸設(shè)備。

3.3 3#臺車所需運(yùn)輸車輛

3#襯砌臺車承擔(dān)洞口至斜井之間TBM施工段和洞口步進(jìn)段的全部襯砌任務(wù)，在羅家理斜井前，需要單獨(dú)配置運(yùn)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(yùn)距短，不單獨(dú)計(jì)算，因此按照抵達(dá)羅家理斜井之前的運(yùn)距、混凝土量計(jì)算。

3#臺車抵達(dá)羅家理之前，最遠(yuǎn)運(yùn)距11 km，每模澆筑混凝土量124 m3。

列車編組運(yùn)行循環(huán)時(shí)間：(11 km/12 km/h+11 km/15 km/h)×60 min/h+35 min+1×10 min=144 min，144 min時(shí)間內(nèi)可澆筑混凝土車次(按列車編組計(jì)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(yùn)行的列車編組為3列。

綜合考慮，備用機(jī)車與TBM掘進(jìn)共用，10 m3罐車備用3臺。

3.4 車輛配置計(jì)劃

綜上所述，二襯所需有軌運(yùn)輸車輛配置如下：機(jī)車，7臺；10 m3罐車，17臺；平板車，4臺。

4 有軌運(yùn)輸設(shè)備配置計(jì)劃

根據(jù)以上計(jì)算分析,本項(xiàng)目有軌運(yùn)輸系統(tǒng)需投入的運(yùn)輸設(shè)備：25 t機(jī)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(jìn)期間共同運(yùn)輸仰拱塊)；平板車，10輛(步進(jìn)期間共同運(yùn)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(jìn)段，TBM掘進(jìn)機(jī)每個步進(jìn)循環(huán)時(shí)間為6 min，影響步進(jìn)速度的關(guān)鍵因素是仰拱塊運(yùn)輸。因此，計(jì)劃TBM在羅家理斜井段步進(jìn)時(shí)，列車編組為:機(jī)車1臺+仰拱塊車4臺，提高仰拱塊運(yùn)輸效率；考慮TBM掘進(jìn)機(jī)靠前坡段位置仰拱吊機(jī)起吊范圍只能滿足2臺仰拱塊車駛?cè)耄枰诰嚯xTBM最近的道岔處增加1臺調(diào)度車輛。所需運(yùn)輸設(shè)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(shè)90塊,每次4塊)；每日需鋪設(shè)鋼軌數(shù)量，13根(160 m/12.5 m/根=12.8根，取值13根，每日步進(jìn)160 m)；每次延伸鋼軌時(shí)間，0.5 h；每日鋪設(shè)鋼軌用時(shí)，6.5 h(0.5 h/根×13根=6.5 h)；TBM有效步進(jìn)時(shí)間，15.5 h(保養(yǎng)2 h,(24-6.5-2)h=15.5 h)；仰拱塊鋪設(shè)和調(diào)度用時(shí)，40 min(15.5 h×60 min/h/23次=40 min/次，TBM尾部調(diào)度)；最遠(yuǎn)運(yùn)距，13 km；洞外裝車、調(diào)度，30 min。

每列車運(yùn)行循環(huán)時(shí)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(shí)間內(nèi)，需要運(yùn)抵TBM尾部的列車編組數(shù)量159 mm/40 mm/列=3.975列，取值4列。

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

故TBM在步進(jìn)期間機(jī)車可以統(tǒng)籌調(diào)度，必要時(shí)犧牲二襯確保步進(jìn)，故不需要另外增加。

5 結(jié)束語

通過本項(xiàng)目實(shí)施可以看出該有軌運(yùn)輸設(shè)備配置方案是較為理想的，在高產(chǎn)時(shí)TBM達(dá)到月進(jìn)尺772 m、同步二襯月進(jìn)尺達(dá)到608 m，所取得的這些成績除了與TBM系統(tǒng)設(shè)備本身的適應(yīng)性有關(guān)外還和高效及時(shí)的物流運(yùn)輸密不可分。當(dāng)然，要保證運(yùn)輸及時(shí)，科學(xué)、合理的進(jìn)行也離不開快速、完善的調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度速度的加快，提高了機(jī)械設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮了設(shè)備的作用，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益、時(shí)間效益也是巨大的?？梢詾榇祟惞こ烫峁﹨⒖?。

參考文獻(xiàn)

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

[2]石文林.長大單線鐵路隧道有軌運(yùn)輸快速施工組織[J].隧道建設(shè),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(shù)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(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)03-0020-03