西秦岭隧道连续皮带机出碴下的同步衬砌施工组织管理

戴润军，杨永强

(中铁隧道集团兰渝铁路西秦岭隧道工程XQLS2标TBM项目部，甘肃武都 746052)

0 引言

西秦岭特长隧道全长28 236 m，其中TBM掘进总长度12 934 m，为国内铁路界最长的TBM施工隧道。目前铁路隧道开挖弃碴运输方式主要为汽车运输、轨道运输、泥水盾构管道出碴运输、长距离连续皮带运输。在这几种运输方式中，皮带运输是长距离运输最有效和经济的一种。西秦岭隧道工程因其掘进距离和弃碴运输距离长而采用了连续皮带机出碴。在铁路隧道TBM施工中，一般均是掘进完成后再进行衬砌，如秦岭隧道［1-2］。南疆吐库二线中天山隧道首次采用同步衬砌［3-6］，但其出碴采用矿车出碴，出碴形式与兰渝铁路西秦岭隧道的形式不尽相同。根据实施性施组安排，在掘进结束2个月后，TBM段衬砌也要结束，为解决工程工期紧的问题，西秦岭隧道采用连续皮带机出碴的TBM掘进与衬砌同步施工［7-8］，施工难度及组织难度大。兰渝铁路西秦岭隧道同步衬砌施工中通过采取有效的施工组织管理，减少了TBM掘进与衬砌施工的干扰，提高衬砌施工进度，以最小的投入实现衬砌施工的节点工期要求。

1 工程概况

兰渝铁路西秦岭隧道工程XQLS2标位于新建铁路兰渝线中段，地处甘肃省陇南市武都区境内。西秦岭特长隧道全长28.236 km(DIK395+116～DIK423+352)，为左右线分设的2条单线隧道，隧道最大埋深约1 400 m。隧道限界按时速200 km客货共线设计。

根据设计，本隧道采用钻爆法和TBM掘进联合施工，其中隧道出口在围岩好的地段分2段采用TBM掘进:第1段长5 594 m(DIK421+239～DIK415+645)，第2段长7 340 m(DIK410+930～DIK403+590)。其余地段均采用钻爆法施工。TBM第1掘进段从出口进行出碴、通风;TBM第2掘进段时，将通风机及连续皮带机转运至罗家理斜井(斜井与正洞相交里程DIK413+388)，从斜井出碴、通风。

本隧道施工工期非常紧，线下工程总工期61.5月，根据实施性施组安排，在掘进结束2个月后，TBM段衬砌也要结束，这就要求该TBM施工要进行同步衬砌，并且衬砌速度要与TBM掘进匹配。

2 重难点管理思路

通过对台车结构的优化设计，解决了皮带出碴与台车行走的相互干扰，有效解决了皮带出碴对衬砌施工的影响。但在实际的施工中，要提高同步衬砌施工的进度，必须保证合理施工组织安排，施工组织中又有以下难点需要解决。

1)由于TBM施工作业速度比较快，同时考虑到横通道和辅助洞室的开挖，为了更好地完成衬砌施工，减少台车的投入，在保证衬砌施工工期要求的条件下合理配置台车数量、台车类型将有效地降低衬砌施工的成本。衬砌施工前应结合工程实际提前考虑。

2)通过在台车前后增加拉门式支架解决了台车行走与皮带出碴的相互干扰，但如何保证皮带机支架的快速拆除、安装，将影响到衬砌台车的行走速度和皮带运行的安全。

3)衬砌台车行走及衬砌时，如何才能不停止通风机供风;供电线路、通讯线路、风水管线如何不与机车行走、衬砌台车、钢筋及防水板台架、混凝土修补台架相干扰，是施工中需要解决的问题。

4)为确保TBM快速掘进，除TBM系统本身机况必须确保良好外，交通运输的畅通、快速是重要保证条件之一。传统衬砌混凝土浇注时，输送泵需占用一条运输轨线，通过在台车前后增设道岔解决机车双线运输。而且每列机车只能运输1节10 m3混凝土罐车，且输送泵还要占用一条运输轨线，无法满足TBM掘进运输机车快速通过。

5)皮带机出碴下的同步衬砌施工技术为新工艺，施工组织管理没有可借鉴的经验，传统的二次衬砌施工方法不能完全适用于同步衬砌施工，施工组织管理将影响到衬砌施工各工序的衔接，最终影响衬砌施工进度。

