新建山区铁路长大隧道单洞双线轨道运输技术管理 - 图文

新建山区铁路长大隧道单洞双线轨道运输技术管理

摘

要 分析新建宜（昌）万（州）山区铁路堡镇隧道施工有轨运

输工序的设置布局和运行机制，找出制约长大隧道轨道运输设备出碴、运料功效及影响隧洞进尺的主要成因，依据实地观测和数据采集测算，探索性地提供工序改革、部分渡线交叉设置创新、技术管理方案、规避危害措施和途径。通过对该长大隧道施工“双线铺设”的实践，重点解决了隧道施工长距离独头掘进无法实现双线运输的困难和进尺滞后的“瓶颈”。工序改良后，有效地减少了洞内员工的职业健康危害，缩短了循环作业时间，提高了掘进速度、生产效率和洞内交叉作业人员及交通安全的系数。

关键词 新建铁路 单洞隧道双线 有轨运输 工序改良 中图分类号 文献标识码 文章编号 1 引言

铁路长大隧道开挖采用轨道交通运输，是目前我国隧道施工较常规的方法之一 。轨道运输工序是一项系统性较强的重型机械作业工序，从掌子面到转碴（弃碴）场，必须建立一套科学有序的轨道运输技术管理网络，出碴和供料才能快捷高效运转。隧道施工运输能力强弱，直接对隧道形象进度起到控制作用。也就是说，即便有精良的掘进设备、开挖技术和速度，洞内弃碴运不出去，工料供不上，会直接阻碍下道工序展开，要完成计划工期将成为空谈。因此，有轨运输成为长大隧道施工

的关键性工序环节。要提高出碴等运输效率，规避洞内交通风险，减少和杜绝安全等级事故发生，精细的技术管理及创新就显得十分重要。现将正在建设中的宜万复线铁路堡镇隧道进口实施的轨道运输工序管理及创新，以飨同仁参考并商榷。

2 轨道分行与渡线设置 2.1 概况

新建宜万铁路堡镇隧道为全线第二长隧，它座落在云贵高原东北缘的鄂西山区，全长11599m，采用进、出口相对开挖，均为独头掘进（十四局集团担负施工的左洞进口5841m、右洞进口 5618m）。左、右洞为两单线设计，其中右洞先平行导坑后二次扩挖成正洞。由于隧道地质复杂，施工中险象环生，被铁道部宜万总指列为全线7大控制性工程之一。

堡镇隧道进口设计工期45个月，于2004年9月8日正式开工建设；2005年4月25日启动有轨运输；2008年4月9日隧道主体工程完成，“单洞双线轨道运输”系统停止，合并单线运行，准备无砟道床施工。2009年6月，该隧道右线无砟道床铺设完毕。

2.2 运输方式及设备的选择

堡镇隧道开工初期出碴、供料采用无轨运输方式。遵循国内单线隧道独头掘进施工常规和实践经验，一般在掘进1500m以上开始采用有轨运输。其利弊关系和实际适用条件如表所示：

启用有、无轨运输适用条件对比表

序 1 2 3 4 5 6 7 8

适用项目 隧道长度 隧道断面 空气质量 职业健康危害 装运能力 灵活性 出碴 经济投入 有轨运输 特长或长隧道 断面小、单线铁路隧道 好 大 大 差 需二次倒运 较大 无轨运输 中长或短隧道 双线、大断面 差 相对较小 一般 好 无需二次倒运 相对较小 虽然轨道运输成本投入大，但产出也高。该集团指挥部经综合评估后，确定堡镇隧道进口左、右线进口端3#横通道1200m处上，启用有轨运输进行出碴和运料。

运输设备采用CDXT-12直流变交流蓄电池机车，牵引搭接式SS16DB-16m3的梭矿，组合两节为一列。成品梭矿尺寸为

12840×1580×2490mm，载重32t，功率2×15KW，轨距90cm，理论最大时速15Km，最小曲线半径12m。机车电瓶组选用CKKF-200/290可控硅整流充电机充电。

