3.4.2铁路工程 N# <X"&-_#
（1）秦岭Ⅰ线隧道 o#\c:D*k
西安～安康铁路秦岭隧道位于陕西省长安县与柞水县的交界处，在青岔车站、盘营车站之间，由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距30m，其中Ⅰ线隧道全长18.460km，Ⅱ线隧道全长18.465km；西安端洞口(北口)高程约海平面以上871m；安康端洞口(南口)约海平面以上1025m，隧道两端高差155米，Ⅰ、Ⅱ线隧道纵坡基本相同，由西安端进洞后约14.7km范围为11‰的上坡，然后约3．2km范围以3‰的下坡出洞；Ⅰ线隧道较Ⅱ线隧道高O.24～0.56m；隧道基本为直线，仅两端洞口各有半径为500m的曲线地段(从北口进入隧道近2米和从南口进入隧道近130m在曲线上)。Ⅰ线隧道采用TBM法进行施工，断面成圆形，开挖直径为880cm。Ⅱ线隧道采用钻爆法施工，为马蹄形断面。在Ⅱ线隧道位置上先期旋工平导，辅助Ⅰ线施工，Ⅰ线隧道完工后，再将Ⅱ线隧道扩大【100-103】。 3'z L,WW
Ⅰ线隧道使用两台直径为880cm敞开式TBM由两端相向施工。该掘进机由铁道部引进，其配套机械的购置及相关费用73 187.9万元，其中2台TB880E型掘进机设备原值4．72亿元。 /)*si
隧道衬砌采用初期支护为锚喷网，二次衬砌为模筑混凝土，隧道底部全部采用拼装式钢筋混凝土砌块，隧道内道床类型为整体道床，在掘进机尚未抵达工地前，进出口曲线地段采用钻爆法，按掘进机施工的圆形断面尺寸施工一段，其目的一是解决曲线地段隧道加宽问题，二是先施工完洞口浅埋，地质较差地段，三是为掘进机安装进洞创造条件。Ⅰ线隧道两端洞口先期使用钻爆法施工长度，北口为100m，出口为200m。 0 H0U%x8
TBM的一个行程按1.8m计，时间为1小时，开挖量为122立方米，松方系数取1.6，一个行程的总出碴量195立方米。运输工具有一辆机车和十辆碴车。碴车最大外形尺寸8×1.8×2.3m，最大重量53t。出渣装载方式为双股道平台装渣方式。卸碴设备是卸碴桥、螺栓固定的刚性结构，其原理为双车卸碴。通过4个液压驱动装置旋转机构，旋转180°达到卸碴，碴车夹持装置是自锁的。整套设备长16m，高6.5m，支撑轮子直径5.8m，旋转速度2m/min，卸碴时间最快为8min。 1/t yne= m
洞内运输轨道，双序双轨作业下，使用最外侧两根钢轨作为模板台车的轨道，一轨道作为衬砌作业，一轨道作为出渣运输，当轨道穿越模板台车时，采用单股道加浮动道岔，钢轨均用43kg/轨。 "~:P-]`G
仰拱预制块，隧道全长铺设仰拱块与TBM施工同步进行。施工期间预制块上面铺设双线(四轨)运输轨道，最外侧两根轨之问的轨距是3050mm。隧道贯通后，再于仰拱预制块上面铺设永久性整体道床。每片仰拱预制块的总重量约12吨。 wvcj*{7[
通风方式采用长管路压人式通风，采用大直径2.2m软风管，每节风管长度100m，百米漏风率1%， TBM掌子面风量为25～30m3，TBM配套主风管末端风量为30 m3风机采用进口的150xN型风机，在O～3km时洞口处设置一台风机，3～6km时洞口处设置二台风机串联，6～9km时除洞口设置二台风机串联外，在距洞口3.25km处和洞内设一台增压风机，TBM自身装备集尘、局扇、冷却系统，其所需风量及功率参考值为:集尘装置l0 m3/s，(90Kw)，冷却系统2×10 m3/s (约69OKW)。 TR&7AiqB
秦岭隧道北口从开工至贯通共掘进444d，总掘进机时为4 054.4h，秦岭隧道南口从开工至贯通共掘进459d，总掘进机时为4029.55h。2台掘进机平均掘进451.5d，4042.0 h机时。平均l.27m/h，平均月进度为297m，最高月进度509m，Ⅲ类围岩平均速度1.56m/h，Ⅳ类围岩平均速度l.40m/h ，Ⅴ类围岩平均速度l.20m/h。打通后由洞内分别拆卸运出机器。 ZuNUha&a
