大直径泥水盾构隧道施工洞内运输方式的研究

2015-01-22谢波

筑路机械与施工机械化 2014年9期

谢波

摘要：结合南京地铁10号线大直径泥水盾构修建工程，阐述了目前隧道施工洞内常用的有轨和无轨两种主要运输方式。从运输效率、灵活性和经济性等三个方面分析了有轨运输和无轨运输各自的优缺点，通过对比证明：南京地铁10号线为单洞双线隧道，运输的空间极为有限，选择无轨洞内运输方式更高效、更经济。

关键词：泥水盾构；有轨运输；无轨运输；对比分析

中图分类号：U455文献标志码：B

Abstract： Combined with the construction of Line 10 Metro of Nanjing with largediametered slurry shield， two major transfer modes in tunnels including tracked and trackless were both mentioned. A comparison of the transfer modes was conducted in aspects of efficiency， flexibility and economy. The comparison and analysis shows that since there is limited room for transfer in the tunnel of Line 10 Metro， the trackless mode is more effective and economic.

Key words： slurry shield； tracked transfer； trackless transfer； comparison analysis

0引言

南京地铁10号线为单洞双线隧道，采用大直径泥水盾构修建，中间风井至江心洲站区间全长3 600 m，江中隧道长2 300 m，其水平运输系统是整个系统的瓶颈。隧道下部结构采取中间预制“口”字件+两侧现浇的结构形式，双线间设置现浇中隔墙，顶部设置预制烟道，中隔墙中部设置紧急疏散平台。隧道结构复杂，运输的空间极为有限，如何实施快速施工技术将是本工程的难点之一。

目前，隧道施工常用的洞内运输方式主要分有轨和无轨运输两种。两种洞内运输方式哪一种更适用于南京地铁10号线的问题，文章从三方面进行对比分析，选择出了适合本工程特点的洞内运输方式。

1常用隧道洞内运输方式

1.1无轨运输

随着大型隧道施工机械的引进和发展，在双线隧道施工中采用无轨运输带来了有轨运输无法比拟的高速度、高工效，因而受到施工人员的普遍欢迎。近几年，在单线铁路隧道及小断面水工隧洞施工中无轨运输也得到了推广应用。虽然在单线隧道施工中使用无轨运输具有一定的优点，但也存在一些目前难以妥善解决的问题。以胶轮卡车运输为例，运输道路需要铺设简易路面，车道宽度、车道设置及回车距离等也有要求，且随着隧道掘进的长度增加，其不利因素也更加突出，故业界对无轨运输推广应用存在较大分歧[14]。

1.2有轨运输

有轨运输就是铺设小型轨道，用蓄电池电机车或窄轨矿车运输材料及渣土的方式。采用有轨运输时，洞外应根据需要设置调车、编组、出渣、进料、设备整修等作业线路。有轨运输根据轨道形式的不同，可以分为单轨制、四轨三线制和复合式三种。

单轨制的优点为钢轨和轨枕材料需要量少，轨面标高低，有利于在盾构机后布置配套设备，列车运行管理较为简单。缺点为只适用于短区间隧道施工，否则列车运行的脱节将会使盾构机掘进发生停机等待现象。

四轨三线制需要在洞内铺设2条线路，分别用于机车驶入和驶出，在盾构机后配套处合并为单轨。由于隧道空间所限，轨距一般为762 mm，左右线分别为重车和轻车运输线。在盾构机后配套后部设1副浮放双开道岔，可由盾构机或由机车拖移。其优点为左右两线的运输互不干涉，运输是连续的，与区间隧道的长度无关。配置的灵活性大，列车调度较为灵活，易于应对突发性故障和事件；工序适应性较强，当工序临时变动或脱节时，便于调度。缺点为轨道需要量增大一倍，轨枕要求的长度长，需要量较大。

复合式主运输轨线仍为单线制轨线，在后配套后部设2副浮放双开道岔组成会车点。当隧道特长时，在隧道中部可增设双线会车点，可以是固定的或可移动式的。会车点间隔距离根据运输系统参数计算确定。复合式轨线既节省钢轨和轨枕材料又满足特长盾构区间施工运输需要。当隧道区间长度短时，复合式轨线相当于四轨三线制轨线，利用盾构机掘进时间，另一组空的编组列车可驶入在后配套后部等待。复合式轨线制兼有单线制轨线和四轨三线制轨线的优点。缺点为道岔位置需要根据掘进长度不断调整，机车需要在道岔处等待来车交会，降低了运输效率。

