趙東波

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

安琶鐵路特長隧道機(jī)械化配套施工方案

趙東波1，2

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；2. 中國鐵路總公司 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)械化配套施工是實現(xiàn)工期目標(biāo)的重要手段。從開挖、裝運和支護(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)場施工進(jìn)度驗證機(jī)械配套方案的可行性和有效性。提出的特長鐵路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套方案，可為類似工程提供借鑒。

特長隧道；鐵路；機(jī)械化施工；全液壓鑿巖臺車；工效

1 工程概況

烏茲別克斯坦安革連（Angren）—琶布（Pop）單線電氣化鐵路（簡稱安琶鐵路）全長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最重要的控制性工程，為“中亞第一長隧”。工程于2013年9月5日開工，2016年6月22日試運營，2016年12月通過竣工驗收。

該隧道由主隧道和安全隧道組成，主隧道為單線鐵路隧道，長19.200 km；安全隧道位于主隧道左側(cè)，長19.268 km；2隧道中心線相距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，鉆爆法開挖。主隧道和斜井采用無軌運輸，安全隧道進(jìn)出口施工段采用有軌運輸，斜井施工段采用無軌運輸。

2 工程特點及制約工期的主要因素

2.1 巖爆頻發(fā)，施工安全風(fēng)險極高

隧址區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，工程地質(zhì)勘察表明，總長近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)計表明：主隧道、安全隧道、斜井巖爆區(qū)段長度分別占總開挖長度的67%、85%和55%（見圖1）。巖爆難以預(yù)測，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。

2.2 超長斷層，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，開挖總長度達(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 獨頭掘進(jìn)距離長，通風(fēng)難度大

通過進(jìn)、出口獨頭掘進(jìn)距離最長達(dá)4.3 km，通過斜井施工單口獨頭掘進(jìn)距離最長達(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 長大斜井施工工效低、難度大、風(fēng)險高

全隧設(shè)3座斜井，最長斜井3 512 m，坡度11.12%。斜井長、坡度大，運輸、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、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。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

每批物資計劃、采購、發(fā)運和清關(guān)時間至少需要45 d，供貨周期長；從中國、俄羅斯、哈薩克斯坦及歐盟等多個國家和地區(qū)進(jìn)口，程序復(fù)雜多樣，時間和質(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

施工計劃進(jìn)度指標(biāo)最高每月超過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)、超長斷層等地質(zhì)條件極為不利的情況下，需要在36個月內(nèi)全部完成，工期異常緊迫，履約壓力巨大。

可見，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)實現(xiàn)[1-6]。

3 方案設(shè)計

3.1 開挖

由于本隧道為單線鐵路隧道，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)鍵線路等因素，確定主隧道主攻面采用全液壓鑿巖臺車進(jìn)行鉆孔，5臺鑿巖臺車進(jìn)行開挖，1#、2#與3#斜井之間為關(guān)鍵線路，采用三臂鑿巖臺車，進(jìn)、出口主隧道不在關(guān)鍵線路上，采用成本及效率較低的二臂鑿巖臺車。

3.2 裝運

主隧道開挖寬度（6.1 m）能保證裝載機(jī)和自卸車平行作業(yè)，因此主隧道裝運作業(yè)采用5 t側(cè)卸式裝載機(jī)（斗容量2.3 m3）裝砟，25 t自卸車運輸（見圖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)出口考慮到獨頭掘進(jìn)距離達(dá)3 km以上，需實現(xiàn)巷道式通風(fēng)，同時進(jìn)出口場地具備有軌運輸快速施工條件（見圖3），因此采用25 m3梭式礦車進(jìn)行有軌運輸；斜井安全隧道采用25 t自卸車無軌運輸。

3.3 支護(hù)

隧道立拱利用作業(yè)臺架人工進(jìn)行拱架安裝；安全隧道有軌運輸作業(yè)面受運輸限制采用潮噴機(jī)人工噴射混凝土；安全隧道無軌運輸作業(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)采用全自動集成混凝土攪拌站（90 m3/h）生產(chǎn)混凝土，混凝土輸送車（8 m3）運輸，混凝土輸送泵（60 m3/h）泵送入模板臺車（主隧道12 m、安全隧道9 m）。

混凝土輸送車的選用既要考慮罐容量，同時又要考慮車輛在洞內(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[9-11]。

3.4 設(shè)備配置

隧道施工機(jī)械設(shè)備配置明細(xì)見表1。

圖2 主隧道無軌運輸設(shè)備配置示意圖

圖3 安全隧道有軌運輸設(shè)備配置示意圖

4 工效分析

4.1 不同類型臺車施工工效對比

三臂臺車與二臂臺車施工工效對比見表2。

由表2可知，三臂臺車工效明顯高于二臂臺車，三臂臺車鉆孔平均用時135 min，二臂臺車鉆孔平均用時180 min，工序循環(huán)時間節(jié)約45 min。

4.2 機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對比

機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對比見表3。

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

4.3 有軌運輸與無軌運輸工效對比

有軌運輸與無軌運輸工效對比見表4。

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

表1 機(jī)械設(shè)備配置明細(xì)

表2 三臂臺車與二臂臺車施工工效對比 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（見表5）。

表3 機(jī)械手濕噴與人工干噴工效對比 min

表4 有軌運輸與無軌運輸工效對比 m

表5 施工進(jìn)度統(tǒng)計分析 m

依據(jù)確定的機(jī)械化施工方案，實施施工組織設(shè)計確定的關(guān)鍵節(jié)點，目標(biāo)計劃全部提前完成，項目完成節(jié)點目標(biāo)情況見表6。

表6 項目完成節(jié)點目標(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鐵路隧道施工工期的主要因素。

（2）從開挖、裝運和支護(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，實施施工組織設(shè)計確定的關(guān)鍵節(jié)點，該工程工期目標(biāo)計劃全部提前完成。

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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

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目（2016G002-O）；

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

趙東波（1975—），男，高級工程師。

E-mail：285547544@qq.com