棋盘石长达隧道有轨运输设计及施工维护技术

摘要：棋盘石隧道是向莆铁路唯一一座长达Ⅰ级风险隧道，独头掘进长达5.4km, 运输距离长，给施工组织带来很大麻烦，控制好洞内运输，解决好运输矛盾，提高运输效率，对促进施工生产至为重要。棋盘石隧道施工过程中有轨运输的方案设计选定、设备选型及安装、施工维护、安全操作注意事项等进行了详细叙述。在施工中设备运行良好、出渣运输效率满足要求，保证施工进度、可为类似长大隧道施工洞内出渣运输借鉴。

关键词： 长达隧道 有轨运输 方案设计 施工维护

中图分类号：U45 文献标识码：A

1.工程概况

向莆铁路设计时速200公里，预留时速250公里，本管段施工的棋盘石隧道起于尤溪县城关镇，止于尤溪县台溪乡清溪村。隧道进出口里程为DK400+988～DK411+796，为双线隧道，全长10808m（我项目部施工7212米，施工里程为DK400+988～DK408+200），单面上坡，坡度为7.6‰，隧道最大埋深770m，独头掘进距离最长为2#横洞工区5350m（其中横洞长度为2150m）。其余辅助孔道基本同样存在独头施工距离长，洞内运输难度大的特点，隧道掘进指标每月最高要到达160m以上满足工期要求，因此施工运输出渣制约生产的重要因素，解决好施工运输将会大大改善施工作业环境，加快施工进度。本隧道辅助导坑设置如下：

棋盘石隧道辅助坑道一览表

辅助坑道名称 与线路左线中线交点里程 与左线前进方向夹角 与正线的相对位置 洞口里程 斜长（m） 综合坡度 运输方式 车道形式

1号斜井 DK401+950 90° 线路左侧 XDK0+372 375.41 8.92% 无轨 双车道

2号横洞 DK405+000 144° 线路左侧 H1DK2+150 2155 6.7‰ 有轨 双车道

3号横洞 DK409+000 30° 线路右侧 H2DK2+140 2140 3‰ 无轨 单道＋错车道

2号横洞内平导 / / 线路左侧 PDK404+916.37 3283.67 7.6‰ 有轨 双车道

棋盘石隧道岩性主要为沉凝灰岩、凝灰质砂岩夹砂砾岩，熔结凝灰岩、流纹质晶屑熔结凝灰岩夹凝灰质砂岩，大理岩、滑石化白云质大理岩等。隧道可能存在断层、岩溶、突泥涌水、岩爆等不良地质条件。为铁道部认定的全标段唯一的一座I级风险隧道。其现场立体图如下：

2.运输方案确定

棋盘石2#横洞洞身为2150m，综合坡度为6.7‰，承担正洞施工任务2960m，以及平导施工任务3283.63米，该工区的施工为整条隧道的关键线路。横洞设计有效断面为32m3，尺寸为3.82*5.50m，设计采用无轨运输车道为单道+错车道形式。依据承担的工区的施工任务和通风、排水情况及施工经验等综合考虑，调整2#横洞工区无轨运输为有轨运输方式。

2.1总体方案布置及施工步骤

2.1.1施工总体布置

配备大型机械作业，重载有轨运输，设备按“快速掘进”模式配备，正洞、平导洞内轨道布设为“双轨单线+错车道”，按照需要设置道岔，以满足运输调度的需要；横洞内采取轨道布设为“四轨双线”，每隔400米设一渡线，以满足运输调度的需要。

隧道出渣、运输机械配套模式：正洞采取：装载机（挖掘机配合）+电瓶机车（CDXT12T）+梭式矿车（S-25型25m3）+双轨单线（正洞布设道岔错车道）+四轨双线（43kg/m钢轨，900mm轨矩）+装载机+斯太尔自卸车；平导采取：扒渣机（ITC312）+电瓶机车（CDXT12T）+梭式矿车（S-25型25m3）+双轨单线（平导布设道岔错车道）+四轨双线（43kg/m钢轨，900mm轨矩）+装载机+斯太尔自卸车。其关键工序施工照片如下：

