單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套施工研究

李　良

(中國中鐵二局股份有限公司， 四川成都 610031)

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單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套施工研究

李良

(中國中鐵二局股份有限公司， 四川成都 610031)

【摘要】單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套施工是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，文章通過對現(xiàn)有機(jī)械的適用性分析和對施工工序的研究，提出了適合單線鐵路隧道的機(jī)械化配套方案和進(jìn)度指標(biāo)。主要研究結(jié)論如下：(1)從經(jīng)濟(jì)成本考慮，對于一條隧道占線比大的鐵路干線，可將機(jī)械化配套分為基本配置和加強(qiáng)配置。基本配置適用于短隧道及長隧道非控制工期的工區(qū)。加強(qiáng)機(jī)械化配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。(2)由于單線鐵路隧道凈空的限制，通過對配套機(jī)械適用性分析，加強(qiáng)機(jī)械化配套增加或改用的設(shè)備主要體現(xiàn)在圍巖比較好的Ⅱ級、Ⅲ級圍巖可使用全斷面開挖段落。進(jìn)度指標(biāo)的改進(jìn)也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進(jìn)度指標(biāo)與基本配置段落相同。

【關(guān)鍵詞】單線鐵路隧道；無軌運(yùn)輸；機(jī)械化配套

鐵路隧道施工機(jī)械化配套技術(shù)的應(yīng)用和研究始于20世紀(jì)80年代，衡廣復(fù)線大瑤山隧道的建設(shè)引入液壓鑿巖臺車、混凝土噴射三聯(lián)機(jī)和模板臺車等大型隧道施工設(shè)備。但是受科技發(fā)展以及預(yù)算投資等方面的限制，我國鐵路隧道施工的快速修建設(shè)備配套技術(shù)水平、施工裝備及國產(chǎn)化發(fā)展速度緩慢，整體技術(shù)較日本、歐洲國家仍很落后。湯憲高等為研究長大隧道大型機(jī)械化施工建造費(fèi)用確定的方法和途徑，通過對隧道施工機(jī)械化配套技術(shù)研究及實(shí)際施工情況的調(diào)查與測定，對機(jī)械化施工進(jìn)行工程經(jīng)濟(jì)分析研究，核算出隧道在不同圍巖條件下的施工機(jī)械化配置，在合理的施工組織條件下的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及所需要的工程費(fèi)用。徐穩(wěn)超等為分析雙線鐵路隧道機(jī)械化配套的適用條件，以貴廣鐵路雙線隧道機(jī)械化配套的施工資源配置情況為例，從進(jìn)度、安全、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等要素入手，對雙線隧道機(jī)械化配套適用性進(jìn)行系統(tǒng)地分析，提出在大斷面長大隧道鉆爆法施工中應(yīng)盡可能地實(shí)施機(jī)械化配套。李有兵以貴廣鐵路天平山隧道為例，從超前地質(zhì)預(yù)報、開挖與支護(hù)、裝碴與運(yùn)輸以及仰拱施工、防排水、二次襯砌等方面，詳細(xì)地介紹了鐵路隧道機(jī)械化配套技術(shù)。劉全貴等在寶麟鐵路何家灣隧道就單線鐵路隧道機(jī)械化配套快速施工組織進(jìn)行了研究，提出了各工序施工組織及機(jī)械配套的合理建議，減少了工序間的干擾，加快了施工進(jìn)度。張群健以拉林鐵路桑珠嶺隧道為例，對單線鐵路隧道的機(jī)械化配套進(jìn)行了探討，并對配套作業(yè)效率進(jìn)行了分析，提出了制度和人員管理方面的要求。Q/CR 9226-2015《鐵路隧道工程施工機(jī)械配套技術(shù)規(guī)程》按單作業(yè)面月平均綜合進(jìn)度指標(biāo)不小于150 m提出了單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸單個作業(yè)面參考配置。