6)劳动力配置是否合理将直接影响衬砌施工的成本管理和施工进度，因没有类似工程经验可以借鉴，劳动配置和岗位划分的合理性是施工中需要解决的问题。

3 解决办法

3.1 设备管理

为了使台车、台架始终处于良好状态，结合同步衬砌施工的特点，建立了项目部机电总工程师—机电部—机修工区—衬砌作业队的设备管理组织体系，完善了点、线、片、整体管理、逐层分工负责的岗位责任制原则。从台车组装到维修保养都制定了严格的规章制度，实行标准化作业、程序化管理。

3.1.1 台车配置

TBM在进行第1阶段步进施工时，单位已订购3部同步衬砌台车:1台钻爆段同步衬砌台车，台车长度12m，台车半径为5m;2台TBM施工段同步衬砌台车，台车长度16.5 m，台车半径为4.63 m。钻爆段同步衬砌台车进场后暂不组装，TBM掘进开始后，2台TBM施工段同步衬砌台车组装完成开始向洞内行走。第1部TBM施工段同步衬砌台车尽可能紧跟TBM后面，对围岩较差段及时进行衬砌施工，有能力的情况下尽可能多施工，以减小后面台车的施工压力;第2部TBM施工段同步衬砌台车跟在第1部的后方，预留出综合洞室(综合洞室预留长度11.8 m)的施工位置后，逐步进行衬砌施工。

3.1.1.1 衬砌施工进度指标

本工程TBM从2010年7月开始正式掘进施工，拱墙衬砌施工从2010年10月开始正式施工。根据对TBM及同步衬砌台车连续几个月施工的统计，总结TBM步进平均施工进度为2 000 m/月;TBM掘进第1掘进段平均施工进度为500 m/月，TBM掘进第2掘进段考虑运距增加，施工进度按450 m/月考虑;同步衬砌台车平均施工进度为12组/月(即12 m长同步衬砌台车平均施工进度为142.8 m/月;16.5 m长同步衬砌台车平均施工进度为196.8 m/月，其中考虑每组搭接10 cm)。

3.1.1.2 台车配置合理性计算

1)第1掘进段计算

TBM第1掘进段长度为5 594 m(DIK421+239～DIK415+645)，完成第1掘进段共需5 594 m÷500 m/月=12个月(2010年7月～2011年6月)。

衬砌施工晚TBM掘进施工3个月开始，到2011年6月TBM第1掘进段完成衬砌施工9个月×196.8 m/月×2=3542m，TBM第1掘进段还剩余5594-3542=2052 m(其中包括综合洞室预留)未进行衬砌。

TBM掘进至斜井钻爆法施工段(DIK415+645～DIK410+930)后开始进行步进施工。斜井施工段长度为4715m，TBM斜井施工段步进需要4715m÷2 000m/月=2.4个月;TBM步进的同时，TBM后侧进行连续皮带机的安装，TBM步进及皮带机安装共需3个月，即TBM第2掘进段于2011年10月开始。TBM步进及安装皮带机的同时，后侧进行边墙基础施工，边墙基础施工至TBM拖车后;2台TBM施工段同步衬砌台车、台架随TBM一同向前行走，直至行走到TBM拖车后;在隧道内罗家理斜井施工段组装钻爆段同步衬砌台车，组装完成后行走至斜井与正洞交汇处(DIK413+388)。

2)第2掘进段计算

TBM第2掘进段长度为7 340 m(DIK410+930～DIK403+590)，完成第2掘进段共需7 340 m÷450 m/月=17个月(2011年10月～2013年2月)。

出口钻爆段长度为2 113 m(DIK423+352～DIK421+239)，TBM掘进第2掘进段时拟再投入1台长度12 m，台车半径为5 m的普通钻爆段衬砌台车进行钻爆段衬砌，2 113 m÷142.8 m/月=15个月＜19个月(17个月+2个月)，满足工期要求。

TBM第1掘进段剩余衬砌长度2 052 m，TBM掘进第2掘进段时拟再投入1台长度12m，台车半径为4.63 m的普通TBM施工段衬砌台车进行钻爆段衬砌，2 052 m÷142.8 m/月=15个月＜17个月，满足工期要求。同时该台台车还可进行预留综合洞室段衬砌施工，且当TBM第2掘进段施工完成后，还可用作TBM第2掘进段的预留综合洞室衬砌施工。

罗家理斜井向出口方向钻爆段长度为2 257 m(DIK415+645～DIK413+388)，TBM掘进第2掘进段时拟再投入1台长度12 m，台车半径为5 m的普通钻爆段衬砌台车进行钻爆段衬砌，2 257 m÷142.8 m/月=16个月＜19个月(17个月+2个月)，满足工期要求。