有轨运输钢轨类型，按公式q=10+2.5P检算，q为轨型(kg/m)，P为轴重(t)，SS16DB梭矿满载加自重轴重为32t，与参数吻合，故采用43kg/m轨。道岔型号：单开道岔选用6#道岔，渡线道岔选用8#道岔。

堡镇隧道出碴需二次倒运，在洞外建造转碴场2个及15～20m的轨道栈桥2座。

2.3 轨道布设

堡镇隧道进口左洞开挖、右洞导坑（二次扩挖）施工中，利用横洞通道实施了多个工作面交叉转换作业。为加快左、右洞出碴和供料速度，缩短作业循环时间，提高工序效率，将左洞设置为“四轨双线” 公共通道模式，采用“双线上下行运输法”，满足出碴和运料的需要。即：把左洞渐进的成洞段铺设成双线、上下分行轨道运输系统，规范进口方向左侧车道为（轻车）上行，右侧车道为（重车）下行。凡进洞车辆必须走轻车道；相反载碴（弃料）出洞车辆必须走重车道。平行导坑则布设为“两轨单线”，每间隔420m设“四轨双线”错车道一个。（如图一）

穿越布设钢筋、防水板和衬砌台车地段为临时单线，须在作业区前后设浮放道岔或避车线。临近掌子面设调车道。机车在洞内无障碍时速保持在15～20km/h。

总之，所有作业面车辆均从左洞进出。形成了交通路线分明，交会后各行其道，即安全省时快捷，又促使堡镇隧道掘进月成洞米不断创出新高。

2.4 轨道转换

堡镇隧道左、右洞平行间距为30m，约420m设横洞一个，进口地段共有13个。为了便于右洞出碴和多工作面交叉作业及通风，掘进中，按铁道部宜万建指要求和作业需要，把该隧道进口3、6、9、11、12#

横洞口处设置了轨道运输转换渡线（如图一）。让右洞平导（二次扩挖）通过横洞道口轨道渡线区进入或驶出左洞双线上下行车道。这样，左洞和右洞的出碴等运输重车均能方便地进入重车道直行出洞。

2.5 渡线区布局

由于左、右洞转换多工作面开挖，车辆交汇繁忙，因此，在左洞双线交通运输合理设置轨道渡线显得十分重要。一般每隔600m设置换辙线（渡线）一个，特殊情况可以加密，左线设有1～8#渡线。（如图一）横洞转换区的渡线设置必须密疏合理。因为一旦交通运输受阻，车辆就可以在临近的渡线转换进行疏解。譬如：下行重车行至3#区域出现掉道或临时作业路障等情况需避让，值班调度即可通知后面的车辆从4#区域经渡线直接跨线转行到2#域区，再进入重车道下行，反之类推。这样既可以减少或根除事故隐患，避免安全事故，又使出碴和浇筑砼等工序作业正常进行。

2.6 运输系统控制

为方便司机和车辆调度，在每个转换口均设置60cm×30cm的渡线灯箱、各类提示牌、通信网络、装置了红、绿灯转换系统。还在电瓶车头顶部设置了20～60cm不同高度、左右侧的仿警笛（无声）红灯，及时提醒洞内作业人员躲避上、下行车辆、提示司岔人员和调度值班人员，区分辨认不同项目部和往返不同作业区的车辆，使洞内人员和车辆均得到安全避让和顺利交会分流。