（一）梭矿车运输喷锚料

（二）梭矿车洞内装渣

（三）梭矿车洞外栈桥卸渣

（四）有轨罐车浇筑混凝土

2.1.2施工步骤

出渣运输过程大致分两个阶段：

第一阶段：正洞、横洞及平导内采取有轨运输方式出渣；附洞内有轨运输平面图。

洞内阶段性布置图

第二阶段：洞外弃渣场采用无轨转渣方式，附洞外转渣场平面图。

洞外布置简图

2.2轨道布置

2.2.1洞内轨道布置

隧道正洞、平导布置单车道，横洞布置双车道，正洞、平导、横洞内未浇筑仰拱（底板）段采用15cm×15cm枕木铺设轨道，已浇筑仰拱（底板）段采用槽钢布设轨道，轨道间距80cm，轨距900mm； 采用6#道岔布设错车道。

洞内轨道布置图片

2.2.2洞外轨道布置

洞外轨道布置包括弃渣线、拌和站及充电房等各种专用线，由于横洞口施工场地狭窄，一次性完成轨道铺设有困难，因此弃渣线轨道利用弃渣逐步扩展场地，沿场地外缘逐渐延伸。出渣线由洞内出洞后通过渡线调车，并向拌和站、充电房（兼修理房）各引一条专用线。

洞外轨道布置图片

不同曲线下的外轨超高、内轨超宽

S1―两股钢轨中心距离（毫米）；

Vc―机车车辆平均速度，2.78米/秒；

Qmax―最大轮对宽度（轮距）（毫米）；

F―矢距，F=L2/2R(L为固定轴距，R为曲线半径)

1）、外轨超高

h=S1・Vc/g・R=970×2.782/9.8×35=22mm

2）、内轨加宽

S=S曲- S直=L2/2R=10002/2×35000=14mm

轨距及轨缝允许误差：不论在直线上或曲线上，轨距的偏差，宽不得超过标准宽度6毫米，窄不得超过标准宽度4毫米。钢轨接头缝不大于5毫米，相临轨头高低差应小于2毫米。左右错开应小于2毫米。接头缝应位于两枕木间。

2.3设备配置

2.3.1出渣运输参数

坡度：横洞进口坡度均为6.7‰，正洞及平导为7.6‰；

钢轨：采用P43钢轨，轨距900mm；

装渣：采用ITC312和装载机进行出渣；

牵引：XDXT12型电机车，自重12T，行速10～25km/h；

运输：S-25型梭式矿车，自重20T，卸载时间3min，外型尺寸12910×1800×2630 mm，最大行车速度20 km/h。

2.3.2设备数量计算

设备数量计算按掘进5.4km，一次出渣时间不超过3.5小时为原则，施工中应加强调度，共配备12台电瓶车，9台梭式矿车。计算如下：

主要运输设备

序号 机械名称 单位 数量 型号 备注

1 扒渣机 台 1 ITC312

2 挖掘机 台 1 小松

3 装载机 台 2 小松

4 电瓶车 辆 12 CDXT-12

5 梭式矿车 辆 9 S－25

6 自卸车 辆 5 斯太尔

7 混凝土罐车 辆 5 6m3

8 钢轨 米 16660 43kg/m

9 道岔 副 15

10 专用载人车 辆 1 人员进出

计算参数：

出渣量计算：每循环进尺2.25m；（炮眼深2.5m，利用率90%）则循环渣量为：2.25×120×1.4=378m3；

运距计算：以平导掘进至3283.63米为计算依据，则最大运距为3283.63+2150=5433.63m；

机车轮轨粘着系数取ψ=0.2；

列车单位阻力取ω=8kg/t；

坡度单位阻力取ιP出洞=6、7‰ ιP入洞=6、7‰

机车最大牵引力

Fmax=PC・ψ・1000=12×0.2×1000=2400kg（PC――机车粘重）

机车牵引能力

出洞QC= Fmax/（ω+ιP出）－PC=2400/（8+6）－12=160T

QC――机车牵引能力T；

每辆机车牵引矿车数量n

n=Qc/(Q+q)

Q――矿车载重量,每列矿车为Q=45×1.5=67.5T

q――矿车自重,S-25型梭矿车为20T

n出=QC出/(Q+q)=160/(67.5+20)=1.8(辆)

