安琶铁路特长隧道机械化配套施工方案

赵东波

（1. 中国铁道科学研究院，北京 100081；2. 中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844）

安琶铁路特长隧道机械化配套施工方案

赵东波1，2

（1. 中国铁道科学研究院，北京 100081；2. 中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844）

以安琶铁路甘姆奇克隧道为工程依托，分析制约铁路特长隧道建设工期的主要因素是地质条件复杂、施工组织难度大和物资供应困难，研究确定采用机械化配套施工是实现工期目标的重要手段。从开挖、装运和支护等不同施工阶段进行机械化施工设备配置，比选不同机械设备配置的工效差异，并从现场施工进度验证机械配套方案的可行性和有效性。提出的特长铁路隧道机械化施工设备配套方案，可为类似工程提供借鉴。

特长隧道；铁路；机械化施工；全液压凿岩台车；工效

1 工程概况

乌兹别克斯坦安革连（Angren）—琶布（Pop）单线电气化铁路（简称安琶铁路）全长122.7 km，为连接中亚和欧洲“新丝绸之路经济带”铁路网重要组成部分。其中安琶铁路甘姆奇克隧道工程为全线最重要的控制性工程，为“中亚第一长隧”。工程于2013年9月5日开工，2016年6月22日试运营，2016年12月通过竣工验收。

该隧道由主隧道和安全隧道组成，主隧道为单线铁路隧道，长19.200 km；安全隧道位于主隧道左侧，长19.268 km；2隧道中心线相距29 m，主隧道与安全隧道间隔300 m，并设置联络通道。全隧设置3座斜井辅助正洞施工，采用新奥法原理设计，钻爆法开挖。主隧道和斜井采用无轨运输，安全隧道进出口施工段采用有轨运输，斜井施工段采用无轨运输。

2 工程特点及制约工期的主要因素

2.1 岩爆频发，施工安全风险极高

隧址区地质复杂，工程地质勘察表明，总长近10 km的区段存在高地应力或极高地应力，施工中发生岩爆的可能性极高。自2014年2月，隧道施工频繁出现不同程度的岩爆灾害，仅中等强度以上的岩爆就达3 000多次。统计表明：主隧道、安全隧道、斜井岩爆区段长度分别占总开挖长度的67%、85%和55%（见图1）。岩爆难以预测，不仅严重影响施工进度、加大施工成本，而且还存在巨大的安全风险。

2.2 超长断层，施工难度极大

隧址区共穿越7条断层，其中2#斜井施工穿越的F7断层长达592 m，围岩破碎，地下水发育，多次发生支护结构变形开裂等灾害，施工难度较大。

图1 隧道岩爆比例

2.3 工程规模大，施工组织难度高

该隧道工程施工包括主隧道、安全隧道、联络通道、斜井等组成部分，开挖总长度达47 km。土建施工作业面多、工序复杂、施工组织难度高。

2.4 独头掘进距离长，通风难度大

通过进、出口独头掘进距离最长达4.3 km，通过斜井施工单口独头掘进距离最长达5.5 km，作业面空气质量和施工环境难以保证。

2.5 长大斜井施工工效低、难度大、风险高

全隧设3座斜井，最长斜井3 512 m，坡度11.12%。斜井长、坡度大，运输、通风、反坡排水困难，设备投入大，施工效率低，安全风险高。

2.6 冬季施工混凝土质量控制难度大

隧址区冬季气候严寒，冬期长、气温低，最低温度-42 ℃，积雪厚度近2 m，每年11月—次年3月为冬季，冬期漫长。冬季施工材料保障、混凝土质量控制难度大。

2.7 物资供应难度大

每批物资计划、采购、发运和清关时间至少需要45 d，供货周期长；从中国、俄罗斯、哈萨克斯坦及欧盟等多个国家和地区进口，程序复杂多样，时间和质量控制困难；进口火工品许可办理手续资料繁杂，审批程序严格。

2.8 工期异常紧迫，履约压力巨大

施工计划进度指标最高每月超过300 m，再加上衬砌、沟槽、机电设备安装等工序，在岩爆频发、超长断层等地质条件极为不利的情况下，需要在36个月内全部完成，工期异常紧迫，履约压力巨大。

可见，地质条件复杂，工程施工组织难度大和物资供应困难是制约工期的主要因素。因此，有必要进行机械化配套施工，提高施工效率，以确保工期目标实现[1-6]。

3 方案设计

3.1 开挖

由于本隧道为单线铁路隧道，隧道断面小，操作空间有限，因而设备选型应充分考虑其适用性。

基于定货周期、关键线路等因素，确定主隧道主攻面采用全液压凿岩台车进行钻孔，5台凿岩台车进行开挖，1#、2#与3#斜井之间为关键线路，采用三臂凿岩台车，进、出口主隧道不在关键线路上，采用成本及效率较低的二臂凿岩台车。

