李志敏

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概況

山西省中部引黃工程TBM2標(biāo)工程主要工程項(xiàng)目：進(jìn)洞支洞長(zhǎng)3.64 km，坡度6.5%，其中采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工3.033 km；隧洞開(kāi)挖直徑5.06 m，襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片外徑4.8 m，管片內(nèi)徑4.3 m，管片外壁與洞壁之間采用豆礫石回填和灌注水泥漿。主洞長(zhǎng)20.3 km，坡度1/2500，采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工，隧洞開(kāi)挖直徑、襯砌方式和回填灌漿同進(jìn)洞支洞TBM施工段相同。采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工段總長(zhǎng)達(dá)24 km。

山西省中部引黃工程TBM2標(biāo)項(xiàng)目中針對(duì)大坡度、長(zhǎng)距離、小洞徑隧洞中使用的是DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)（見(jiàn)圖1），具體性能參數(shù)見(jiàn)表1；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)主要是牽引有軌列車(chē)編組安全、可靠地往洞內(nèi)洞外來(lái)回運(yùn)送管片、豆礫石、水泥、軌道、電纜等材料設(shè)備及人員。

圖1 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)

表1 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

2 施工運(yùn)輸主要問(wèn)題、難點(diǎn)

2.1 隧洞空間小，對(duì)車(chē)輛及附屬設(shè)施布置困難

采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工管片襯砌后的洞徑為4.3m，布置完連續(xù)皮帶機(jī)、風(fēng)筒、電纜、水管后，DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)的外形尺寸最大只能為：寬1.4 m、高1.8 m；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)布置示意圖見(jiàn)圖2。

根據(jù)斷面圖，吊裝于隧道頂部的風(fēng)管，側(cè)面的管線及走道，占用了較大的隧道斷面空間?？紤]到不低于200 mm的各向安全距離，決定了該車(chē)的寬度不能大于1.4 m，高度不能大于1.8 m。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有車(chē)輛都無(wú)法滿(mǎn)足需求，配套該項(xiàng)工程需要更加小型化車(chē)輛?，F(xiàn)有機(jī)械驅(qū)動(dòng)車(chē)輛由于車(chē)橋、變速箱等零部件的限制，車(chē)輛內(nèi)部布局困難，高度與寬度尺寸無(wú)法滿(mǎn)足要求。而液壓驅(qū)動(dòng)具有易布局、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足車(chē)輛外形要求，所以，采用與現(xiàn)有機(jī)械式牽引車(chē)完全不同技術(shù)構(gòu)成的液壓驅(qū)動(dòng)式膠輪牽引車(chē)成為必然選擇。

2.2 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)的編組

在小洞徑、大坡度、長(zhǎng)距離的隧洞工況下，DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)編組情況為：

最大牽引列車(chē)編組，進(jìn)洞負(fù)載：1人車(chē)（滿(mǎn)載）+1豆礫石車(chē)（滿(mǎn)載）+3平板車(chē)（滿(mǎn)載）+4管片牽引車(chē)（滿(mǎn)載），編組總重：105 t，編組長(zhǎng)度 46.03 m；

最大牽引列車(chē)編組，出洞負(fù)載：1人車(chē)（滿(mǎn)載）+1豆礫石車(chē)（空載）+3平板車(chē)（空載）+4管片牽引車(chē)（空載），編組總重：45 t，編組長(zhǎng)度 46.03 m；DCY40 軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)在牽引編組長(zhǎng)度達(dá)46m、載重達(dá)105t，編組情況見(jiàn)圖3。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