考虑到工程施工中存在的诸多不确定的因素，而且计算中采用了大量经验数据，为确保牵引能力，本工程中取 n=1(辆)。

根据出渣运距、出渣量、运行速度计算矿车数量

正洞单洞双线（洞内掘进至2km，洞外150m计），平均车速8km/h，

按照3.5h出渣完成需9台S-25型梭矿车；

平导需要3台S-25型梭矿车；

同时施工（一个平导+一个正洞）：作业系数按照0.6计算：

（9+3）×0.6=7.2辆，则需8台S-25型梭矿车；

根据以上计算表明，取最大值2#横洞内有轨运输需要9台S-25型梭矿车。

3.有轨运输管理

3.1加强管理 健全组织

制定严格的安全措施，成立以项目部主管领导的安全管理小组，定期分析安全生产形势，研究解决施工中存在的问题。组织实施对项目的安全管理，保证施工生产安全贯穿于施工全过程。充分发挥各专兼职安检人员的监督作用，及时发现和排除安全隐患。

3.2有轨运输管理及维护

洞口值班调度应由熟悉隧道施工作业程序的人员担任，值班调度应随时掌握洞内各施工工作面施工进展和矿车运行情况，及时调度、调整进出洞矿车数量以保证施工工作顺利开展、轨道运输协调有序；避免调度失灵引起的窝工等待及轨道运输堵塞现象发生。

洞内司岔、值班人员应随时掌握洞内矿车运行情况，严格管理红绿灯，及时扳岔或指挥矿车等候会让，严禁出现红绿灯值班调度脱岗现象发生；司机应服从司岔值班人员指挥及红绿信号灯信号指示，进行通过或等候会让作业，严禁司机冲岔、闯红灯信号或抢道行车。

道岔管理：设红绿灯、道岔标识灯箱、有线电话；派专人负责管理；以保证矿车正常通行。

轨道管养：双车道轨道管养，派专人负责管理，以保证轨道满足运输顺畅通行条件。

洞内出现紧急情况需启用渡线道岔改单线轨道运输时，派专人负责管理，同时将道岔情况报洞口值班调度；严禁其他人员未经允许私自扳渡岔作业。

3.3有轨运输监控

做出详细的有轨运输安全运营技术措施，做好有轨运输安全技术操作规程交底，做好安全技术作业指导书以及有轨运输调度规则，充分发挥有轨运输的整体功能效应。

3.4安全措施

保持现场管线整齐，灯明、路平、无积水。施工中加强对机具、电器设备的检查和维修，各种施工机械和电器设备均设置漏电保护，确保用电安全。

电瓶车司机、矿车（含梭矿、砼罐车下同）操作工必须通过培训，持证上岗；严禁非司机人员操作矿车或将矿车借给他人操作；电瓶车按要求安装照明及警示灯并确保正常使用。矿车摘挂后调车、编组、停留时，应备有刹车装置；司机在开车前，必须检查车况是否良好、牵引杆及连接销是否牢固可靠、刹车装置是否灵活可靠、梭矿两车厢搭接处挡渣门是否关闭，如有问题及时排除；严禁车辆带病作业；

司机开车前必须鸣笛并注意望、观察矿车前后是否有人、车或其他障碍物，随时做好刹车准备；矿车非牵引侧牵引杆必须吊空；利用电瓶车牵引其他机具、车辆时，要确认连接牢固后，鸣笛、慢行，严禁急刹车。

梭矿操作工作业时必须戴绝缘手套，电缆、插头、插座禁止放置水中和易溅水的地方；作业时应注意矿车顶部石渣情况，防止落石伤人。

矿车在洞内行车时速不大于20km/h；共用双线地段左线上行、右线下行；直行优先，并线、拐弯车辆避让直行车辆；矿车同向行驶过程中两车保持不小于100m车距；在进出洞口、平导道口、道岔、施工作业区、公路平交道口时应减速鸣笛缓慢以时速不大于6km/h通过。

4.结束语

有轨运输从根本上解决了长大隧道辅助坑道断面小，汽车出渣困难的问题，采用有轨运输，有效的解决了运输矛盾，加快了运输效率，提高了出渣效率，同时确保了洞内空气质量清新，满足了标准化作业环境要求，确保工人正常施工，保证了工程进度。

4.1加强安全管理、控制好现场调度是实现有轨运输效果的关键。

参考文献

1、 TB10003-2005铁路隧道设计规范

2、TB10204-2002铁路隧道施工规范

3、GB50108-2008地下工程防水技术规范

4、 [5]TZ204-2008铁路隧道工程施工技术指南

5、我单位宜万铁路堡镇隧道有轨运输经验