长大隧道TBM施工有轨运输设备的配置研究

叶智彰

(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 401120)



长大隧道TBM施工有轨运输设备的配置研究

叶智彰

(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 401120)

摘要：依托兰渝铁路西秦岭隧道工程,针对TBM施工条件下近20 km长的运输距离，进行有轨运输设备配置研究。在满足各施工面生产需要前提下，确保每台设备的利用率达到最佳，同时又不会造成设备误工浪费，实现在各工作面流水作业。通过对该工程实施的验证，效果良好，为类似项目提供借鉴。

关键词：长大隧道；TBM施工；有轨运输；设备配置

有轨运输方式的特点是适用性强，能运输各种类型的碴土及施工材料,能适应各种区间隧道长度，系统本身采用的技术及产品也极为成熟可靠。目前国内的土压平衡式盾构法和TBM施工的运输系统，均采用轨道方式[1]。在TBM施工的长大隧道中运输设备配置涉及与TBM能力匹配、后方同步二次衬砌施工进度、购置成本以及施工管理等问题。要达到最佳的经济、施工效益必须配置最优运输设备[2]。

1 工程概况

总长28.236 km的兰渝铁路西秦岭特长隧道位于甘肃省陇南境内，本隧道穿越秦岭、呈西北—东南走向。隧道最大埋深1 400 m，为兰渝线的重点控制性工程。由隧道两个口对向开挖完成，进口段采用钻爆法施工8.5 km，出口段19.7 km范围由直径10.23 m、长180 m的TBM施工，日均掘进15～20 m，分2两个阶段实施(以中间罗家理斜井为界),具体情况见图1。出口TBM施工段采用有轨运输方式承担TBM开挖支护、后方同步二次衬砌(3部同步衬砌台车作业)及附属工程所需的物料运输任务，TBM掘进产生的弃碴由连续皮带机输送带方式运送。为确保有轨运输顺畅，满足施工需要，同时兼顾经济性，必须对投入的有轨运输设备进行优化配置。

2 TBM掘进运输设备配置

2.1 列车编组

图1 出口段施工情况示意图

牵引机车1台+8 m3罐车2台+仰拱块车2台+平板车1台，运送钢轨时需要加挂2台平板车，通勤时间加挂人员乘坐车。

2.2 所需运输车辆

配置运输设备所需工作参数为：TBM掘进循环时间30 min；重车进洞速度12 km/h；轻车出洞速度15 km/h；洞外装车调度时间20 min；最远运距21 km。同时应注意：

(1)每隔约2 km，设置1处单开道岔，单程通过每组道岔延误时间按1 min计。穿越同步衬砌区域必须减速，单程影响时间按3 min计。

(2)同步衬砌区域单向通行(仅考虑1#、2#衬砌台车)，列车等候时间按5 min计。

最远运距时列车运行循环时间为：(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，此间TBM掘进循环数245 min/30 min/个=8.2个，计8个，则需要5个列车编组投入运行，另外还需要考虑备用车辆(建议备用机车1台，兼作洞外调度用车；仰拱块车2台，8 m3罐车2台)。

2.3 车辆配置计划

综上所述，TBM施工所需有轨运输车辆配置如下：25 t机车，6台；8 m3罐车，12辆；仰拱块车，12辆；平板车，6辆(有些材料可以和其他车辆混编运输)；人员乘坐车，4辆(普通型3台、豪华型1台)。

2.4 各掘进区段车辆需求计划

各掘进区段车辆需求计划见表1。

表1 各掘进区段车辆需求计划(不含人员乘坐车)

注：①洞外运距按1 km计算；②列车编组配置已经考虑备用车辆；③开始试掘进，整机运行影响因素较多，掘进速度按40 min/循环考虑；④进洞段2 km步进通过，罗家理斜井段2 km步进通过；⑤罗家理步进段，施工材料运输相对集中，并且运距较长，建议按照最远运距配置；⑥TBM掘进总长度16 km，因此最后剩余的0.6 km不再增加运输车辆；⑦根据前2 km钻爆施工揭露的围岩条件以及隧道纵断面图，TBM在本工程创造高进尺纪录的可能性非常大，此时将采取降低二衬综合速度、保证TBM高速掘进的措施，以避免大量增加运输车辆；⑧TBM开始掘进后，通过2～3 km掘进，综合评定掘进速度，届时再调整运输设备配置。

3 同步二次衬砌运输设备配置

3.1 列车编组

机车1台+10 m3罐车2台，每个工作面各配备2台平板车运输物料及杂物，人员通勤采用TBM掘进有轨运输车辆，不再单独配置。

3.2 1#、2#衬砌台车所需运输车辆

衬砌台车所需运输车辆计算依据:模板台车长度16 m；重车进洞速度12 km/h；轻车出洞速度15 km/h；每模混凝土方量124.16 m3(围岩级别不同稍有差别)；最远运距21 km；混凝土浇筑用时10 h；运输罐车额定容量10 m3(实际有效容量为8 m3)；共需列车编组次数8车次；每列编组浇筑时间75 min(2罐混凝土用时75 min)；混凝土拌制时间35 min(含调度)；其他延误用时(20+4) min，每2 km过道岔延误1 min，穿越台车2×2 min。

