單線鐵路隧道機械化配套技術在卡姆奇克隧道的應用

翟 志 恒

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州　450000)

0　引言

隨著我國高鐵建設的蓬勃發展，機械裝備制造技術的不斷革新，為了保證施工安全、降低勞動強度等，人們對長大鐵路隧道機械化施工技術及組織的研究越來越重視。韓浩[1]介紹了杭黃高鐵長大隧道施工機械配置方案；鮮國[2]對成蘭鐵路隧道施工機械化配套方案及配套效果進行了分析；王建華[3]對單線鐵路隧道無軌運輸機械化施工配套進行了探討；張群鍵[4]對拉林鐵路桑珠嶺隧道機械化配置方案及實施進行了總結；徐穩超[5]對貴廣鐵路雙線隧道鉆爆法施工機械化配套及適應性進行了分析。目前研究主要集中在長大鐵路隧道[6-8]機械化配套方面，對中小斷面、單線鐵路隧道[9,10]機械化配套的研究較少。本文以烏茲別克斯坦安革連—琶布鐵路卡姆奇克隧道為背景，介紹單線鐵路主隧道和安全隧道的機械化配套方案，統計并分析開挖、裝運、支護作業線的配套工效情況，并提出運輸設備配置數量計算方法，供類似工程借鑒參考。

1　工程概況

烏茲別克斯坦安革連—琶布電氣化單線鐵路是新絲綢之路的重要組成部分，其中卡姆奇克隧道是其控制工程。隧道位于烏茲別克斯坦聯邦共和國納曼干省巴比斯科區域內。

隧道依據烏國標準進行設計，主隧道位于直線段，設計長度為19 200 m。安全隧道平行于主隧道設置，設計長度為19 268 m。兩隧道中線間距29 m，隧道最大埋深1 270 m。兩隧道間設置聯絡通道，間距為300 m。隧道設置3座斜井輔助正洞施工。合同工期為3年。

主隧道設計斷面為寬6.16 m×高8.49 m，開挖斷面面積為46.4 m2；安全隧道為寬5.26 m×高6.13 m，開挖斷面面積為27.4 m2。主隧道及安全隧道設計斷面如圖1,圖2所示。

2　機械化配套方案

2.1　開挖作業線

1)主隧道。

主隧道開挖作業采用全液壓鑿巖臺車鉆孔，其中進、出口主隧道采用兩臂鑿巖臺車，斜井工區主隧道采用三臂鑿巖臺車鉆孔。因項目工期極為緊張，沒有可供設備制造的時間，且根據以往類似項目使用鑿巖臺車的經驗，擬選用有現貨的鑿巖臺車。因三臂鑿巖臺車相對工效較高，因此配置在關鍵線路上。鉆孔完成后，人工利用多功能作業臺架進行裝藥施工。

2)安全隧道。

進、出口工區安全隧道采用人工風鉆鉆孔，各配置12把風鉆，利用開挖作業臺架進行鉆孔、裝藥作業。斜井工區安全隧道在進出口主隧道兩臂鑿巖臺車釋放后，采用兩臂鑿巖臺車進行鉆孔，人工利用作業臺架進行裝藥作業。

安全隧道采用兩臂鑿巖臺車開挖時，由于隧道開挖寬度(5.26 m)限制，隧道最大設計開挖進尺為4.0 m，能滿足安全隧道開挖作業需求。

2.2　裝運作業線

1)主隧道。

主隧道采用側卸式裝載機(2.3 m3)裝碴，自卸汽車(25 t)運輸出碴。因裝載機寬度為3.0 m，自卸汽車寬度為2.5 m，主隧道最大開挖寬度為6.16 m，該機械配套能滿足隧道寬度要求，但對操作司機的技能要求較高。

2)安全隧道。

進出口安全隧道采用有軌運輸，選用隧道挖裝機(300 m3/h)裝碴，電瓶機車(20 t)牽引梭礦(25 m3)運輸出碴。因安全隧道寬度(5.26 m)限制，隧道挖裝機寬度為2.45 m，梭礦寬度為1.8 m，以及供風、供水管路影響，梭礦與挖裝機會車時，須設置加寬段，加寬寬度為30 cm。