3 危险源点和常见故障辨识

3.1 安全风险评估的必要性

堡镇隧道轨道运输始终保持有序状态，得益于规范的技术管理、快速排除故障和安全隐患查处常抓不懈。随着隧洞的延伸，车辆设备和往返运行时间也在增加,给运安全输预控带来难度。2006年12月份，隧洞完成近3800m，施工进入高峰期，3列6辆矿车完成一个掌子面出碴需要20余小时，同时掘进作业面和衬砌作业区还在不断开辟。洞内电瓶车头、梭矿、喷锚料单矿、罐车最多时达53列（辆）之多。尤其是梭矿和砼罐车在洞内频繁交会，如果在这个时段轨道养护跟不上，运输的危险源点和轨道故障就会频出，甚至还会发生掉道、毁道、追尾、碰擦的人员和设备事故。一旦交通堵塞，如抢修恢复时间过长，无疑造成窝工和进洞罐车中的砼凝固报废，增加工程成本，给项目施工带来损失。因此，建立一套运输安全风险评估分析活动制度，减少甚至杜绝重车掉道的发生，很有必要。

3.2 危险源辨识与评估结果的处理

堡镇隧道在转换有轨运输之初，就立足于科学的工序设置和严格的技术规范施作，全面考虑每个轨道运输区段的设置缺陷和不足，并发动员工共同做好安全运输危险源点的查找、常见故障的辨识和安全评估。

2007年初施工中期时段，该集团指挥部组织项目管理人员和作业层相关人员共评估确认6类、25项轨道运输危险源点进行逐一登记备案，并将其危害性和有可能造成的安全等级损失，由轨道运输管理小组书面

告诉每一位轨道管护、值班调度和司机人员。同时定期进行危险源点项目的销号、增加、更新和跟踪。

3.3 保障供应

长大铁路隧道施工的轨道运输管养规范没有现成的“套路”可依，只能根据隧道工程的施工结构、开挖方式、作业面多少、钢构件供应量、自有设备台数等自身特点因地制宜地实施。轨道的运输安全隐患和常见技术故障，除了电瓶车头安全驾驶外，主要反映在轨道养护上，出现突发性轨道故障、安全通道受阻和设备材料故障，人力、物力要有保障，尤其是成品备用件。如：轨枕、道岔、扳道器、尖轨、夹板、弯轨器、起道器以及道钉等物件，无论大小，都要保持库存，做到有求必供。

3.4 掉道

车辆掉道作为常见故障，是轨道管养人员防护的重点。出现车辆掉道、毁道及人员、设备安全隐患的原因很多，从技术管理上分析，大致分为“软、硬”件两类：

（1）人为因素：司机驾驶技能、疲劳上岗、病车上道、冲（抢）道、渡线区急刹车、闯红灯、车辆保养不及时、司岔人员以及调度值班配备薄弱或协调不力、交叉作业路障、道路灯光不够、洞内积泥积水漫道、轨轮摩擦力减弱等。

（2）设备因素：轨种、道床、道岔、枕木、尖轨、扳道器、渡线分成等成产品件的供应质量、磨损程度，机车使用年限、轨道维修机具陈旧缺失等。

3.5 技术故障原因分析

（1）扳道器滑动板失效，夹板螺丝松动或缺失，尖轨不密贴。 （2）岔芯磨损严重或损坏。

（3）轨枕材质差，尺寸与技术规格（15cm×15cm×150cm）不符。遇水腐烂，道钉松动，固力失效，轨距扩大。

（4）转换口线间距设置过窄或转向半径小于25m，车辆通过时扭力加大。

（5）电瓶车头和梭矿轮缘磨损严重或技术规格与现有轨距不配套。 （6）钢轨不顺直，不按技术标准校正，轨面凹凸不平，三角坑或“S”型弯明显。

（7）轨枕铺设技术参数不合理，间距大于60cm，铺枕密度小于1600根/km，造成行车不稳。

（8）枕木悬空，上下窜动，轨排弹性过大或将道钉拔起。

（9）接头轨缝或错台的宽度和高度大于2cm、连接夹板固定螺栓低于6个。

（10）道床内散落的积碴或砼块超过轨面，造成轮缘拖地，车辆颠簸出轨。

以上十个方面的常见故障，极易造成掉道、毁道和运输安全隐患。 4 隐患排除和预防

4.1 运行环境

堡镇隧道轨道运行条件制约较为突出，二衬后轨道铺设的有效宽度只有522cm，双线轨道铺设后线间距小于190cm，遇到横洞转换区，线间距更加狭窄，最大只有130cm，左、右侧边距40cm。因此，规定该区域严禁交会车辆。

