安琶鐵路特長(zhǎng)隧道機(jī)械化配套施工方案

趙東波

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；2. 中國(guó)鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844）

安琶鐵路特長(zhǎng)隧道機(jī)械化配套施工方案

趙東波1，2

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；2. 中國(guó)鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844）

以安琶鐵路甘姆奇克隧道為工程依托，分析制約鐵路特長(zhǎng)隧道建設(shè)工期的主要因素是地質(zhì)條件復(fù)雜、施工組織難度大和物資供應(yīng)困難，研究確定采用機(jī)械化配套施工是實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)的重要手段。從開(kāi)挖、裝運(yùn)和支護(hù)等不同施工階段進(jìn)行機(jī)械化施工設(shè)備配置，比選不同機(jī)械設(shè)備配置的工效差異，并從現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度驗(yàn)證機(jī)械配套方案的可行性和有效性。提出的特長(zhǎng)鐵路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套方案，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

特長(zhǎng)隧道；鐵路；機(jī)械化施工；全液壓鑿巖臺(tái)車(chē)；工效

1 工程概況

烏茲別克斯坦安革連（Angren）—琶布（Pop）單線(xiàn)電氣化鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)安琶鐵路）全長(zhǎng)122.7 km，為連接中亞和歐洲“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”鐵路網(wǎng)重要組成部分。其中安琶鐵路甘姆奇克隧道工程為全線(xiàn)最重要的控制性工程，為“中亞第一長(zhǎng)隧”。工程于2013年9月5日開(kāi)工，2016年6月22日試運(yùn)營(yíng)，2016年12月通過(guò)竣工驗(yàn)收。

該隧道由主隧道和安全隧道組成，主隧道為單線(xiàn)鐵路隧道，長(zhǎng)19.200 km；安全隧道位于主隧道左側(cè)，長(zhǎng)19.268 km；2隧道中心線(xiàn)相距29 m，主隧道與安全隧道間隔300 m，并設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。全隧設(shè)置3座斜井輔助正洞施工，采用新奧法原理設(shè)計(jì)，鉆爆法開(kāi)挖。主隧道和斜井采用無(wú)軌運(yùn)輸，安全隧道進(jìn)出口施工段采用有軌運(yùn)輸，斜井施工段采用無(wú)軌運(yùn)輸。

2 工程特點(diǎn)及制約工期的主要因素

2.1 巖爆頻發(fā)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高

隧址區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，工程地質(zhì)勘察表明，總長(zhǎng)近10 km的區(qū)段存在高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力，施工中發(fā)生巖爆的可能性極高。自2014年2月，隧道施工頻繁出現(xiàn)不同程度的巖爆災(zāi)害，僅中等強(qiáng)度以上的巖爆就達(dá)3 000多次。統(tǒng)計(jì)表明：主隧道、安全隧道、斜井巖爆區(qū)段長(zhǎng)度分別占總開(kāi)挖長(zhǎng)度的67%、85%和55%（見(jiàn)圖1）。巖爆難以預(yù)測(cè)，不僅嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、加大施工成本，而且還存在巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 超長(zhǎng)斷層，施工難度極大

隧址區(qū)共穿越7條斷層，其中2#斜井施工穿越的F7斷層長(zhǎng)達(dá)592 m，圍巖破碎，地下水發(fā)育，多次發(fā)生支護(hù)結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂等災(zāi)害，施工難度較大。

圖1 隧道巖爆比例

2.3 工程規(guī)模大，施工組織難度高

該隧道工程施工包括主隧道、安全隧道、聯(lián)絡(luò)通道、斜井等組成部分，開(kāi)挖總長(zhǎng)度達(dá)47 km。土建施工作業(yè)面多、工序復(fù)雜、施工組織難度高。

2.4 獨(dú)頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)，通風(fēng)難度大

通過(guò)進(jìn)、出口獨(dú)頭掘進(jìn)距離最長(zhǎng)達(dá)4.3 km，通過(guò)斜井施工單口獨(dú)頭掘進(jìn)距離最長(zhǎng)達(dá)5.5 km，作業(yè)面空氣質(zhì)量和施工環(huán)境難以保證。

2.5 長(zhǎng)大斜井施工工效低、難度大、風(fēng)險(xiǎn)高

全隧設(shè)3座斜井，最長(zhǎng)斜井3 512 m，坡度11.12%。斜井長(zhǎng)、坡度大，運(yùn)輸、通風(fēng)、反坡排水困難，設(shè)備投入大，施工效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2.6 冬季施工混凝土質(zhì)量控制難度大

隧址區(qū)冬季氣候嚴(yán)寒，冬期長(zhǎng)、氣溫低，最低溫度-42 ℃，積雪厚度近2 m，每年11月—次年3月為冬季，冬期漫長(zhǎng)。冬季施工材料保障、混凝土質(zhì)量控制難度大。

