小断面水利隧洞有轨运输施工技术

任 伟

中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710043

随着隧道施工技术的飞速发展，铁路、公路中的长大隧道基本采用大型机械化的无轨运输施工，施工速度快，便于施工组织。但在一些较长的水利隧洞施工过程中，受隧洞断面影响，无法有效地组织大型机械化的无轨运输施工。在进行无轨运输施工组织中，由于内燃施工设备的增加，尾气排放将增加原本就通风困难的小断面隧洞的施工通风成本，且对施工人员的安全和健康造成不利影响。为此，以拉丁美洲国家玻利维亚米基亚斯水电站1号引水隧洞为例，详细论述了无轨运输与有轨运输的方案比选，选定有轨运输施工方案，以有效节约该工程的施工成本，提高施工生产效率，达到改善施工环境的目的。

1 工程概况

该水电站1号引水隧洞位于玻利维亚拉巴斯地区因基西维省基米市，距离拉巴斯约300km，地形为山区，山势陡峻，植被覆盖良好，山坡自然坡度为30°～60°，沟中常年流水，地表水对隧洞施工影响较小。米基亚斯河流域气候属于高原气候，平均气温为13.8℃，年降水量约为768mm，海拔高程约为2900m。隧洞总长7262km，开挖断面尺寸为3.65m×3.65m，纵坡为0.02%，分进、出口两头进行施工，具体工程概况如表1所示。

表1 米基亚斯水电站1号引水隧洞工程概况

2 小断面水利隧洞方案的比选

2.1 有轨运输与无轨运输方案的优缺点

（1）有轨运输。①优点：电力驱动，可以减少洞内通风压力。②缺点：轨式矿车转弯半径较大，横洞与主洞垂直相交的位置需大量的扩挖，增加了回填成本；轨式出渣作业时，一台矿车装渣，另一台需在洞外等待，待一台满载出洞后另一台才能进洞装渣，运转时间较长，出渣效率低，影响施工进度。为了加快施工进度，洞内需设错车道，最小宽度为2m，最小长度为20m，增加了投资及回填成本；轨式矿车对洞口场地需求较高，需要较为宽阔的场地，而该项目隧洞的洞口场地均较为狭窄，洞口不远处有河流穿过，且弃渣场较为分散，洞外轨道布设受场地影响较大，跨河弃渣较为困难，需二次倒运。

（2）无轨运输。①优点：小断面隧道施工，可以在洞内会车，无须增设加宽带和掉头洞，能在洞内掉头，减少了洞内扩挖所产生的回填费用；在出渣的过程中，需要多辆矿用三轮车在掌子面附近等待装车，实现连续装渣，有利于加快整齐施工进度；采购成本低，便于维修保养，灵活机动，用途广泛；受洞口场地影响较小，对弃渣场距离远近要求不高，无须二次倒运。②缺点：尾气排放量大，洞内通风要求高；三轮车斗容积小，隧道掘进越长，为了保证施工进度，需要增加操作人员的数量。

2.2 施工效率

（1）有轨运输施工。有轨运输采用轨式扒渣机配合梭式矿车出渣，配置2台16m3梭式矿车和1台电瓶牵引车组合。扒渣机采用LW-150型，扒渣能力为150m3/h，每装满一组梭式矿车的时间按40min计算。为了保障梭式矿车运行安全，速度按5km/h计算。按最大距离计算，进、出口各施工3631m，出渣运输时间为45min。由此，计算可得每循环出渣工序耗费时间为85min。

（2）无轨运输施工。无轨运输采用履带式扒渣机配合农用三轮车出渣，至少应配置15台2m3农用三轮车进行一次性出渣，才能达到与采用梭式矿车相同的出渣效率，且在出渣后至少应通风30min。