罗家理斜井向进口方向钻爆段长度为2 458 m(DIK413+388～DIK410+930)，采用长度12 m的钻爆段同步衬砌台车进行衬砌，2 458 m÷142.8 m/月=18个月＜19个月(17个月+2个月)，满足工期要求。

TBM第2掘进段长度为7 340 m，采用2台长度16.5m的TBM施工段同步衬砌台车进行衬砌，7 340 m÷(196.8 m/月×2)=18.6个月＜19个月(17个月+2个月)，满足工期要求。

考虑综合因素影响，通过合理的计算和编排，在保证节点工期的前提下本工程最少需投入6台台车，即2台长度16.5 m的TBM施工段同步衬砌台车、1台长度12 m的钻爆段同步衬砌台车、2台长度12 m的普通钻爆段衬砌台车、1台长度12 m的普通TBM施工段衬砌台车，可满足施工要求。

3.1.2 台车、台架行走管理

台车、台架行走的同时不影响皮带机出碴是同步衬砌施工成败的关键，考虑到台车、台架行走前方需拆除皮带机支架，后侧需要安装皮带机支架，在台车、台架设计时，在台车与台架之间设置了拉门式支架，并在台车、台架与皮带机支架等高位置设置了滑道轴承托架，用于托起皮带机滚轮。台车定位、浇注混凝土、混凝土养护时前拉门式支架张开，第1节拉门式支架行走至皮带机支架处时拆除固定在边墙上的皮带机支架，施工完成后重复该工序;同时后拉门式支架压缩，后一节拉门式支架与后侧皮带机支架距离超过4.5 m后，将台架前拆除的皮带机支架搬运至台车后重新在边墙上安装。皮带机支架的拆除、安装将不会影响皮带机的正常运行。

前端拆除皮带机支架、后侧安装皮带机支架及电线路梳理与台架的行走密切相关，施工中应加强相互沟通，保证各步骤协调一致，防止发生安全事故。

3.1.3 管线过台车布置

同步衬砌台车在设计时，在台车上部设直径2.2 m风管滑行托盘，保证通风管在台车上滑行。台车、台架行走时，利用前工作台拆除风管挂钩，利用后工作台架重新将风管挂设，保证衬砌台车行走及衬砌时，通风机正常供风［9］。

隧道进洞右手侧布设有通讯电缆、电力线路、视频信号光缆、皮带机急停开关线，隧道进洞左手侧布设有高压电缆、照明线路。在台车、台架第一平层的左侧上设置滚筒托架，作为高压电缆的支撑，将通过的高压电缆电线放置在滚筒托架上进行保护，照明线路、通讯电缆、电力线路、视频信号光缆、皮带机急停开关线拆移至衬砌台车内侧地面。这样，无论衬砌台车和作业台架是在行走状态还是作业期间，均不会影响正常的皮带机出碴、洞内通信和电力供应，达到真正的同步。

在施工过程中要特别注意保护好沿皮带机机架和隧道边墙敷设的各种光缆、电缆等管线路，如果需要拆、动皮带急停装置，则必须通知TBM主控室和洞口总调度室。

3.1.4 混凝土设备改进

传统衬砌混凝土浇注时，输送泵需占用一条运输轨线，通过在台车前后增设道岔解决机车双线运输。优点是输送泵可放置在运输轨道上，几台台车共用一台输送泵;缺点是每列机车只能运输1节10 m3混凝土罐车，且输送泵还要占用一条运输轨线，无法满足TBM掘进运输机车快速通过。

为保证混凝土浇注时，输送泵不占用运输轨道，单位专门订做HBMY-60/16-110S混凝土拖泵(见图1)，该输送泵特点为:输送泵最宽处仅为1.1 m，可直接放置在边墙基础上，并配备有液压行走机构(使用时液压支腿收缩将输送泵放置在边墙基础上，行走时液压支腿张开，利用行走小轮将输送泵升起、行走)。将输送泵放置在边基上后，每列机车运输混凝土罐车可一次性牵引2～3节，大大增加了牵引机车的工作效率。混凝土浇注的间隙输送泵、混凝土罐车不会占用运输轨道，保证双线运输的畅通。

