中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁省辽阳市 111000
摘要：小直径隧道掘进机（TBM）施工中，其机车的选择间接的制约着工程进度。根据台州朱溪水库引水隧洞TBM施工的实例，对小直径TBM施工中机车方案的选择进行了详尽的阐述。
关键词：小直径；TBM独头掘进最长；单向运输；机车比选
1、概述
本工程为国内独头TBM掘进最长，洞径最小水利输水隧洞，其中TBM施工全长15.72km，采用开挖洞径为4.0m的圆形断面，机车单向单线运输最远距离16.93km，TBM工期为48个月。因本工程洞径小且隧洞单线距离长，工期短，对TBM机车设计限制及工程进度等诸多方面要求较高，因此运输机车的选择极其重要。但机车比选需在机车满足TBM允许通过净空1700mm×1400mm条件下进行，即机车的最大外形尺寸满足：长度≯6000mm（不含车钩），高度≯1600mm，宽度≯1200mm。
2、内燃机车与电瓶车的比选
2.1电瓶车与内燃机车的配套设施成本比较
（1）每台内燃机车前期购置费用约为95.5万元，施工期内设备维修费用预计为13万元，总费用为108.5万元；
每台蓄电池机车前期购置费用约为55万元（包括充电桩），48个月总工期设备维修费用为60万元（按更换三次蓄电池费用考虑），总费用为115万元。
（2）前期准备设施
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备注：内燃机车油库等前期准备设施由油料供应方承担所以内燃机车并无前期准备设施。
（3）能源消耗成本
根据油耗及充电量（包括充电时间）以及速度等参数计算内燃机车和蓄电池机车的运行费用，内燃机车（按某厂家机车核算）24.2L/h×5.49元/L/18km =7.38元/公里；电瓶机车（按某厂家机车核算）304度×0.95元/度/50km=5.78元/公里；按平均运输距离8km，往返16km，一天平均按11次运输次数计算。
本工程48个月内燃车成本48×11次/天×16km×30天×7.38=1870387.2元；
本工程后期往返距离远，从5月份对各电瓶车厂家考察了解情况看，电瓶车主要有以下3个参数可能对本工程施工造成不利影响：
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电瓶车往返一次蓄电池就需要更换充电。蓄电池充电时间按8小时计算，还需储备至少4组蓄电池，蓄电池机车成本增加80万。综合下来，电瓶车成本48×11次/天×16km×30天×5.78元/km+800000=2264883.2元。
本工程TBM施工期内，电瓶车（4台）总费用：1150000×4+2100000+2264883.2=8964883.2元；内燃机车（4台）总费用：1085000×4+0+1870387.2=6210387.2元；由上述可知使用内燃机车运输在TBM施工工期内成本费用远低于电瓶车，所以从成本角度分析内燃机车更为适合。
2.2电瓶车与内燃机车的速度与效率比较
内燃机车平均时速15km/h，电瓶机车平均时速8km/h。本工程喷混设备最大伸长距离为4+2=6m，高效率掘进时，如15分钟1循环，1小时可掘进6米，必须进行喷混作业，中后期施工，在高效率掘进情况下，电瓶车运输效率无法满足。（按Ⅲ类围岩喷混厚度12cm计算，每延米需1.02m3（按15%损耗计），混凝土罐容量为4m3。）
施工至后期，电瓶车每进出洞一次就需要更换蓄电池，因此存在不可避免的频繁拆装蓄电池，增加相当大的工作量。电瓶车推广早，初期投入成本低，环保，短距离运输应用较多。内燃机车的长期成本较低，且排放已明显提高，不足过去的十分之一；长距离施工效率更高。无论材料、初喷混凝土还是后期衬砌施工，尤其是在长距离运输上，内燃车在速度与效率方面都有非常大的优势。
2.3电瓶车与内燃机车的安全比较
本工程采用3台功率90kw通风风机，风机转场至长滩支洞后，通风距离最大为11.5km，经过通风核算，采用内燃机车，空气质量依然满足要求，所以采用内燃机车不存在空气质量
方面的安全问题。
电瓶车主要依靠电制动，停车时使用驻车制动。存在突然断电而溜车的可能，而驻车不足以使车辆快速制动。内燃机车采用给气刹车和断气驻车，且有较大风包做保障，所以即发动机有故障，也能及时快速制动，所以内燃机车在安全方面远高于电瓶车。
2.4小结
由以上综合分析可知内燃机车在成本、速度与效率、安全方面比电瓶车有着明显优势，且内燃机车通用性强，因此，后续工程，内燃车再利用价值高，而电瓶车再利用价值要小。
所以使用内燃机车更加符合本工程国内独头TBM掘进最长，洞径最小的特点。
3 内燃机车之间比选
3.1 内燃机发动机排放标准的选择
本工程位于长潭水库附近，长潭水库属于国家一级水资源保护区。对工程的环保、水保要求严格。因此在机车确定选定为内燃机车情况下，根据工程所处地理位置特殊性，以及高标准的环保要求，选用符合排放标准的内燃发动机十分重要。由于燃油直接喷入高温的气缸内，留给燃油气化的时间很少，且有可能会在局部形成过浓的混合气或类似于柴油机的液态油滴扩散燃烧，造成排放更多微粒。所以有必要对缸内直喷检测颗粒物浓度，对内燃机车在欧Ⅲ、欧Ⅳ、国Ⅳ排放标准之间进行比选。
（1）与欧Ⅲ相比，欧Ⅳ对于NOX和PM要求更为严格，更能满足环保要求。
欧四与欧三的对比
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（2）与国Ⅳ相比，欧Ⅳ没有装OBD（车载自诊断系统）。避免了因客观因素而引起系统的警报，近而使发动机停止工作的可能。
欧Ⅳ自2005年开始实施，相应的技术已经趋于成熟，并且本工程洞内通风完全满足内燃机车使用情况下，欧Ⅳ与欧Ⅲ相比排放废气污染物更低，更加符合环保要求，对于洞内空气污染更低，安全性更高。与国Ⅳ相比系统更加稳定、工作效率更高。综合考虑所以内燃机车选择欧Ⅳ标准。
4、结论
机车的选择，决定着TBM掘进时人员、材料的运输效率。合适的机车，是工程进度与安全的保障。首先经过电瓶车与内燃机车的比选，从而确定内燃机车更加符合本工程国内独头TBM掘进最长，洞径最小的特点，更加适合本工程施工要求。而内燃机车必须满足工程施工的环保、水保、稳定工作的要求，因此最终选择了适合本工程欧Ⅳ标准的NRQ12A型内燃机车。
参考文献：
[1]卢传亮. TBM隧道施工有轨运输安全问题研究[J]. 工程技术研究，2017，02（No.6）：176-177.
[2]周建军，杨振兴. 深埋长隧道TBM施工关键问题探讨[J]. 岩土力学，2014，35（S2）：299-305.