目前的機(jī)械化配套研究以大斷面的高鐵雙線隧道居多，低標(biāo)準(zhǔn)的單線鐵路隧道相對較少，僅有的幾篇文章以工點(diǎn)案例對單線隧道的機(jī)械化配套進(jìn)行論述，主要為有軌運(yùn)輸中的配套模式與施工組織，其余文獻(xiàn)涉及到相關(guān)機(jī)械少，同時沒有對機(jī)械化配套進(jìn)度指標(biāo)進(jìn)行研究，在為類似工程借鑒時，幫助有限。本文擬通過對相關(guān)工程的總結(jié)，對單線隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套的配置適用性進(jìn)行分析，在Q/CR 9226-2015《鐵路隧道工程施工機(jī)械配套技術(shù)規(guī)程》參考配置的基礎(chǔ)上添加適合的機(jī)械，并根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)對施工工序進(jìn)行分解，提出機(jī)械化配套進(jìn)度指標(biāo)，用于施工組織設(shè)計。

1問題的提出

鐵路建設(shè)中，尤其是山區(qū)鐵路，隧道比例大，長大隧道多，施工工期緊張，如何提高施工效率尤為重要。單線鐵路隧道斷面較小，洞內(nèi)各工序相互影響較大，為了提高施工效率，節(jié)省工期，同時為了貫徹以人為本的思想，盡量減少人工作業(yè)，改善勞動條件，發(fā)展及推廣機(jī)械化施工是很有必要的。隧道鉆爆法機(jī)械化施工以其“進(jìn)度快、安全好、質(zhì)量高、污染少”的優(yōu)勢越來越受到建設(shè)方與施工單位的關(guān)注。但是現(xiàn)階段單線鐵路隧道機(jī)械化施工仍處于試點(diǎn)階段，很多工點(diǎn)僅僅是使用了個別機(jī)械來改進(jìn)施工效率，缺乏成套的機(jī)械化施工成果。在施工組織設(shè)計時，相關(guān)規(guī)范上也沒有相應(yīng)的進(jìn)度指標(biāo)。

2主要機(jī)械設(shè)備的作業(yè)空間適應(yīng)性

主要機(jī)械設(shè)備尺寸及作業(yè)空間分析見表1。

結(jié)合上述機(jī)械設(shè)備的自身尺寸和作業(yè)空間以及單線隧道斷面尺寸及施工方法，以上設(shè)備除自行式移動棧橋因單線隧道仰拱空間較小使用不便外，其他設(shè)備都能適用于單線Ⅱ、Ⅲ級圍巖的全斷面施工。

3施工機(jī)械化配套方案

以西南某山區(qū)單線鐵路為例，線路總長300 km，隧道占線比55 %，其中10 km以上隧道4座，土建要求工期最小為40個月。根據(jù)隧道長度、工期、圍巖條件、施工排水、施工通風(fēng)等因素綜合考慮施工機(jī)械配置方案，主要分為基本配置和加強(qiáng)配置。

表1　主要機(jī)械化設(shè)備尺寸和作業(yè)空間表

(1)基本配置。基本配置適用于短隧及長隧非控制工期的工區(qū)。

(2)加強(qiáng)配置。加強(qiáng)配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。在基本配置的基礎(chǔ)上將多功能作業(yè)臺架改為2臂鑿巖臺車、裝載機(jī)改為挖裝機(jī)、噴射機(jī)改為混凝土噴射機(jī)組，增強(qiáng)了開挖、支護(hù)及出碴裝載、運(yùn)輸設(shè)備能力，綜合能力較基本機(jī)械化配置有所提高。由于更改的設(shè)備目前主要應(yīng)用于全斷面開挖，本線加強(qiáng)機(jī)械化配套主要應(yīng)用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖地段，進(jìn)度指標(biāo)的改進(jìn)也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進(jìn)度指標(biāo)與基本配置段落相同。

各配置方案具體機(jī)械配備情況見表2。

4施工進(jìn)度指標(biāo)分析

4.1基本機(jī)械配置方案施工進(jìn)度指標(biāo)分析

在基本機(jī)械配置的條件下，通過對相關(guān)工程的總結(jié)，考慮目前各施工單位的平均施工技術(shù)水平，針對單線鐵路隧道施工環(huán)境、地層巖性及施工方法，對各種施工方法按現(xiàn)場施作順序?qū)⒚總€單循環(huán)分解成一定施工工序，綜合考慮各工序施作需占用的施工時間，得出單個循環(huán)施工總時間，從而得出不同圍巖，不同施工方法的施工進(jìn)度指標(biāo)(表3～表6)。

Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進(jìn)尺為3 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為12.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：3×28×24/12.5=161 m。

