中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450000 摘要：位于乌兹别克斯坦安琶铁路的库拉米隧道全长19.2km，是中亚第一长隧。该隧道施工难度大、工期紧，地质复杂，给项目带来了巨大的安全、质量、履约等方面的挑战。依靠科学管理，深入研究和优化施工方案、综合应用有轨及无轨两种施工方案，成功的解决了制约项目快速施工的通风、运输、机械化施工等难题。基于此，本文结合项目施工状况，就小断面特长隧道及单线铁路隧道的有轨和无轨施工综合应用进行探讨分析，以供后续工程参考借鉴。 关键词：有轨运输；无轨运输；隧道；综合应用 0 前言 乌兹别克斯坦安琶铁路的库拉米隧道是“一带一路”的代表性项目，也是乌兹别克的“总统一号工程”，项目意义重大，但也困难重重，需要在3年合同工期修建隧道长度44.9km（含安全隧道、主隧道及斜井），穿越7次断层破碎带，克服频发岩爆，这些困难无疑对项目管理提出了更高要求，既要快速适应国际标准，确保安全、质量、进度、工期、成本满足各方要求，又必须创新管理，科学组织，优化施工方案，方能实现项目的快速推进，成功履约。 根据工程特点，针对主隧道及安全隧道采用有轨运输及无轨运输两种施工方案进行了研讨、分析，最终选择了安全隧道进、出口工作面采用有轨运输施工方案，主隧道及斜井施工各工作面采用无轨运输施工方案。实践证明，有轨运输及无轨运输两种方案在本隧道的综合应用，提高了设备利用效率，有效的解决了通风及施工空间制约等难题，有效加快了项目施工进度，降低了工程成本，实现了良好的经济效益，为类似设计的特长小断面隧道及铁路单线隧道的施工提供了经验和借鉴意义。 1 工程概况 库拉米隧道为中亚第一长隧，位于乌兹别克斯坦纳曼干省，通过库拉米山，隧道长度为19.2km，设计时速为63km/h，隧道线路左侧平行设置19.268km长安全洞，距主洞中线间距29m。主洞与安全洞之间采用联络通道连接，联络通道间距300m。 隧道主洞全长19.2km，安全洞全长19.268km，分别设置进、出口工区和3座斜井工区辅助正洞施工，1#斜井1532m；2#斜井3500m；3#斜井1845m。任务分配见图1-1全隧任务分配示意图。 图1-1 全隧任务分配示意图 隧道穿越地区岩石岩性为三迭系下统花岗闪长岩、正长岩、花岗岩、花岗斑岩，砖红色，全－弱风化，中－粗粒、斑状结构，块状构造，节理较发育。地表埋深0～1200m，其中埋深大于200m长度占比达89%，受高地应力影响，岩爆频繁发生，分布7条断层。 主隧道、安全洞衬砌后净空设计断面见图1-2、图1-3。本项目合同工期3年（含衬砌及沟槽），最长独头长度为5650m（含1#斜井井身）。 图1-2 主洞衬砌内轮廓 图1-3 安全洞衬砌内轮廓 2 有轨运输及无轨运输综合应用的客观因素 （1）在以往的国内特长小断面隧道或特长单线铁路隧道，经常因隧道作业空间而存在的通风、运输等问题，而采用有轨运输和人工钻爆开挖方法，但该方法投入非标设备较多，轨道养护要求高，加之国外人工费用投入较多，成本较高。采用无轨运输存在通风困难、作业环境差等缺点，但本隧道的安全洞部分工作面能利用主隧道空间，使用凿岩台车开挖、轮式湿喷机等设备作业，具有准备减少有人成本和设备投入，同样实现快速施工的优点。 （2）本隧道为1座小断面安全隧道与1座单线铁路隧道并行设置，隧道全长19.2km，最长独头掘进长度5650m。