图1 HBMY-60/16-110S混凝土拖泵Fig.1 HBMY-60/16-110Sconcrete pump trailer

3.2 施工管理

3.2.1 洞外配套设施管理

同步衬砌施工混凝土采用洞外拌合站集中生产，轨行式混凝土罐车运输，为加快混凝土的浇筑时间，提高衬砌的施工进度，要求拌合站混凝土的生产能力和机车的运输能力必须满足衬砌施工的需要，并且配备合理。

1)拌合站。为满足TBM掘进施工及同步衬砌施工，拟修建3座搅拌站(90拌和站、75拌和站、750×2拌和站)。90搅拌站主要用于拌制隧道二次衬砌混凝土，75搅拌站主要用于拌制桥梁、仰拱预制块混凝土，750×2搅拌站主要用于拌制喷射混凝土。各个拌合站通过轨道联接在一起，若90拌合站出现故障，75搅拌站也可拌制衬砌混凝土，保证洞内混凝土供应的连续性。

2)有轨运输。隧道内采用有轨运输，运输轨道为四轨双线，轨距900mm，选用43kg/m标准钢轨直接铺设在仰拱预制块上，25 t内燃机车牵引运输。洞内混凝土运输采用1节25 t内燃牵引机车和2～3节10 m3混凝土罐车运输。为保证衬砌混凝土及TBM掘进支护所需材料供应的连续性，专门成立了机车调度室，负责机车的合理调配、编组。

3.2.2 洞内施工管理

同步衬砌施工主要由边墙基础施工、皮带机支架拆除、防水系统施工、台车(台架)行走(就位)混凝土入模、混凝土带模养护、脱模及修补、皮带机支架安装、混凝土后期养护等工序组成。各工序紧密相连，施工中必须加强相互沟通、协调，保证工序的顺利衔接，提高衬砌施工进度。

3.2.2.1 边墙基础施工及台车轨道铺设

TBM后配套拖车通过后，在仰拱块两侧填充混凝土顶面施工边墙基础，作为衬砌台车行走轨道的基础。边墙基础采用定型钢模一次立模浇注。边墙基础距隧道中心线2.2m，高56cm，边墙基础顶标高即为运营水沟底标高，边基施工紧跟TBM尾端，以保证台车轨道铺装的结构强度。

TBM掘进通过后，TBM除尘风机流出的废水携带大量粉尘及喷射混凝土的回填料将仰拱块两侧及中心水沟填满，边基施工前须将仰拱块两侧边基位置的回弹料、淤泥、虚碴等进行清理。边基清底采用人工清除，喷混凝土回填料必须动用电镐才能清理，边基清底量较大，边基施工进度缓慢。为降低边基清底的施工难度，减少清碴量，将边基填充工序调整到仰拱块安装区，仰拱块底部注浆完成后及时浇注边基填充混凝土，有效地减少了边基清碴量。

边墙清底是边墙基础施工控制的重点，完全清理填充顶面及初支边墙脚部位的回弹及虚碴，用水冲洗填充混凝土表面并凿毛，以防出现边基乱根。

边墙基础完成浇筑7 d后，根据台车行走的需要可在边墙基础上铺设台车行走轨道，台车行走轨道选用43 kg/m标准钢轨，轨距5 m，前后工作台架、模板台车及伸缩支架的轨道共用。

3.2.2.2 前皮带机支架拆除

前工作台架前行4.5 m后，就必须拆除台架前相邻的一个皮带机支架。皮带机支架拆除前先用临时支撑(如爬梯)撑起皮带机支架的横梁，再拆除皮带机支架的斜撑，台架前行至皮带机支架处再拆除皮带机支架的横梁，拆除的皮带机支架转运至台车后端备用。皮带机支架拆除设置专人，人员分工明确，施工中相互配合。

3.2.2.3 台车、台架行走、就位

防水系统检查合格后，人员操作手柄台车前行，同时前拉门式支架压缩，后拉门式支架伸长。

台车行走到位后，由台架、升降油缸、水平横移油缸、模板总成间的各伸缩油缸动作完成对接和中线、水平定位，并由模板总成及模板自身的连接销、锁定螺栓(杆)等完成台车锁定。同时再次检查皮带机在台车上的运行情况并及时进行纠偏，检查风管、电缆电线等是否正常。模板台车定位并锁定后，即进行木模堵头安装。在安装堵头板的过程把橡胶止水带、背贴止水带也一并安装好。