在TBM施工的费用组成中，人工费、机械费约占总费用的63.7％，刀具费用占16.0％，人工费和机械费总是随着掘进速度的变化而变化，当掘进速度提高一倍时，其费用减半。刀具的费用与岩石强度、完整性和石英含量有关。秦岭特长隧道是以混合片麻岩、混合花岗岩为主的硬质岩石，其中I、Ⅱ级围岩占45％，Ⅲ级占围岩45％，且围岩完整性好，石英含量为10％～35％。混合片麻岩岩石抗压强度79～325MPa．混台花岗岩岩石抗压强度117～92MPa。每把刀平均掘进距离：全隧道平均248m，片麻岩段140m，花岗岩段878m。每个刀圈平均掘进距离：全隧道平均2.80m，片麻岩段1.60m，花岗岩段9.40m。每m3岩体平均耗圈数量：全隧道平均0.0059个，片麻岩段0.0103个，花岗岩段0.0018个。多种不利因素的叠加，限制了掘进机优势的发挥，平均进度仅为9.03 m/日历天，低于350 m/月的设计进度，作业率29.65％。因而最终导致了掘进机施工费用的增加。 \ !qe@h<
以秦岭特长隧道为例，掘进机的经常维修费用为(包括配件、液压油、润滑油)5 782．5 元/m，刀具费用更是高达7 523.2 元/m，经常维修费用、刀具费用占工料机费的42％。如果不计掘进机设备的折旧费，经常维修费用、刀具费用占工料机费的62％。由于当时进口配件价格高(一般为国产配件的3倍)、供货周期长，不利于降低掘进机施工的造价。 lKBI3oYn
秦岭特长隧道是我国第一次采用掘进机施工的铁路隧道，2台TB880E型掘进机先后完成了秦岭特长I线隧道10 704 m、磨沟岭隧道5 488 m、桃花铺1号隧道970 m的施工任务，累计掘进长度22 162 m，平均每台掘进长度为11 081 m。折旧1．41亿元，尚保有价值为3．31亿元。2台TB880E型掘进机自2002年一直处于闲置状态。现正用于中天山隧道，该隧道是吐（鲁番）库（尔勒）二线铁路，于2007年4月25日开工，截止到2009年4月23日，中天山隧道已掘进突破5529m，TBM二次衬砌突破2427m。TBM月掘进554.6m，创该TBM国内施工新纪录。 ,~G:>q$ad
刘孟山在《秦岭特长隧道TBM施工工程经济分析简介》一文中进行了详细的钻爆法与TBM法开挖的经济对比【14】。具体数据如下： U_ C[9Z'P
表3-41 TBM掘进工料机费用分析表 8O| w( z
Table 3-41 TBM construction method materials, machine cost analysis quantity table 8Joj KH
工程及费用名称 金额（元/m） 工程及费用名称 金额（元/m） &ev#C%Nu
一、掘进 28887.79 3．碴车 80l.35 cof+iI~9O%
(一)工费 377.64 4．翻车机 285.30 @ *&`1
1.人工费 377.64 5．客车、砼罐车、仰拱块车、平板车 243.08 m}32ovp w
(二)材料费 9117.60 6．通风机 415.62 -_^#7]
1．刀具费 7523.23 7．水泵 59.43 AK//]
2．TBM专用电缆 326.64 8．起重机械 186.13 c1M *w9o
3．其他电缆 74.9l 9．搅拌站 65.91 KSve_CBOh
4．排水管 125.89 10．变压器 24.13 7TB&Q*Zf
5．风管 397.93 11．修配机械 61.95 fi
6．轨道 367.35 12．其他机械 252.51 Egi(z9| Pp
7．照明用电 62.78 二、支护构件制作及材料 2569.75 SNrX(V::z
8．其他材料费 238.87 (一)工费 313.67 Aj {G=AT
(三)机械费 19392.55 (二)材料费 2072.63 R
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1．TBM费 15348.70 (三)机械使用 183.45 f64}#E|w
2．机车 1648.44 以上合计 31457.54 '>: %n
注：1.TBM折旧费6285.33，大修费1865.33，修理费5782.52，电费1375.32； RH^; M-'
2．机车折旧费839.73，大修费l73.63，修理费364.63； t;b1<TLn0
3．碴车折旧费475.55，大修费148.07，修理费177.73； ;-quK%VO!
4．翻车机折旧费129.17，大修费42.05，修理费105.13。 TdL/tg!