2.7 物資供應(yīng)難度大

每批物資計(jì)劃、采購(gòu)、發(fā)運(yùn)和清關(guān)時(shí)間至少需要45 d，供貨周期長(zhǎng)；從中國(guó)、俄羅斯、哈薩克斯坦及歐盟等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)口，程序復(fù)雜多樣，時(shí)間和質(zhì)量控制困難；進(jìn)口火工品許可辦理手續(xù)資料繁雜，審批程序嚴(yán)格。

2.8 工期異常緊迫，履約壓力巨大

施工計(jì)劃進(jìn)度指標(biāo)最高每月超過(guò)300 m，再加上襯砌、溝槽、機(jī)電設(shè)備安裝等工序，在巖爆頻發(fā)、超長(zhǎng)斷層等地質(zhì)條件極為不利的情況下，需要在36個(gè)月內(nèi)全部完成，工期異常緊迫，履約壓力巨大。

可見(jiàn)，地質(zhì)條件復(fù)雜，工程施工組織難度大和物資供應(yīng)困難是制約工期的主要因素。因此，有必要進(jìn)行機(jī)械化配套施工，提高施工效率，以確保工期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[1-6]。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)挖

由于本隧道為單線(xiàn)鐵路隧道，隧道斷面小，操作空間有限，因而設(shè)備選型應(yīng)充分考慮其適用性。

基于定貨周期、關(guān)鍵線(xiàn)路等因素，確定主隧道主攻面采用全液壓鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行鉆孔，5臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行開(kāi)挖，1#、2#與3#斜井之間為關(guān)鍵線(xiàn)路，采用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，進(jìn)、出口主隧道不在關(guān)鍵線(xiàn)路上，采用成本及效率較低的二臂鑿巖臺(tái)車(chē)。

3.2 裝運(yùn)

主隧道開(kāi)挖寬度（6.1 m）能保證裝載機(jī)和自卸車(chē)平行作業(yè)，因此主隧道裝運(yùn)作業(yè)采用5 t側(cè)卸式裝載機(jī)（斗容量2.3 m3）裝砟，25 t自卸車(chē)運(yùn)輸（見(jiàn)圖2）。

安全隧道受斷面凈空限制采用高效挖裝機(jī)裝砟（裝砟能力為3～5 m3/min）。進(jìn)出口考慮到獨(dú)頭掘進(jìn)距離達(dá)3 km以上，需實(shí)現(xiàn)巷道式通風(fēng)，同時(shí)進(jìn)出口場(chǎng)地具備有軌運(yùn)輸快速施工條件（見(jiàn)圖3），因此采用25 m3梭式礦車(chē)進(jìn)行有軌運(yùn)輸；斜井安全隧道采用25 t自卸車(chē)無(wú)軌運(yùn)輸。

3.3 支護(hù)

隧道立拱利用作業(yè)臺(tái)架人工進(jìn)行拱架安裝；安全隧道有軌運(yùn)輸作業(yè)面受運(yùn)輸限制采用潮噴機(jī)人工噴射混凝土；安全隧道無(wú)軌運(yùn)輸作業(yè)面、斜井、主隧道采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土[7-8]。

混凝土襯砌作業(yè)采用全自動(dòng)集成混凝土攪拌站（90 m3/h）生產(chǎn)混凝土，混凝土輸送車(chē)（8 m3）運(yùn)輸，混凝土輸送泵（60 m3/h）泵送入模板臺(tái)車(chē)（主隧道12 m、安全隧道9 m）。

混凝土輸送車(chē)的選用既要考慮罐容量，同時(shí)又要考慮車(chē)輛在洞內(nèi)調(diào)頭的可行性，經(jīng)比選后選擇容量為8 m3的混凝土罐車(chē)[9-11]。

3.4 設(shè)備配置

隧道施工機(jī)械設(shè)備配置明細(xì)見(jiàn)表1。

圖2 主隧道無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備配置示意圖

圖3 安全隧道有軌運(yùn)輸設(shè)備配置示意圖

4 工效分析

4.1 不同類(lèi)型臺(tái)車(chē)施工工效對(duì)比

三臂臺(tái)車(chē)與二臂臺(tái)車(chē)施工工效對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可知，三臂臺(tái)車(chē)工效明顯高于二臂臺(tái)車(chē)，三臂臺(tái)車(chē)鉆孔平均用時(shí)135 min，二臂臺(tái)車(chē)鉆孔平均用時(shí)180 min，工序循環(huán)時(shí)間節(jié)約45 min。

4.2 機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對(duì)比

機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對(duì)比見(jiàn)表3。

由表3可知，機(jī)械手濕噴比人工干噴工序循環(huán)時(shí)間平均節(jié)約96 min，機(jī)械手濕噴效率明顯高于人工干噴。

4.3 有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸工效對(duì)比

有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸工效對(duì)比見(jiàn)表4。

根據(jù)月進(jìn)度指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，采用有軌運(yùn)輸?shù)脑逻M(jìn)度最高指標(biāo)為281.5 m，采用無(wú)軌運(yùn)輸?shù)脑逻M(jìn)度最高指標(biāo)為265.8 m；采用有軌運(yùn)輸?shù)钠骄逻M(jìn)度指標(biāo)為193.9 m，采用無(wú)軌運(yùn)輸?shù)钠骄逻M(jìn)度指標(biāo)為153.2 m，有軌運(yùn)輸略高于無(wú)軌運(yùn)輸。