2两种隧道洞内运输方式的比选

比选无轨运输和有轨运输，需要立足于工程需求，从本工程特点出发，着重从运输效率、灵活性和经济性方面经行比较。

2.1运输效率

无轨运输砂浆车、管片车和箱涵车均为单个车辆，不同的物料分别由不同车送入洞内，砂浆车车速较快，管片和箱涵车车速较慢。有轨运输列车由电力机车牵引，后部设置多节车厢，运输的物材包括砂浆、管片和箱涵等，不同的物料由同组列车送入洞内。

运输效率的最好情况应为盾构不会因等待后续物材而停机。泥水盾构隧道的施工速度主要取决于盾构完成单环管片掘进循环的时间，包括盾构掘进一环长度的时间、停机拼装一环管片的时间、等待管片和泥浆等物料送入的时间。其中物料送入和盾构掘进及管片拼装同步进行，因此以一环为一个循环，对运输效率的最高要求可用下式表达

以隧道全长3 600 m为最长单向行驶距离代入式（2），计算得到砂浆车完成一个循环时间为43 min，管片车为51 min，箱涵车为71 min，列车为782 min。盾构机正常施工阶段时掘进一环（2 m）大约需要60～100 min，管片拼装大约35～50 min，完成一个掘进循环时间大约为95～150 min，说明有轨运输和无轨运输均能达到最高运输效率要求，砂浆车可在一个掘进循环内运送两次，保证盾构机内砂浆充足。endprint

在满足最高运输效率的同时，还应尽量保证盾尾处有充分的卸车时间。无轨运输快车和慢车分离，砂浆车最早到达时间为一个循环开始后的15 min，管片车为28 min，箱涵车为38 min；有轨运输列车为416 min，无轨运输优于有轨运输，但两种运输方式均留有充足的装卸时间。

2.2灵活性

无轨运输的灵活性明显高于有轨运输，主要表现在以下4点。

（1）无轨运输对不同物料采用不同的运输车辆，盾尾处物料卸车顺序可调，对物料进洞顺序没有严格要求。有轨运输单组列车内车厢位置固定，为了卸车方便，一般从前到后开始卸车，物料卸车顺序不易改变。

（2）无轨运输砂浆车运量小，速度快。一辆车一个循环内可运送两次，单环砂浆总运输量可根据需求实时调节，不够时可进行二次运送，运多时车辆可在盾尾等候下环注浆，其他空罐砂浆车可正常出洞。而有轨运输列车运量大，速度慢，单环砂浆总运输量不易调节。

（3）除了安排一组车辆用于盾尾处的物料运送，还要安排一组车辆用于运送混凝土浇筑主体结构。无轨运输时，不同组车辆错车方便，两组不会互相干扰。有轨运输的两组车辆共用同一轨道，容易造成交通堵塞。

（4）无轨运输的车辆发生故障时，可紧急停于通道两侧空隙处进行故障排除，对其他车辆运输影响小。有轨运输的列车发生故障时，其所处轨道将无法使用，整个运输系统处于瘫痪状态。

2.3经济性

运输系统的成本可以分为人工费，机具材料费和配套设施费等，两种运输方式的成本可以从以下几点比较。

（1）人工费。无轨运输需要的司机数量远大于有轨运输，但是有轨运输需要考虑增加轨道铺设和拆除人员及道岔工，因此两者人工费用相近。

（2）机具材料费。无轨运输的总车辆数和有轨运输总车厢数相近，有轨运输还需要考虑轨道及相关设施费用，因此有轨运输的机具材料费较高。

（3）配套设施费。有轨运输对洞内环境影响小，无需另设相关设施；无轨运输废气排放量大，需要增加风机数量，因此无轨运输的配套设施费较高。

另外还要考虑发生事故的间接经济损失，根据上节分析，无轨运输车辆发生故障对运输系统影响较小。有轨运输机车发生故障将导致运输系统瘫痪，进而延误工期，造成的经济损失较大。综上，无轨运输的经济性要稍好于有轨运输。

3结语

通过对无轨运输和有轨运输各方面的比较，无轨运输更优，因此南京地铁10号线泥水盾构隧道施工的洞内运输方式选择无轨运输。对于盾构隧道内运输方式的选择，既要考虑洞内空间的大小及不同运输方式的运输效率和经济费用，也要结合施工作业环境和施工方法，通过综合比较和辩证选择来确定运输方式，实现洞内运输方式的高效经济。

参考文献：

[1]张路刚.单线隧道施工运输方式经济比较[J].铁路工程造价与管理，2006，21（3）：79.

[2]张宁川.地铁盾构法施工轨道运输系统方案优化[J].隧道建设，2005，25（3）：2729.

[3]张雪刚.斜井有轨运输设备选型与正洞无轨运输配套技术[J].隧道建设，2009，29（3）：334338.