在這樣的編組情況下需要解決以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：

圖3 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)編組情況

1）長(zhǎng)編組的導(dǎo)向問(wèn)題

編組后，形成長(zhǎng)度46 m，全列總重105 t的列車(chē)組，運(yùn)行于全程6.5%的坡度上，列車(chē)的運(yùn)行安全成為關(guān)鍵技術(shù)。為防止脫軌，采用洞外頂推進(jìn)洞的列車(chē)運(yùn)行方式，重載下坡過(guò)程中，由于重力作用，各節(jié)車(chē)實(shí)際不需外力即可自由滑行，此時(shí)該列車(chē)中的所有車(chē)鉤都工作在拉伸狀態(tài)，為保證安全，配置安全鏈作為輔助安全防脫鉤措施。運(yùn)行中，利用DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)自身摩擦系數(shù)大、制動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使列車(chē)組始終處于可控的重力滑行狀態(tài)，此時(shí)，整車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定，不易脫軌。制動(dòng)時(shí)，首先是DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)制動(dòng)有效，順序延時(shí)至其后各車(chē)體，以保證不因制動(dòng)（尤其是緊急制動(dòng)）帶來(lái)的車(chē)組縱向沖擊造成列車(chē)脫軌。

2）重載編組在大坡度下的駐車(chē)問(wèn)題

車(chē)組采用DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)加普通車(chē)體的編組模式，重載下坡時(shí)，制動(dòng)必須滿(mǎn)足整車(chē)在坡道上的可靠停車(chē)。運(yùn)行的車(chē)輛停車(chē)過(guò)程必然是由減速（行車(chē)制動(dòng)）和完全停止（駐車(chē)制動(dòng)）這二個(gè)階段組成。本項(xiàng)目中，由于列車(chē)運(yùn)行在6.5%的大坡道上，重力所帶來(lái)的自然加速是制動(dòng)系統(tǒng)要解決的首要問(wèn)題，為此，DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)設(shè)置了非摩擦的液壓緩速系統(tǒng)，該系統(tǒng)為DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)提供一個(gè)穩(wěn)定的制動(dòng)扭矩，這個(gè)制動(dòng)扭矩是由行車(chē)電腦控制，其大小與列車(chē)由于重力作用所要產(chǎn)生的加速扭矩相當(dāng)，保證列車(chē)坡道運(yùn)行中不需頻繁操縱制動(dòng)系統(tǒng)即可以設(shè)定的穩(wěn)定速度運(yùn)行。利用調(diào)整緩速系統(tǒng)可調(diào)的設(shè)定值，即可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的減速。必要時(shí)，還可操縱行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)使車(chē)輛減速，該行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)由作用于DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)的液壓制動(dòng)和作用于被牽引車(chē)鋼輪的空氣制動(dòng)系統(tǒng)組成，通過(guò)駕駛員操作，由液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)作用于相應(yīng)車(chē)輪上。因?yàn)殇撦喣Σ料禂?shù)小、制動(dòng)效能低，所以，列車(chē)制動(dòng)以膠輪牽引車(chē)為主，被牽引車(chē)空氣制動(dòng)為輔。為保證運(yùn)行穩(wěn)定，列車(chē)設(shè)定了從DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)開(kāi)始至最末端車(chē)體的順序制動(dòng)功能，該套制動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)足了全列重載制動(dòng)需要，達(dá)到制動(dòng)距離要求。減速過(guò)程完成后，此時(shí)列車(chē)速度雖然為零，但由于尚在坡道上，一旦解除制動(dòng)，必然在重力作用下滑行，此時(shí)，打開(kāi)駐車(chē)開(kāi)關(guān)，駐車(chē)系統(tǒng)將起到使列車(chē)可靠停止在坡道上的作用。列車(chē)的駐車(chē)制動(dòng)功能與行車(chē)制動(dòng)相同點(diǎn)是作用在相同的輪組上，不同點(diǎn)是駐車(chē)制動(dòng)是彈簧作用，無(wú)需動(dòng)力，所以，駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)也可用在車(chē)輛失去動(dòng)力時(shí)的應(yīng)急制動(dòng)。