另外，除了车辆频繁交错产生的交通风险外，司机人员驾驶的电瓶车头以及拖载的梭矿均是直行不可调换方向的往返，空车进掌子面装碴或供料，梭矿在前，牵引车头在后，司机前面“盲区”较大，瞭望前景有限，只能靠鸣放喇叭、跟车调度的哨声、渡线红绿灯闪烁、车头警笛颜色等声光判断“路况”，适时增减速。这都给隐患排除和运输安全预防带来增加了难度和施工成本。

4.2 防范措施

轨道运输是一项交叉作业面广、技术性管理严谨的复杂的工序作业，车辆表现为动态，时刻与洞内人员、设备材料、结构物、高压电设施、管架发生密切关联和作业矛盾，安全隐患和技术故障随时可能发生，隐患查处和超前预防工作十分繁重。轨道养护等技术管理稍有松懈，掉道次数及设备事故率就会上升，还直接威胁洞内作业人员的生命和职业健康。因此，堡镇隧道轨道管理确定了以“预防为主，突击抢修”为辅的运转机制，建立了一系列防范措施，制作和发布了“技术参数速记”和“轨道管理安全操作”的小册子，把日常性的安全督查巡视、维护等制度，作为超前预防的主要内容。在“关注安全，珍爱生命”职业健康维

护上，为洞内每个值班人员配备了条形荧光马夹、便携式聚光灯等劳防用品，通过颜色和光源警示轨道车驾驶员注意交通安全。

4.3 技能培训

轨道车司机、司岔人员、调度专业技术人员均经过系统的技能培训并考试合格持证上岗，在使用中保持稳定，严禁随意调换。尤其是新上岗驾驶人员，必须经过跟车实习168个小时后，再单独驾驶行车。所有调度人员均熟知调车、编组、交汇程序、洞内掌子面的作业动态和矿车的运行线路，具备单独处理调车能力，满足专业岗位的要求。

4.4 人力资源配备

堡镇隧道地质异常复杂，安全质量指标掌控困难，计划工期又短，实行的是昼夜循环作业，轨道养护一般在车辆低峰时进行。随着隧洞延长，轨道管养不断加大了人力配备，各作业层根据开挖进尺的快慢和路况，随时调整轨道铺设工和养护工。每个渡线转换口设置专职调度长，每辆矿车尾部配备跟车安全员。在施工高峰期，堡镇隧道养护人员多达48人，24小时往返于各个作业面，一旦接到步话机和巡道工“报案”，迅速出动，人到“病”除。

5 技术创新

5.1 轨距数据调整

堡镇隧道使用的部分电瓶车头和梭矿是从其它铁路隧道施工下场来的，轨距为90cm，在铺设轨道和日常调整轨距时，根据以往实践经验和车轮的磨损程度，该隧道在铺设道床时，做到了“宁窄勿宽”，把90cm

的轨距统一调整为89～89.5cm，以弥补轨道运行中的磨损和扩张度，从而遏制或减少因轨距扩大导致机车掉道。

5.2 轨缝和错台填补工艺

堡镇隧道轨道运输使用的钢轨是从市场上购买的43kg/m轨型，由于购置困难，补充了少量的“50”轨种，因为重量、质量、型号、长度和技术参数的差异，一般情况下，在铺设时个别区段会出现参差不齐或形成大小不规则的接头“轨缝”（2～6cm）和“错台”(1.5～3cm)，造成行车隐患。作业层员工经过试验，按照不同尺寸，采用“气割轨块填塞”和“气割切削”的工艺进行“轨缝充填”和“轨面修复”，以减少机车和梭矿的颠覆损坏，使轨道车运行趋于平稳。

