洞内水平运输系统综合选型研究

工作业，且具备良好的稳定性，系统中某单一设备损坏后不至于全面停工，尤其要确保隧道在不良地层的应急处理能力。

4 配置方案研究

4.1 方案比选思路

针对该项目TBM的洞内运输，主要通过对功能性分析、资源、成本、管理等方面进行综合论证。

4.2 洞内柴油机车运输方案

4.2.1 配置方案

（1）总体布置方案。该项目隧道长12.2千米，洞内共配置三组错车平台（两组固定式、一组移动式），由于TBM始发平台面积较小，场地布置紧凑，为有效利用场地空间，错车平台设置如下。

①采用移动式和固定式错车平台，用于洞内柴油机车错车，共配置1组移动式错车平台，2组固定式错车平台。

②掘进长度0～500米，洞内不设置错车平台，单轨运输，需配置2组柴油机车。

③掘进长度500～4000米，设置一组移动式错车平台，当错车平台与台车尾部超过500米时，向掘进方向移动，配置3组柴油机车。

④掘进长度在4000～8000米，设置两组错车平台，第一组（固定式）位于4000米位置，第二组移动式，当其与台车尾部超过500米时，向掘进方向移动，共需配置4组柴油机车。

⑤掘进长度在8000～12200米，设置三组错车平台，第一组（固定式）位于4000米位置，第二组（固定式）位于8000米位置，第三组移动式，需配置5组柴油机车。

（2）柴油机车编组方案。按照上文错车平台布置方案，本工程共需5列柴油机车编组，为保证双护盾掘进模式下两环一次的运输方式，单列柴油机车编组共采用“4节管片车+2节平板车（其中一节配豆砾石罐）+8节土厢车+1节柴油机车头”的模式，如下图所示。

另外，鉴于该工程隧道较长，为便于洞内外人员接送，共配置4台人车，在上下班时挂在整台柴油机车头前端，接送作业人员；其余时段，置于洞外。

4.2.2 适应性分析

（1）功能适应性分析。在正常掘进阶段，按12千米的最大运距计算，此时道岔为三组，分析5组机车数量配置适应性，其相关参数暂定如表1所示。

根据计算，在运距12000米的时候，5列正常运输的柴油机车可以满足日进度42米（30环）的要求，当运距小于12000米时，运输效率将大大提升，可见，洞内设置三组道岔和5列正常运输的机车编组完全能够满足施工需求。

（2）容量适应性分析。按照隧道洞径和施工组织要求，委托专业公司对柴油机车进行容量适应性设计。

平板车：每次列车进入隧洞运输2环管片，本工程采用4块成环的混凝土管片，两环共8块管片，每节平板车上放置2块管片，共4节平板车。

土厢：本工程刀盘开挖直径为5.06米，每环的理论土方量为：M1=5.06×5.06×3.14×1.4÷4=28.13方，松散系数按照1.2计算，实际出土量：M2=28.13×1.2=33.76方，两环共出土：M3=33.76×2=67.52方；6节土厢总容量为 M4=67.68方>M3，故6节土厢能够满足2环一循环的土方装载需求。

豆砾石：刀盘开挖直径5.06米，管片外径4.8米，每环管片背部理论间隙为：V1=（5.06×5.06÷4-4.8×4.8÷4）×1.4=2.01方，按照110%的填充系数，两环共需豆砾石V2=2.01×1.1×2=4.42方。豆砾石车厢容积为8.69方，完全满足两环一循环的豆砾石用量需求。

4.2.3 资源配置需求

（1）设备配置。按照最大需求阶段配置，洞内机车运输共需配置柴油机车5列（整编），洞内错车平台3副，洞外翻渣机一台套。

（2）人员配置。按照最大需求阶段配置，洞内机车运输共需配置人员为：机车司机10人（分白夜两班），道岔管理员6人（每个道岔处一人、分白夜两班），翻渣机2人（分为白、夜两班）。