表3-42 TBM法与钻爆法工程量对比表 #}+_Hy
Table 3-42 TBM method and drilling and blasting method construction the amount of engineering comparative table 'byao03
项目 开挖 vs2xx`Y<Lq
（m2） 衬砌 ]vjMfT%]W
(圬工方) 喷砼 T?KM}<$(O
（m3） 钢材 !N74 y %=M
(kg) f3SAK!V+s
TBM 62.61 10.63 1.93 499.2 7? ]wAH89
钻爆法 60.54 16.75 1.76 131.2 Z5`U+ (
TBM/钻爆法（%） 103.4 63.5 109.7 380.5 S9E<)L
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表3-43 主洞工料机费用的比较表 j)mi~i*U
Table 3-43 main tunnel hours, materials, machinery use of the cost comparison table q22@ZRw
项目 ekCt1^5Y
单位：元/m 工费 料费 机械 bC,SE*F\
使用费 工料机费合计 "Z#MR`;&29
TBM 1329 17062 28572 46963 :v%iF!+.P
钻爆法 2326 10434 10797 23557 Mi<}q@]e
TBM/钻爆法（%） 57.1 163.5 264.6 199.3 LM*m> n*
秦岭特长隧道是我国第一次采用掘进机施工的铁路隧道，通过此隧道的实践，开辟了国内TBM的热潮，从此国产化TBM开始提上日程，施工单位和大型机械厂商都在探索如何降低TBM的造价，最终降低隧道施工成本。虽然在秦岭隧道中并未体现出TBM的经济型，但是其快速的掘进效率还是引起了隧道工程建设者的注意。 F#Bi* YY
（2）桃花铺隧道、磨沟岭隧道 I#- T/1N
磨沟岭隧道、桃花铺隧道所采用的是秦岭隧道施工后的TB880E型掘进机。其基本参数和前面秦岭隧道一致。 A"wso[{
西安～南京铁路的桃花铺1号隧道，全长约7.234kmTBM 掘进长度为6.2km 由中铁十八局采用直径8.8m 开敞式TBM 施工(该TBM曾施工秦岭I 线隧道出口段)最高月进尺为551.82m。 hY/i)T{
西安～合肥铁路的磨沟岭隧道，长6116m，在掘进中Ⅳ、Ⅴ级围岩设计时为1138m，占全隧的19%，而实际上总长为3416，占全隧的56%。断层面以小角度长距离近似平行隧道的方向，给掘进带来非常大的难题，而运用TB880E型掘进机后配套所具有可适应软弱围岩设备能及时支护的措施是成功的（加密钢拱、及时挂网喷射混凝土、注浆及管棚等）。该隧道于2002年11月完工，由中铁隧道集团施工(该TBM 曾施工秦岭I 线隧道进口段)。TBM 掘进长度为4.653km 最高月进尺为573.9m证明了开敞式TBM适应于硬岩的掘进，同时也具备了通过软弱围岩、破碎和断层地带的能力。 F>U*Wy
随着对TBM法施工的技术和管理的掌握以及刀具等配件设备的国产化，隧道开挖成本开始下降了。在秦岭Ⅰ线隧道出口段TBM法开挖成本是钻爆法的1.59倍，在桃花铺1号隧道TBM法开挖成本是钻爆法的1.23倍【103】。 GXwQ
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（3）中天山隧道 f!bGH-.r5
中天山隧道位于新疆巴州和硕县境内，穿越中天山北支博尔托乌山，平均海拔1 100～2 950m，最高海拔为2 951.6m，是南疆铁路增建二线吐鲁番至库尔勒段的控制性工程。隧道全长22 467m，设计坡度11‰，通过地层岩性以变质砂岩、变质角斑岩、花岗岩、片岩夹大理岩为主，其中Ⅱ、Ⅲ级围岩约占全隧长度的73.42％。隧道进口采用TBM法施工，施工长度13 982m；出口采用钻爆法施工，施工长度8 485m，设一长2 545m斜井辅助施工。中天山隧道于2007年4月25日开工，合同总工期46个月。进口TBM段设计开挖断面直径8.8m，成洞直径7.7m。 :MI LOwF
施工使用的TB880E掘进机，由于这台TBM是上世纪90年代的产品，经中铁十八局集团改造后，用于此隧道的施工。创造了国产化技术改造改进项目近20项，还修正了“洋设备”很多技术参数，经专家鉴定，掘进机整修质量合格率99.1%，TBM整修改进节约资金上千万元。刀盘面板加强两项专利技术已经通过国家审查，中心刀改进技术也正在申报专利。 l:(?|1_
该工程TBM施工已创国内新纪录月掘进554.6米。中天山隧道是第一条开展开敞式TBM掘进同步衬砌的工程，按600m/月进度计算，可节约工期14个月【104】。 (AT)w/