主隧道开挖面积54～65 m2，作业面多，断面高度及宽度适合以机械化配套的无轨运输方式进行施工；安全隧道开挖面积22～30m2，断面较小，独头掘进距离长，安全隧道进、出口工作面先行，设施布局困难，通风较困难，宜选择人工钻爆和有轨输运输方案；通过斜井施工的安全隧道作业面，能够有效借助主隧道进行运输和通风，能较好的利用主隧道无轨运输施工设备，故采用台车钻孔和无轨运输施工方案。 （3）合同工期短，进度指标高，对设备工作效率要求高。以进口施工管段为例，进口段承担隧道施工总长18997m，实际开挖工期仅有32个月，计算月均综合施工进度指标593m/mon，细分至各级围岩进度指标：V级围岩90m/月，Ⅳ级围岩160m/月，Ⅲ级围岩210m/月，其他各施工段指标基本类似。 （4）穿越复杂岩层，对设备地质适应性范围要求广。既穿越岩石坚硬的花岗岩，又穿越岩石破碎，质地较软的凝灰变质岩，还通过F1～F6断层破碎带，沿线穿越高地应地层段落长，轻微～中度岩爆频发，局部重度岩爆。地应力段落长，约占全隧长度的65%，采有台车钻眼施工，有利于安全。 （5）作业面施工距离长，洞内通风组织困难，隧道单作业面最大施工长度达5650m，长度较长，洞内通风组织困难，为减少洞内废气排放，对选型设备节能环保要求高。作业面多，投入设备、人员多，对现场施工组织要求高，安全生产保障压力大。 3 主隧道无轨运输施工方案 3.1 主隧道挖、装、运施工方法及设备配置 根据隧道断面尺寸及现场资源，主隧道开挖使用凿岩台车钻孔，多功能作业台架装药爆破作业，隧道出碴使用侧卸装载机加自卸汽车相配套的运输方式。每个工作面配置一台两臂或三臂凿岩台车进行钻孔作业（两臂凿岩台车用于进、出口主洞和斜井进入井底的安全洞施工；三臂凿岩台车用于斜井井身施工和斜井进入井底后的主洞施工），钻孔作业由每班2～3人进行操作，现场制做一台与之配套的多功能台架，配置10个人工进行装药工作，出碴用一台侧卸装载机加自卸汽车组成装运作业线。主隧道无轨运输挖、装、运施工示意图见图1，主隧道挖、装、运机械设备配置见表3-1。 图3-1 主隧道挖、装、运施工示意图 表3-1 主隧道挖、装、运主要机械设备配置表
表中自卸汽车车的数量根据行驶速度、装碴时间、倒车时间、出碴距离、卸车时间的平均值计算，并考虑1台备用。 3.2 主隧道初支、二衬施工方法及设备配置 主隧道的喷砼作业使用湿喷机械手施工，两台混凝土运输车配合。在隧道的出碴工作完成后，及时清除岩面危石后，将湿喷机械手开至距工作面10m左右的位置进行定位，同时与之相配合的混凝土运输车也倒至湿喷机后面的搅拌料斗处，准备放料。在喷砼时，由一名喷砼作业手在距工作面大概10m处持遥控器作业，另有一人在混凝土运输车后面控制放料工作，工作面的喷砼作业由两人完成，每次喷砼作业从开始至完成需50min（喷1车料）或80min（两车料）。主洞衬砌采用12m全断面液压整体移动式模板台车施工，最大施工长度11.9m/模（考虑搭接10cm），仰拱采用仰拱栈桥法全幅一次性开挖，一次性浇筑。隧道防水施工采用自制轮胎式防水板铺设台架，长度6米，衬砌距离仰拱作业面2～3个衬砌循环。混凝土采用HZS90拌合站生产，由2-4台混凝土运输车将混凝土运至衬砌地点进行工作插入式振捣器振捣。仰拱采用溜槽入模，衬砌采用BT60拖泵入模。 衬砌与开挖面步距问题，根据监理要求并参照中国规范，以“隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和，水平收敛小于0.2mm/d、拱部下沉速度小于0.15mm/d”为衬砌施工标准，对步距并无要求，现场根据实际情况进行控制。主隧道无轨运输初支施工方法示意图如图3-2，主隧道无轨运输衬砌施工方法示意图如图3-3，主隧道初支、二衬砌机械设备配置如表3-2所示。 图3-2 主隧道无轨运输初支施工方法示意图 图3-3 主隧道无轨运输衬砌施工方法示意图 表3-2 主洞初支、二衬主要机械设备配置表