斜井工區安全隧道采用無軌運輸，選用隧道挖裝機(300 m3/h)裝碴，自卸汽車(25 t)運輸出碴。因隧道寬度限制，自卸汽車調頭、會車須利用聯絡通道與安全隧道交會處。

2.3　支護作業線

1)主隧道。

采用鑿巖臺車進行錨桿鉆孔作業。濕噴施工時，選用混凝土攪拌運輸車(8 m3)運送混凝土，濕噴機械手進行噴混凝土作業。

2)安全隧道。

進出口安全隧道采用潮噴施工，利用潮噴機，人工噴射混凝土。斜井工區安全隧道采用濕噴施工，機械配置同主隧道濕噴作業。

3　運輸設備配置數量計算方法

3.1　無軌運輸

主隧道、斜井工區安全隧道均采用無軌運輸，以進口主隧道無軌運輸為例，分析自卸汽車配置數量計算方法。主隧道未襯砌段能實現自卸汽車會車，已襯砌段會車及調頭須在主隧道與聯絡通道交叉處進行。主隧道自卸汽車配置數量計算公式如下：

其中，N為計算數量；S內為洞內運輸距離；S外為洞外運輸距離；V內為洞內運輸速度,km/h；V外為洞外運輸速度,km/h；T裝為裝載機裝滿一車碴需要的平均時間；T倒為自卸汽車從等待處倒車至裝碴位置所需的時間；T卸為自卸汽車卸碴需要的時間。

自卸汽車計算數量采取向上取整。備用數量按一輛計。

3.2　有軌運輸

進、出口工區安全隧道采用有軌運輸，洞內軌道為單線線路，每400 m設置一處會車道。安全隧道有軌運輸梭礦配置數量計算公式如下：

其中，N為計算數量；S內為距掌子面最近的會車道至洞口運輸距離；S外為洞外運輸距離；V內為洞內運輸速度,km/h；V外為洞外運輸速度,km/h；T裝為挖裝機裝滿一輛梭礦需要的平均時間；T倒為梭礦從會車道行進至裝碴位置所需的時間；T卸為梭礦卸碴需要的時間。

梭礦計算數量采取向上取整。備用數量按一輛計。

4　配套作業工效分析

4.1　開挖作業工效

1)主隧道。

主隧道采用三臂鑿巖臺車開挖時，1號斜井主隧道出口方向在2014年8月～2016年2月間，平均開挖進尺為3.37 m，施工準備及鉆孔時間為183.3 min，裝藥爆破時間76.0 min，鉆爆時間合計為259.3 min。

主隧道采用人工風鉆開挖時，1號斜井主洞進口方向在2015年4月～2015年5月間，平均開挖進尺為3.3 m，施工準備及鉆孔時間為246.1 min，裝藥爆破時間51.6 min，鉆爆時間合計為297.7 min。

主隧道開挖工效對比如表1所示。

表1　主隧道開挖工效分析表

可見，當開挖進尺均為3.3 m時，主隧道人工風鉆開挖比鑿巖臺車開挖多耗時43.8 min。

2)安全隧道。

進口安全隧道采用人工風鉆開挖，2014年5月～2015年3月間，平均進尺為3.0 m，施工準備及鉆孔時間為169.6 min，裝藥爆破時間50.5 min，合計220.1 min。

1號斜井安全隧道采用鑿巖臺車開挖，2015年7月～2016年2月間，平均進尺為3.36 m，施工準備及鉆孔時間為166.4 min，裝藥爆破時間39.2 min，合計205.6 min。

安全隧道開挖工效對比如表2所示。

表2　安全隧道開挖工效分析表

可見，當開挖進尺均為3.0 m時，安全隧道人工風鉆開挖比鑿巖臺車開挖多耗時36.5 min。

4.2　裝運作業工效

1)主隧道。

主隧道采用無軌運輸出碴，進口主隧道2014年5月～2015年5月間(未包含2015年1月、2月遭遇斷層破碎帶段)，平均開挖進尺為3.43 m，平均出碴時間為180.0 min。