列车编组运行循环时间：(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时间内可浇筑混凝土车次(按列车编组计算)248 min/75 min/车次=3.3车次，取值4车次。

因此，对于1#台车，投入运行的列车编组为5列；1#、2#台车均跟随TBM施工二衬，通过施工组织与协调，基本上可以实现两部台车轮流浇筑，则2部台车共用一套运输设备。

3.3 3#台车所需运输车辆

3#衬砌台车承担洞口至斜井之间TBM施工段和洞口步进段的全部衬砌任务，在罗家理斜井前，需要单独配置运输车辆。出口段2 km断面大、每模需要浇筑的混凝土约为160 m3，但由于运距短，不单独计算，因此按照抵达罗家理斜井之前的运距、混凝土量计算。

3#台车抵达罗家理之前，最远运距11 km，每模浇筑混凝土量124 m3。

列车编组运行循环时间：(11 km/12 km/h+11 km/15 km/h)×60 min/h+35 min+1×10 min=144 min，144 min时间内可浇筑混凝土车次(按列车编组计算)144 min/75 min/车次=1.92车次，取值为2车次。因此，对于3#台车，投入运行的列车编组为3列。

综合考虑，备用机车与TBM掘进共用，10 m3罐车备用3台。

3.4 车辆配置计划

综上所述，二衬所需有轨运输车辆配置如下：机车，7台；10 m3罐车，17台；平板车，4台。

4 有轨运输设备配置计划

根据以上计算分析,本项目有轨运输系统需投入的运输设备：25 t机车，13台(含TBM与二衬备用共1台)；8 m3罐车，12台(TBM用，自带动力、无动力各半)；仰拱块车，12台(步进期间共同运输仰拱块)；平板车，10辆(步进期间共同运输仰拱块)；10 m3罐车，17台；人员乘坐车，4辆。

洞口段2 km为TBM步进段，TBM掘进机每个步进循环时间为6 min，影响步进速度的关键因素是仰拱块运输。因此，计划TBM在罗家理斜井段步进时，列车编组为:机车1台+仰拱块车4台，提高仰拱块运输效率；考虑TBM掘进机靠前坡段位置仰拱吊机起吊范围只能满足2台仰拱块车驶入，需要在距离TBM最近的道岔处增加1台调度车辆。所需运输设备为：每日仰拱块编组车次，23次(90块/4块/次=22.5次，取23次，日铺设90块,每次4块)；每日需铺设钢轨数量，13根(160 m/12.5 m/根=12.8根，取值13根，每日步进160 m)；每次延伸钢轨时间，0.5 h；每日铺设钢轨用时，6.5 h(0.5 h/根×13根=6.5 h)；TBM有效步进时间，15.5 h(保养2 h,(24-6.5-2)h=15.5 h)；仰拱块铺设和调度用时，40 min(15.5 h×60 min/h/23次=40 min/次，TBM尾部调度)；最远运距，13 km；洞外装车、调度，30 min。

每列车运行循环时间为：(13 km/12 min/h+13 km/15 km/h)×60 min/h+30 min+1×6×2 min=159 min，在此时间内，需要运抵TBM尾部的列车编组数量159 mm/40 mm/列=3.975列，取值4列。

因此，需要投入运行的仰拱块列车编组为5列，同时至少需要备用机车1台、仰拱块车2台，即通过罗家理斜井钻爆段步进期间合理的车辆需求如下：机车6台，仰拱块车4×5台+2台=22台。

故TBM在步进期间机车可以统筹调度，必要时牺牲二衬确保步进，故不需要另外增加。

5 结束语

通过本项目实施可以看出该有轨运输设备配置方案是较为理想的，在高产时TBM达到月进尺772 m、同步二衬月进尺达到608 m，所取得的这些成绩除了与TBM系统设备本身的适应性有关外还和高效及时的物流运输密不可分。当然，要保证运输及时，科学、合理的进行也离不开快速、完善的调度系统，调度速度的加快，提高了机械设备的利用率，充分发挥了设备的作用，由此带来的经济效益、时间效益也是巨大的。可以为此类工程提供参考。

参考文献

[1]杨永荣.浅谈长大隧道有轨运输机械设备配套管理技术[J].科技视界，2012(17)：271

[2]石文林.长大单线铁路隧道有轨运输快速施工组织[J].隧道建设,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

作者简介：叶智彰(1978—)，男，工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作254762596@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.03.005

中图分类号：U455.2；U455.33

文献标识码：B

文章编号：1672-3953(2016)03-0020-03