4 安全隧道有轨运输及无轨运输施工方案的综合应用 4.1 有轨运输挖、装、运施工方法及设备配置 安全隧道进、出口作业优先于主隧道开工，起到超前探明隧道地质及快速贯通，为主隧道施工创造有利条件的作用，独头独头掘进距离长，作业空间小，为保障进度和克服通风难题，故采用有轨运输施工方案。开挖采用人工使用手持风钻施工，作业面配置12把YT28型风钻，每班13名工人进行作业，现场制做一台多功能台架，钻孔作业人员在台架上进行作业，与之相配套的是使用3台20m3/min的电动空压机供应高压风。装碴采用一台德国产ITC312H3型隧道挖装机，运输采用5台25M3的梭式矿车和配套电机车的有轨运输方式，梭式矿车数量按运输距离、钻爆参数、平均速度、装卸碴时间计算数量，并考虑备用及电机车的充电备用。洞内每1公里设置道岔和错车道，挖装机停放于横通道。安全隧道有轨运输挖、装、运施工示意如图4-1，安全隧道有轨运输挖、装、运机械设备配置 见表4-1。 图4-1 安全隧道有轨运输挖、装、运施工示意 表4-1 安全隧道挖、装、运机械设备配置表
4.2 安全隧道有轨运输支护施工及设备配套 安全隧道进、出口工区采用有轨运输方式方案，若要采用湿喷工艺，需要增加轨行式罐车，并将轨道铺设到混凝土搅拌站，会增加设备投入和工程成本。本安全隧道进、出口工区使用了潮喷砼工艺。在隧道的出碴工作完成后，利用挖装机及时清除岩面危石后，立拱和挂网由人工利用多功能作业台架完成。每次喷砼由两台潮喷机作业，每个喷砼机由1名喷砼手和4名上料人员，喷砼料由梭式矿车运至工作面。在隧道的出碴工作完成后，将多功能作业台架运至工作面，由挖装机将潮喷机运至距工作面10m左右的位置并做相应的准备工作，同时由梭式矿车将喷砼料运至湿喷机后面的料斗处，准备放料。在喷砼时，由一名喷砼作业手在工作面下的台架上拿喷头作业，另有4人上料，每个工作面的每班喷砼作业由10人完成，每次喷砼作业从开始至完成需150min左右。安全隧道有轨运输支护机施工示意如图4-2。安全隧道有轨运输支护机械设备配置详见表4-2 表4-2 安全隧道有轨运输支护机械设备配置表
4.3 安全隧道无轨运输施工方法及设备配置 通过3个斜井施工的安全隧道各作业面，由于后于主隧道进行开挖，能够较好的利用主隧道空间，可以安全隧道作为施工车辆的进口通道，横通道进行施工设备调头和临时停放，主隧道作为施工车辆的出口通道，解决了安全隧道空间限制问题。同时也可利用主隧道和斜井能解决安全隧道的通风问题，故除安全隧道进、出口工作面外，其他通过斜井施工的各作业面均采用与主隧道类似的有轨运输施工方案。与主隧道无轨运输施工方案的不同之处主要有：主隧道可使用三臂台车或两臂台车，安全隧道由于空间限制，只能使用两臂凿岩台车；装药时，安全隧道不能使用多功能台架进行装药；安全隧道装碴只能使用挖装机与自卸汽车配合，不能用装载机。安全隧道初期支护施工方法及设备配置和主隧道无轨运输施工方案一致，不再累述。安全隧道挖、装、运主要机械设备配置见表4-3。 表4-3 安全隧道无轨运输挖、装、运主要机械设备配置表