表1 機(jī)械設(shè)備配置明細(xì)

表2 三臂臺(tái)車(chē)與二臂臺(tái)車(chē)施工工效對(duì)比 min

4.4 施工進(jìn)度分析

依據(jù)確定的機(jī)械化施工方案，施工進(jìn)度大大提高，其中安全隧道最高月進(jìn)度指標(biāo)281.5 m，主隧道最高月進(jìn)度指標(biāo)342.6 m，斜井最高月進(jìn)度指標(biāo)325.5 m（見(jiàn)表5）。

表3 機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對(duì)比 min

表4 有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸工效對(duì)比 m

表5 施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì)分析 m

依據(jù)確定的機(jī)械化施工方案，實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)確定的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)計(jì)劃全部提前完成，項(xiàng)目完成節(jié)點(diǎn)目標(biāo)情況見(jiàn)表6。

表6 項(xiàng)目完成節(jié)點(diǎn)目標(biāo)情況

5 結(jié)論

（1）地質(zhì)條件復(fù)雜、工程施工組織難度大和物資供應(yīng)困難是制約甘姆奇克特長(zhǎng)鐵路隧道施工工期的主要因素。

（2）從開(kāi)挖、裝運(yùn)和支護(hù)等不同施工階段進(jìn)行機(jī)械化配套施工組織，加快施工進(jìn)度，是確保工期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要手段。

（3）依據(jù)確定的機(jī)械化配套施工方案，實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)確定的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，該工程工期目標(biāo)計(jì)劃全部提前完成。

[1] 關(guān)寶樹(shù). 隧道工程施工要點(diǎn)集[M]. 北京：人民交通 出版社，2003.

[2] 李玉樓. 淺埋、偏壓隧道施工技術(shù)[J]. 中國(guó)鐵路， 2014(4)：85-87.

[3] 房炳杰，王永福，王雅麗. 長(zhǎng)大隧道機(jī)械化施工及 機(jī)械配套[J]. 鐵道建筑技術(shù)，1999(2)：27-28.

[4] 湯憲高，單向華. 長(zhǎng)大鐵路隧道機(jī)械化施工配套技 術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究[J]. 隧道建設(shè)，2012(3)：270-273.

[5] 肖廣智. 加強(qiáng)鐵路隧道機(jī)械化施工保證隧道施工質(zhì) 量和安全[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(增刊)：15-19.

[6] 王磊. 淺談長(zhǎng)大隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套[J]. 山西 交通科技，2009(6)：79-80.

[7] 袁林. 濕噴機(jī)械手在石林隧道施工中的應(yīng)用[J]. 建 筑，2011(3)：70-71.

[8] 聞慶權(quán)，孫鵬飛. CIFA CSS-3型混凝土濕噴機(jī)械 手在隧道施工中的應(yīng)用[J]. 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理， 2014(1)：87-90.

[9] 周林峰，余大龍. 長(zhǎng)大鐵路隧道合修、分修方案比 選[J]. 中國(guó)鐵路，2014(8)：43-45.

[10] 俞翰斌，馬偉斌. 鐵路隧道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)估及病害 整治措施[J]. 中國(guó)鐵路，2013(7)：21-24.

[11] 王江. 鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)鐵路，2015(4)：50-53.

責(zé)任編輯 李葳

Scheme of Deploying Mechanical Equipment in Construction for Extra Long Tunnel along Angren-Pap Railway

ZHAO Dongbo1，2
（1. China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2. Engineering Management Center，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，China）

The paper takes the Qamchiq Tunnel along Angren-Pap Railway as an example to analyze main factors that prolong the construction period of extra-long railway tunnels, which include complicated geological conditions and difficulty in construction organization and material supply, and concludes that deployment of mechanical equipment in construction constitutes the key to meeting the deadline of the project. The paper examines the deployment of mechanical equipment during excavation, loading, support and other different construction stages, the comparison of working efciencies of diferent mechanical equipment confgurations and the verifcation of the feasibility and efectiveness of the deployment scheme based on the on-site construction progress, and proposes a scheme of deploying mechanical equipment in construction for extra-long railway tunnels, which can serve as a reference for similar projects.

extra-long tunnel；railway；mechanized construction；fully hydraulic drill jambo；work efficiency

U455

：A

：1001-683X（2017）06-0022-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.022

2017-01-27

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016G002-O）；

鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心項(xiàng)目（2016YJ045）

趙東波（1975—），男，高級(jí)工程師。

E-mail：285547544@qq.com