2)安全隧道。

進口安全隧道采用有軌運輸出碴，2014年5月～2015年3月間，平均開挖進尺為3.0 m，平均出碴時間為165.9 min。

1號斜井安全隧道采用無軌運輸出碴，2014年8月～2016年2月間，平均開挖進尺為3.27 m，平均出碴時間為181.41 min。

安全隧道出碴工效對比如表3所示。

表3　安全隧道裝運工效分析表

可見，當開挖進尺均為3.0 m時，安全隧道有軌運輸出碴比無軌運輸出碴節約0.53 min。

4.3　支護作業工效

1)主隧道。

主隧道采用機械手濕噴施工，1號斜井主隧道2014年8月～2016年2月間，平均進尺為3.37 m，平均每循環噴射混凝土支護時間為98.8 min。

2)安全隧道。

進口安全隧道采用人工潮噴施工，2014年5月～2015年3月間，平均進尺為3.0 m，平均每循環噴射混凝土支護時間為112.6 min。

1號斜井安全隧道采用機械手濕噴施工，2014年8月～2016年2月間，平均進尺為3.27 m，平均每循環噴射混凝土支護時間為83.0 min。

安全隧道噴混凝土工效對比如表4所示。

表4　安全隧道噴混凝土工效分析表

可見，當開挖進尺均為3.0 m時，安全隧道人工潮噴支護比機械手濕噴支護多耗時36.5 min。

5　結論與討論

1)通過各作業線機械化配套方案在烏茲別克卡姆奇克隧道的應用和調整，施工安全、質量良好，施工進度符合配套要求，其中最高月開挖進度達到342 m，平均大于200 m。

2)運輸設備配置數量采用公式計算，根據進洞長度增加配置的方法，更加貼近現場實際情況，并且直觀、可靠。

3)單線鐵路隧道開挖施工時，采用鑿巖臺車開挖較人工風鉆開挖有明顯進度優勢。安全隧道出碴施工時，采用有軌運輸較無軌運輸有微弱的進度優勢。安全隧道噴混凝土施工時，采用機械手濕噴較人工潮噴有明顯的進度優勢。因此，在以進度指標為主，確保安全、質量，兼顧經濟效益的情況下，單線鐵路隧道施工宜采用鑿巖臺車開挖、無軌運輸出碴、機械手濕噴支護。

4)下一步將對隧道施工統計數據進行匯總分析，研究設計開挖進尺與循環時間的關系，找出與平均進度最快相對應的最佳開挖進尺。

參考文獻：

[1]韓浩.高速鐵路長大隧道施工機械配套技術研究[J].價值工程,2016,35(28):99-101.

[2]鮮國.成蘭鐵路隧道施工機械化配套應用分析[J].山西建筑，2016,42(27):144-146.

[3]王建華.單線鐵路隧道無軌運輸機械化施工配套探討[J].甘肅科技，2010，26(4):152-156.

[4]張群鍵.拉林鐵路桑珠嶺隧道機械化配套研究[J].企業技術開發，2015,34(7)：89-91.

[5]徐穩超，湯憲高.貴廣鐵路雙線隧道鉆爆法施工機械化配套及適用性分析[J].隧道建設，2013,33(6):431-436.

[6]湯憲高，單向華，魏志宏,等.長大鐵路隧道機械化施工配套技術經濟分析研究[J].隧道建設，2012,32(3):270-274.

[7]郭海坡.機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用[J].山西建筑，2013,39(26):144-146.

[8]張斌.鐵路長大隧道的機械化配套施工探討[J].海峽科學，2013(12):3-6.

[9]劉全貴，楊善勝，李峰寧.單線鐵路隧道機械化配套快速施工組織技術研究[J].中國科技信息，2014(11):195-197.

[10]李良.單線鐵路隧道無軌運輸機械化配套施工研究[J].四川建筑，2016,36(2):225-230.