3）長(zhǎng)編組、重載編組在上下坡的行駛速度問(wèn)題

下坡時(shí)，列車(chē)重載存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，除了考慮制動(dòng)系統(tǒng)外，運(yùn)行速度的控制也是必不可少的環(huán)節(jié)。制動(dòng)系統(tǒng)可保證列車(chē)在一定的初速度下達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求的制動(dòng)距離，因?yàn)橹苿?dòng)距離與初速度成平方關(guān)系，所以初速度提高，必將大大提高制動(dòng)距離。另外，還需綜合考慮駕駛員人為因素、制動(dòng)系統(tǒng)、路面條件、環(huán)境條件等各方面因素，確定一個(gè)合理的運(yùn)行速度是工程應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。車(chē)速與安全即效率的關(guān)系存在顯而易見(jiàn)的相對(duì)關(guān)系：速度低，安全性上升，但效率下降；速度高，安全性下降，效率提高。合適速度數(shù)據(jù)的確定，由于無(wú)可參照案例，僅能根據(jù)以往普通列車(chē)應(yīng)用于其它工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程隧道斷面直徑僅4.3 m，全程大坡道，照明又不足，路面濕滑的客觀條件，經(jīng)分析，預(yù)計(jì)司機(jī)工作時(shí)的精神壓力較大，存在較大的人為操作失誤可能；避險(xiǎn)空間小，隧道內(nèi)工作人員和設(shè)備的安全必須得到保證；再結(jié)合制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)扭矩參數(shù)，綜合對(duì)比分析后，以安全第一為原則，選取重載下坡速度不大于7 km/h，空載上坡速度不大于15 km/h。經(jīng)在山西中部引黃工程TBM2標(biāo)應(yīng)用檢驗(yàn)，該速度即滿(mǎn)足了安全要求，又充分保證了工程施工進(jìn)度需要，為國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型施工積累了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

3 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)在本項(xiàng)目解決的主要問(wèn)題

1）停得住。在大坡度、長(zhǎng)距離支洞運(yùn)輸行駛中，重載下坡車(chē)輛在一定行駛速度下，隨時(shí)能夠在安全距離內(nèi)停得住，同時(shí)制動(dòng)須有效、可靠。

2）駐得穩(wěn)。在大坡度、長(zhǎng)距離支洞運(yùn)輸停車(chē)時(shí)，能夠駐車(chē)穩(wěn)定、不溜車(chē)。

3）行得暢。運(yùn)輸車(chē)輛及編組在大坡度、長(zhǎng)距離掘進(jìn)運(yùn)輸時(shí)，須運(yùn)輸通暢，進(jìn)入后配套臺(tái)車(chē)便捷、暢通，在主洞掘進(jìn)時(shí)，運(yùn)輸機(jī)車(chē)的轉(zhuǎn)換應(yīng)安全、方便、調(diào)度合理，長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸錯(cuò)車(chē)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

TBM每個(gè)循環(huán)1.4 m，每?jī)蓚€(gè)循環(huán)出一次渣,掘進(jìn)機(jī)每個(gè)循環(huán)的時(shí)間為22 min；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車(chē)每次可以向洞內(nèi)運(yùn)輸兩個(gè)循環(huán)的材料，運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)工業(yè)廣場(chǎng)只需32 min，而且在TBM檢修時(shí)間，洞內(nèi)工業(yè)廣場(chǎng)可以存放三個(gè)編組的材料，也就是TBM掘進(jìn)6個(gè)循壞所需的材料，材料運(yùn)輸方面完全能夠保證TBM施工掘進(jìn)的需求；而且在中部引黃TBM2標(biāo)項(xiàng)目上，單日最高掘進(jìn)記錄達(dá)到76 m。

在國(guó)內(nèi)外采用雙護(hù)盾TBM法對(duì)大坡度、長(zhǎng)距離、小洞徑的斜洞施工運(yùn)輸無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，渣土、材料物資和人員問(wèn)題都存在安全隱患；目前國(guó)內(nèi)這種大坡度、長(zhǎng)距離、小洞徑的斜洞采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工的項(xiàng)目越來(lái)越多；類(lèi)似大坡度、小洞徑的隧洞施工也越來(lái)越多，施工中需要運(yùn)送大量物資材料，這種安全、可靠的物流運(yùn)輸也越來(lái)越重要。