4.4安全隧道衬砌作业方法及设备配置 安全隧道仅对围岩较差的Ⅳ、Ⅴ级段落进行衬砌，在隧道贯通后，并移除安全隧道轨道及轨行式设备后，采用主隧道类似的衬砌方法施工。配置一台9m模板台车，1台HBT60输送泵，由2-3台混凝土运输车将混凝土运至衬砌地点进行工作。安全洞衬砌机械配置见表4-4。 表4-4 安全洞衬砌机械设备配置表
5 有轨运输及无轨运输施工方案综合应用效果 （1）总体履约：项目通过有轨及无轨运输的综合应用，有效的解决了本隧道快速施工所面临的安全、成本、进度等难题，仅用900天就完成了隧道的全线贯通，兑现了对业主的3年通车目标的郑重承诺。项目实际交付业主工期较合同工期提前三月，并创造了安全隧道月进度325m/月，主隧道月进度300m/月记录。 （2）安全、质量、环保：项目施工质量获得业主和德国DBI监理公司的一致认可，质量管理工作良好，无较大质量缺陷，无质量事故发生。安全生产工作可控运行，项目安全管理工作良好，无伤亡事故发生。施工作业环境及项目环境管理工作良好，无一起环境事故发生，无一起环境投诉事件。 （3）社会效益及经济效益：本项目通过有轨运输和无轨运输两种方案的综合应用，成功履约，实现了良好的经济效益和社会效益。本项目成为“一带一路”的示范性项目，中乌两国元首亲自出席了项目的通车仪式。 6 小结及建议 （1）在工期要求较高时，小断面特长隧道与大、中断面特长隧道组合施工，又存在中间斜井的条件下，可以充分利用有轨运输和无轨运输各自的优缺点，进行综合应用，实现快速施工和经济效益的最大化。 （2）有轨运输施工方案在特长小断面隧道（通常指开挖面积小于30 m2）的开挖速度、作业环境、作业空间等方面有优势，但缺点是非标设备多，养道、充电、调车、洞碴转运等辅助工作量大，施工组织较复杂，安全风险相对无轨运输更高，在国外人工费较贵的情况下，成本也更高。无轨运输方案的优点是便于组织，钻孔和运输能使用凿岩台台车、自卸汽车等常用的轮胎式设备，机械化程度更高，设备成本更低。本项目无轨运输与有轨运输相比，无轨运输月平均施工速度要慢20～40m，但能节省大量人工，在满足工期的前提下更为经济、便捷。存在的问题是长距离通风困难、作业环境差，必须借助主隧道的空间利用，方能解决施工空间的限制，实现快速、高效施工。 （3）在隧道单口独头掘进时，受供风效果影响，适用于长度3Km以内的隧道施工；采用巷道式通风后，随开挖距离增加，适当增加射流风机数量，施工长度可增加至5～6Km。 参考文献： [1]刘常春.铁路隧道施工技术常见问题及改进措施分析[J].门窗，2019（24）：103. [2]蒋华.浅谈单线铁路隧道有轨运输与无轨运输之优缺[J].城市建筑，2016（9）：304-305 [3]韩贺庚，申志军，皮圣.蒙华铁路隧道工程施工技术要点及机械化配套[J].隧道建设（中英文），2017，37（12）：1564. [4]赵东波.安琶铁路特长隧道机械化配套施工方案[J].中国铁路，2017（06）：22-26. [5]郑孝福.西秦岭特长隧道TBM施工有轨运输系统工程实践[J].隧道建设（中英文），2018，38（01）：80-85. 作者简介： 黄元庆，44岁，四川内江人，1999年年毕业于陕西省渭南铁路工程学校公路与桥梁专业，后分别取得西南交大铁道工程专科学历和河南城建学院土木工程本科学历。一直工作于中铁隧道股份有限公司，长期在国内及国外从事隧道施工管理及技术管理工作。