（3）成本预算。

4.3 洞内连续皮带机运输方案

4.3.1 配置方案

连续皮带机安置在隧道腰部，随TBM的掘进进尺逐步接长，总需求量为25千米，TBM渣土通过连续皮带机直接运输到洞外，无须设置翻渣机，掘进出土较为快捷安全。

本隧道受管片生产供应及其他临建设施影响，暂考虑每日平均掘进进度30环。洞内渣土采用连续皮带机运输时，管片、豆砾石及其他材料运输需用到柴油机车，TBM单轨梁有效吊装距离为28米，管片车长度为3.87米，最多每列机车编组28/3.87=7.23个，一环需2个管片车，受TBM单梁调运距离及起吊高度等既有条件限制，每列机车平板车最大数量为6节，即一次3环管片运输。在正常掘进阶段，机车编组为6节平板车+2节豆砾石车厢+1节机车车头。

4.3.2 适应性分析

按照上文运距为12千米时计算连续皮带出渣时的运输机车需求数量。

考虑到管片及其他材料运输同样是制约TBM掘进进度的重要因素，需配置4列运输机车和2个错车平台，其中1个为固定式错车平台，1个为移动式错车平台。

豆砾石：同上计算，三环共需豆砾石V2=2.01×1.1×36.63方。豆砾石车厢容积为8.69方，完全满足三环一循环的豆砾石用量需求。

4.3.3 资源配置需求

（1）设备配置。按照最大需求阶段配置，洞内机车运输共需配置柴油机车4列，洞内错车平台2副，皮带机系统一套。

（2）人员配置。按照最大需求阶段配置，洞内机车运输共需配置人员为：机车司机8人（分白夜两班），道岔管理员4人（每个道岔处一人、分白夜两班）。

（3）成本预算。

4.4 比选分析

4.4.1 进度分析

按照前文分析，柴油机车出渣时，在12千米的里程位置最大的掘进进度为53.62米，连续皮带机出渣时，在12千米的里程位置最大的掘进进度为75.6米，均大于设计平均掘进速度30环（42米）的需求。

4.4.2 资源及成本投入分析

资源投入按照设备投入和后期投入考虑，总投入成本柴油机车约占皮带机的39.34%。

4.4.3 管理投入分析

（1）皮带运输机系统采用电力供能，需额外配置至少2台800kW发电机，对于自发电的尼泊尔项目而言，配套投入再次增大。

（2）当皮带机系统出现故障时，TBM掘进必须停止；当某一柴油机车出现故障后，TBM采用剩余的柴油机车出渣运料，依旧可以连续掘进，后期连续掘进的有效性更高。

4.4.4 比选结论

通过上文的比选，就尼泊尔项目而言，因为主要的掘进进度受管片生产限制，平均进度只能达到30环/天，尼泊尔地区又较偏远，设备、配件组织时效性较低，皮带机成本投入太高，综合对比考虑，单独配置皮带运输机用于渣土运输的意义不大，最终全部采用柴油机车系统进行洞内的物料运输，对比分析如表7所示。

5 实际施工的过程验证情况

目前，尼泊尔已累计掘进4.3千米，正在使用3列柴油机车编组和1副移动式错车平台，2018年4月份月度进尺为1067.837米，最高日进尺为52.88米，基本达到柴油机车运输模式下的最高日掘进理论计算值53.62米，柴油机车系统的配置设计满足现场施工的实际需求。

6 结 论

由于TBM的高度机械化及自动化，可以实现管片衬砌和开挖掘进的平行交叉作业，逐渐成为长大隧道的主要开挖设备，广泛地运用于隧道施工，其运输系统的选型设计同样至关重要，特别是外界环境、地域条件及运输条件受限的不发达地区，需要进行多方面的评估，选择最适合于工程实施的运输系统，既能保证进度要求，又可以降低成本投入。所以对长大隧道的运输系统选型时，首先，需考虑合同工期，应根据合同工期反算年、季、月的施工指标；其次，需综合考虑经济投入分析；最后，应充分调研外部环境、市场形态、运输条件等外界因素，最终确定运输系统的类型、配置数量、组成单元等关键信息。

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[作者简介]王春明（1985—），男，汉族，重庆人，硕士研究生，高级工程师，中铁二局集团有限公司，研究方向：地下工程；王家祥（1979—），男，汉族，重庆人，硕士研究生，高级工程师，中铁二局集团有限公司，研究方向：地下工程。

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