3.2.2.4 混凝土入模

混凝土浇注前在台车上布置管路，实现台车的分层、对称浇筑。为减少倒车次数，输送泵放在台车靠洞口一侧的端头，接直径150 mm硬管上台车的平台，在平台上纵线设置2节硬管，在每节管的端头位置设置三通管，管口设置软管分别向台车两侧边板位置的一仓、二仓进料窗口泵送混凝土，当混凝土满2仓后，在纵向直管上设置直角弯管，采用软管连接位于台车拱顶的进浆孔进行封顶灌注。

在浇筑过程中，专人随时检查台车上的各种杆件，加固支撑，并对丝杆进行紧固。

3.2.2.5 皮带机支架安装

衬砌台车前行至下一衬砌段后，收缩后拉门式支架，当最后一节拉门式支架与其尾部的第1节皮带机支架距离达到4.5 m时，即可安装皮带机支架。皮带机支架安装前，先在皮带机支架横梁水平位置对应的边墙混凝土面和同一法线高出边基顶面30 cm处的边墙混凝土面用冲击钻分别打设一个用于支撑架固定直径20的膨胀螺栓孔。先安装皮带机支架的横梁，横梁安装时，靠近混凝土面一侧用膨胀螺栓固定，外侧用临时支撑(如爬梯)撑起。横梁安装完成后，再开始安装皮带机支架的斜撑，待皮带机支架的横梁、斜撑螺栓紧固完成后，取掉临时支撑完成皮带机支架安装。

皮带机支架安装设置专人，人员分工明确，施工中相互配合。

3.3 劳动组织管理

如何根据同步衬砌的作业特点对作业人员进行科学合理的配置是工程施工的重点。在现场人员组织上，按照施工工序划分若干施工单元，根据各施工单元的技术特点设置班组，配置专人、明确分工，充分调动员工的生产积极性。施工中各作业班组相互配合，各工序紧密衔接，并形成流水化作业，确保同步衬砌施工的正常开展。

由于西秦岭隧道工程首次采用连续皮带机出碴下的同步衬砌施工技术，没有类似工程经验可以借鉴，在岗位划分及劳动力配置方面还有待与从事TBM施工的广大工程技术人员探讨、研究。西秦岭隧道工程同步衬砌劳动力资源配置见表1。

表1 同步衬砌劳动力资源配置表Table 1 Labors for synchronous lining casting

为满足当前2部同步衬砌台车的施工需要，共计投入各类管理、服务、生产人员133人(不包含有轨运输司机和调车员)。

4 施工中的创新管理措施

4.1 边墙基础的创新设计

中天山同步衬砌施工矮边墙设计成台阶状，边墙基础施工需要分3步进行:第1步，仰拱预制块两侧混凝土填充施工;第2步，第1台阶混凝土浇筑;第3步，第2台阶混凝土浇筑。施工工序较多，且每序混凝土接缝处都必须施工止水。本工程在考虑台车设计时，在仰拱预制块两侧混凝土填充面上只浇筑一层混凝土作为衬砌台车行走轨道的基础，减少了施工工序，节省了止水材料，降低了成本。

4.2 混凝土输送泵的改进

采用传统有轨运输的衬砌混凝土浇注时，输送泵需占用一条运输轨线，且每列机车只能运输1节10 m3混凝土罐车，无法满足TBM掘进运输机车快速通过。本工程订做HBT60拖式混凝土输送泵可直接放置在边墙基础上，且每列机车运输混凝土罐车可一次性牵引2～3节，大大增加了牵引机车的工作效率。

4.3 台车、台架行走班设立

针对本工程皮带机出碴下的同步衬砌施工，除了传统衬砌施工配置的防水层施工班、台车修整班、混凝土修补养护班、木工板、混凝土浇筑班外，还增加了1个台车、台架行走班，专门负责台车、台架的行走轨道铺设、连续皮带机支架的拆除(安装)及台车(台架)的行走，保证了皮带正常运转情况下支架的拆除、安装。

5 结论与讨论

皮带机出碴下的同步衬砌施工在兰渝铁路西秦岭隧道工程中取得了成功，2010年10月隧道完成二次衬砌施工467.4 m(2台同步衬砌台车)，同时TBM完成掘进593 m，实现了TBM掘进与衬砌施工的同步，有效减少了TBM掘进与衬砌施工的干扰，提高了衬砌施工进度。但施工中的组织协调还有许多需要改进的地方，施工中必须加强现场组织调度工作，制定相应的操作规程和岗位职责，协调好各工序的关系，才能既保证施工的安全质量，又能提高施工进度、缩短施工工期、减少资金投入、提高施工效率。本文提供的劳动力配置仅供参考，在施工中还需合理优化。

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