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進(jìn)尺為2.5 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為13.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：2.5×28×24/13.5=124 m。

Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖，每開挖進(jìn)尺為2 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為15.6 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：2×28×24/15.6=86。

Ⅴ級圍巖采用臺階法開挖，每開挖進(jìn)尺為1.0 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為12.6 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：1.0×28×24/12.6=53 m。

從以上對各級圍巖針對特定施工方法工序的分解，按每個工序占用的施作時間，得出了在普通機(jī)械化配置條件下的進(jìn)度指標(biāo)。

4.2加強(qiáng)機(jī)械化配置方案施工進(jìn)度指標(biāo)分析

加強(qiáng)機(jī)械化配置方案施工進(jìn)度見表7、表8。

Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進(jìn)尺為3 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為10.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：3×28×24/10.5=192 m。

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，每開挖進(jìn)尺為2.5 m，開挖支護(hù)作業(yè)單循環(huán)時間為11.5 h，月工作日歷按28 d計算，每日24 h，每月施工進(jìn)度為：2.5×28×24/11.5=146 m。

4.3機(jī)械化配套施工進(jìn)度指標(biāo)

經(jīng)過工序分解分析，并根據(jù)本線的地質(zhì)、地形條件，參照Q/CR 9004-2015《鐵路工程施工組織設(shè)計規(guī)范》，經(jīng)與類似條件鐵路比較，最終確定本線單線隧道采用的機(jī)械化配套施工進(jìn)度指標(biāo)見表9。

表2　基本配置方案主要設(shè)備配置表(單作業(yè)面)

表3Ⅱ級圍巖段—全斷面法施工進(jìn)度

表4　Ⅲ級圍巖段—全斷面法施工進(jìn)度

表5　Ⅳ級圍巖段—臺階法施工進(jìn)度

表6　Ⅴ級圍巖段—臺階法施工進(jìn)度

表7　Ⅱ級圍巖段—全斷面法施工進(jìn)度

表8　Ⅲ級圍巖段—全斷面法施工進(jìn)度

表9　單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套施工進(jìn)度指標(biāo)

m/月

5結(jié)論與討論

通過單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套的研究，有以下設(shè)計體會，其結(jié)論可供類似工程設(shè)計時參考。

(1)單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸施工方式采用機(jī)械化配套是隧道施工發(fā)展的必然方向，能夠提高施工效率，減少人員浪費(fèi)，保證施工安全。

(2)從經(jīng)濟(jì)成本考慮，對于一條隧道占線比大的鐵路干線，可將機(jī)械化配套分為基本配置和加強(qiáng)配置。基本配置適用于短隧及長隧非控制工期的工區(qū)。加強(qiáng)機(jī)械化配置適用于長大隧道控制工期的工區(qū)。在基本配置的基礎(chǔ)上將多功能作業(yè)臺架改為2臂鑿巖臺車、裝載機(jī)改為挖裝機(jī)、噴射機(jī)改為混凝土噴射機(jī)組，增強(qiáng)了開挖、支護(hù)及出碴裝載、運(yùn)輸設(shè)備能力，綜合能力較基本機(jī)械化配置有所提高。

(3)由于單線鐵路隧道凈空的限制，通過對配套機(jī)械適用性分析，加強(qiáng)機(jī)械化配套增加或改用的設(shè)備主要體現(xiàn)在圍巖比較好的Ⅱ級、Ⅲ級圍巖可使用全斷面開挖段落。進(jìn)度指標(biāo)的改進(jìn)也主要體現(xiàn)在Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面開挖段。Ⅳ、Ⅴ級圍巖進(jìn)度指標(biāo)與基本配置段落相同。

(4)目前單線鐵路隧道無軌運(yùn)輸機(jī)械化配套施工并未大規(guī)模開展，所例舉的配置和分析得出的進(jìn)度指標(biāo)在實(shí)際施工中的可靠性還有待考證，倒車轉(zhuǎn)盤等設(shè)備在單線隧道中的應(yīng)用還存在不少問題，但是隨著科技的發(fā)展，這些問題都會迎刃而解。

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[作者簡介]李良(1984～)，男，本科，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要從事鐵路施工項(xiàng)目管理工作。

【中圖分類號】U455.3

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-04