3.2 装运

主隧道开挖宽度（6.1 m）能保证装载机和自卸车平行作业，因此主隧道装运作业采用5 t侧卸式装载机（斗容量2.3 m3）装砟，25 t自卸车运输（见图2）。

安全隧道受断面净空限制采用高效挖装机装砟（装砟能力为3～5 m3/min）。进出口考虑到独头掘进距离达3 km以上，需实现巷道式通风，同时进出口场地具备有轨运输快速施工条件（见图3），因此采用25 m3梭式矿车进行有轨运输；斜井安全隧道采用25 t自卸车无轨运输。

3.3 支护

隧道立拱利用作业台架人工进行拱架安装；安全隧道有轨运输作业面受运输限制采用潮喷机人工喷射混凝土；安全隧道无轨运输作业面、斜井、主隧道采用湿喷机械手喷射混凝土[7-8]。

混凝土衬砌作业采用全自动集成混凝土搅拌站（90 m3/h）生产混凝土，混凝土输送车（8 m3）运输，混凝土输送泵（60 m3/h）泵送入模板台车（主隧道12 m、安全隧道9 m）。

混凝土输送车的选用既要考虑罐容量，同时又要考虑车辆在洞内调头的可行性，经比选后选择容量为8 m3的混凝土罐车[9-11]。

3.4 设备配置

隧道施工机械设备配置明细见表1。

图2 主隧道无轨运输设备配置示意图

图3 安全隧道有轨运输设备配置示意图

4 工效分析

4.1 不同类型台车施工工效对比

三臂台车与二臂台车施工工效对比见表2。

由表2可知，三臂台车工效明显高于二臂台车，三臂台车钻孔平均用时135 min，二臂台车钻孔平均用时180 min，工序循环时间节约45 min。

4.2 机械手湿喷与人工干喷工效对比

机械手湿喷与人工干喷工效对比见表3。

由表3可知，机械手湿喷比人工干喷工序循环时间平均节约96 min，机械手湿喷效率明显高于人工干喷。

4.3 有轨运输与无轨运输工效对比

有轨运输与无轨运输工效对比见表4。

根据月进度指标的统计，采用有轨运输的月进度最高指标为281.5 m，采用无轨运输的月进度最高指标为265.8 m；采用有轨运输的平均月进度指标为193.9 m，采用无轨运输的平均月进度指标为153.2 m，有轨运输略高于无轨运输。

表1 机械设备配置明细

表2 三臂台车与二臂台车施工工效对比 min

4.4 施工进度分析

依据确定的机械化施工方案，施工进度大大提高，其中安全隧道最高月进度指标281.5 m，主隧道最高月进度指标342.6 m，斜井最高月进度指标325.5 m（见表5）。

表3 机械手湿喷与人工干喷工效对比 min

表4 有轨运输与无轨运输工效对比 m

表5 施工进度统计分析 m

依据确定的机械化施工方案，实施施工组织设计确定的关键节点，目标计划全部提前完成，项目完成节点目标情况见表6。

表6 项目完成节点目标情况

5 结论

（1）地质条件复杂、工程施工组织难度大和物资供应困难是制约甘姆奇克特长铁路隧道施工工期的主要因素。

（2）从开挖、装运和支护等不同施工阶段进行机械化配套施工组织，加快施工进度，是确保工期目标实现的重要手段。

（3）依据确定的机械化配套施工方案，实施施工组织设计确定的关键节点，该工程工期目标计划全部提前完成。

[1] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京：人民交通 出版社，2003.

[2] 李玉楼. 浅埋、偏压隧道施工技术[J]. 中国铁路， 2014(4)：85-87.

[3] 房炳杰，王永福，王雅丽. 长大隧道机械化施工及 机械配套[J]. 铁道建筑技术，1999(2)：27-28.

[4] 汤宪高，单向华. 长大铁路隧道机械化施工配套技 术经济分析研究[J]. 隧道建设，2012(3)：270-273.

[5] 肖广智. 加强铁路隧道机械化施工保证隧道施工质 量和安全[J]. 现代隧道技术，2008(增刊)：15-19.

[6] 王磊. 浅谈长大隧道机械化施工设备配套[J]. 山西 交通科技，2009(6)：79-80.

[7] 袁林. 湿喷机械手在石林隧道施工中的应用[J]. 建 筑，2011(3)：70-71.

[8] 闻庆权，孙鹏飞. CIFA CSS-3型混凝土湿喷机械 手在隧道施工中的应用[J]. 建设机械技术与管理， 2014(1)：87-90.

[9] 周林峰，余大龙. 长大铁路隧道合修、分修方案比 选[J]. 中国铁路，2014(8)：43-45.

[10] 俞翰斌，马伟斌. 铁路隧道运营状态评估及病害 整治措施[J]. 中国铁路，2013(7)：21-24.

[11] 王江. 铁路隧道监控量测信息系统的设计与实现[J]. 中国铁路，2015(4)：50-53.

责任编辑 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

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2016G002-O）；

铁道科学技术研究发展中心项目（2016YJ045）

赵东波（1975—），男，高级工程师。

E-mail：285547544@qq.com