5.3 轮缘修复工艺

堡镇隧道轨道运输使用的车头和梭矿大部分较陈旧，轨轮踏面和轮缘磨损严重，尤其是轮缘纵向磨薄超限，容易在渡线区掉道。如果换新，厂家只供应总成，一对轨轮就达4000元，显然不利于项目增效。经过轨道管养人员反复试验革新，创新采用506碳钢焊条“堆焊轮缘” 工艺，将其修补增厚，再用砂轮修磨成型，一次能使用6个月，效果也不错，还能反复使用，成为降本增效的好途径。(如图二)

5.4 轨距稳固工艺

轨道在运行中，枕木受水浸泡容易腐烂，造成道钉松动，在车辆直行或弯道的冲击下，也极易扩距，造成车辆颠覆。为制止这种现象，在轨道和道床隐患易发区域的钢轨之间设置了规格为16mm或18mm的螺纹钢“内拉筋”，或在上下行两线之间和与隧道边墙之间设置直径大于20cm×20cm的“支撑木”以维持正常持久的轨距，延长养护周期，保证车辆安全运行（如图三）

5.5

多跨支墩式轨道栈桥工艺

轨道车辆频繁地穿行于仰拱开挖和二衬作业区，按以往常作业排序，极易在交叉区出现安全隐患和事故，而且机车停留时间过长。尤其是仰拱施做，按常规，先半幅开挖、浇筑，养护后再施作另半幅。轨道车通过时，运输隐患出现频率较高，还要进行多次拨轨，浪费人力。

为解决轨道运输与该施工区交叉作业的矛盾，堡镇隧道创新了多跨“支墩式轨道栈桥抗干扰仰拱施工法”工艺，即先将轨道拨向一侧，在另一侧开挖仰拱，长度不超过25m，每隔3～5m浇筑一个高度为1.2～1.4m的砼支墩，后在支墩上架设扣轨梁（2组6根）加强轨道形成栈桥，铺通运输线，然后再开挖另外一侧，最后全幅灌注仰拱。如剖面图四：

这样，上面跑轨道车，下面钢筋绑扎、浇筑砼等作业，可同时进行，

互不干扰。该工艺的实施，既提高了轨道交通的安全系数和梭矿运输速度，又保证了仰拱结构的整体性。

6 结论

（1）隧道施工轨道运输系统的设置和运行是否科学有序，成为加快和制约长大隧道掘进速度的关键性工序环节。堡镇隧道实施的“单洞双线上下行运输法”，符合目前国内铁路长大隧道施工运输实际，有一

定可塑性和借鉴性。它的作用是，有效地提高了运输速度和作业功效，节约了循环作业时间，减少了工程施工成本，直接增加了项目效益。

（2）堡镇隧道实施的一系列运输设备工艺改良和创新，降低了轨道运行的技术故障率，较大限度地遏制和减少了运输安全隐患和人员、设备等级事故的发生。

（3）“单洞双线上下行运输法”作为宜万铁路堡镇隧道自主创新成果项目之一，获得中国施工企业管理协会2007年度“全国工程建设企业管理现代化成果二等奖”。

（4）堡镇隧道“双线”轨道的铺设运行和技术管理，是对长大隧道施工运输工序如何提高出碴速度、规避交叉作业中的人身、机械风险的一次挑战，也是一种尝试。这种单洞隧道（二衬后有效宽度522cm）轨道交通模式，适用长大隧道独头掘进运输。目前对此领域内课题研究文章甚乏，笔者未找到类似参照文本。

参考文献：无

作者简介：郭西森，男，大学文化，高级职称，长期从事山区长大铁路隧道施工安全、职业健康、轨道运输管理研究。

单洞双线上下行轨道运输工艺设置全景

仰拱全幅浇注支墩式栈桥轨道运输无扰施作---支墩浇注情景

支墩式栈桥无扰施工----上面行车，下面作业，互不干扰

左、右线轨道运碴分行工艺

渡线设置工艺---轨道车安全通过二衬作业区

轨道栈桥全景

洞口重车道并入分行工艺

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