2.3 经济效果

（1）有轨运输施工。有轨运输配置2台16m3梭式矿车和1台电瓶牵引车组合进行出渣，电瓶牵引车到场价为160000元/台，16m3梭式矿车到场价为180000元/台，轨道材料费用与施工费用按500元/m计算，施工3631m，合计1815500元（钢轨不计残值）。通过通风设计计算，配置55kW×2二级调速轴流风机，以满足施工通风需要，55kW×2二级调速轴流风机到场价为250000元/台，出渣通风时间按85min计算，通风费用为156元/循环，按每个作业面施工3631m计算，需要1210个循环，通风费用合计188760元。设备及通风费用合计2774260元。有轨运输单循环所需人工（按照外籍劳务工资标准及实际施工效率考虑）：钻爆工班8人、出渣工班6人、支护工班8人，钻爆工班人工费平均工资11000元，出渣工班平均工资6000元，支护工班平均工资8000元，辅助工种计入综合人工费用，不作考虑。每日按照1.5个循环考虑，每月30天，共计45个循环，每循环人工费为4178元，按照1210个循环，总人工费用为5055111元。通过上述计算，采用有轨运输施工需费用合计7829371元。

（2）无轨运输施工。无轨运输配置15台农用三轮车出渣，农用三轮车到场价为50000元/台。通过通风计算，稀释15台农用三轮车尾气至少应配置5倍55kW×2二级调速轴流风机才能满足施工通风需要，55kW×2二级调速轴流风机到场价为250000元/台，出渣通风时间按115min计算，通风费用为1054元/循环，按每个作业面施工3631m计算，需要1210个循环，通风费用合计1275340元。设备及通风费用合计3275340元。无轨运输单循环所需人工（按照外籍劳务工资标准及实际施工效率考虑）：钻爆工班8人、出渣工班18人、支护工班8人，钻爆工班人工费平均工资11000元，出渣工班平均工资6000元，支护工班平均工资8000元，辅助工种计入综合人工费用，不作考虑。每日按照1.5个循环考虑，每月30天，共计45个循环，每循环人工费为5778元，按照1210个循环，总人工费用为6991111元。通过上述计算，采用无轨运输施工需费用合计10266451元。

通过方案比选，有轨运输施工相比无轨运输施工可节约资金2437080元，选择有轨运输施工更为经济合理，同时可以缩短通风排烟时间，提高施工生产效率，在一定程度上缩短了工期。

3 小断面水利隧洞有轨运输施工

3.1 洞口场地布置

根据隧洞洞口地形及实际使用面积，综合考虑弃渣场位置、喷射混凝土上料平台位置与电瓶牵引车充电房、设备修理区位置，进行洞口场地布置。

由于1号隧洞出口场地的限制，轨道半径较小，为了保障有轨运输的正常运行，应注意以下事项：

（1）洞口场地铺设轨道，尤其是曲线段轨道的枕木应适当加密，间距调整为35～50cm；

（2）在弯道处设置超高，同时在低轨道位置铺设双轨道，防止电瓶牵引车和梭式矿车在行驶速度较快时发生脱轨，弯道处基底采用混凝土硬化处理，并设置拉筋以固定轨距。

3.2 洞内轨道布置

钢轨采用中国江西鑫通机械制造有限公司轨道设备配套使用的25kg/m钢轨，轨距90cm，轨枕采用20cm×20cm×120cm木枕，枕木间距为70cm。该隧洞平曲线半径较大，轨道沿隧洞中线布置。轨道端头距掌子面不超过6m，以满足装渣作业需要，道床直接采用隧洞开挖的洞渣作为道渣。

3.3 有轨运输管理

（1）调车行车管理：设置专职车辆调度员，统一协调安排运输设备，负责车辆行驶过程中的协调指挥与安全运行，便于施工过程中各工序的有序衔接。

（2）设备使用管理：制定详细的设备管理制度，定人定机，专人维护保养。使设备保持良好的运行状态，从而提高设备的使用效率。

（3）轨道的铺设与维护：设置专门的轨道铺设与维护班组，按照规定正确的布置轨道，并经常检查和维护轨道，运行中及时发现异常情况，如轨道变形、枕木塌陷等，并及时处理，以保障有轨运输的正常运行。

4 结束语

通过对玻利维亚米基亚斯水电站1号引水隧洞进行有轨运输与无轨运输施工方案的比选，选定了有轨运输施工方案，有效地解决了以下问题：

（1）有效地解决了长距离小断面隧道通风困难的问题，改善了作业环境，节约了施工通风成本；

（2）较大地提高了出渣工序的效率，缩短了施工工期；

（3）玻利维亚当地矿区较多，有轨运输熟练工较多，有效地解决了当地招聘劳务困难的问题。