王 棟

(1. 中鐵隧道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 廣東 廣州 511458； 2. 廣東省隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控與維護(hù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 511455)

0 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，修建的瓦斯隧道越來(lái)越多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1949—1999年，我國(guó)修建了18座瓦斯隧道，占全國(guó)隧道總數(shù)的0.18%； 但2000—2009年，我國(guó)修建的瓦斯隧道已有60余座，其中長(zhǎng)度3 km以上的32座，大大超過(guò)了2000年以前修建的瓦斯隧道總數(shù)[1]。2010年以來(lái)，相繼修建了20多座采用防爆改裝無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)施工的公路、鐵路高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道，其中渝黔鐵路新涼風(fēng)埡隧道、重慶鐵路樞紐東環(huán)線鷂子巖隧道為瓦斯突出隧道。

以往高瓦斯隧道施工運(yùn)輸均按規(guī)定采用有軌運(yùn)輸方式，主要是借鑒煤礦生產(chǎn)中防爆型有軌運(yùn)輸?shù)某晒?jīng)驗(yàn)與成果，相關(guān)規(guī)范也據(jù)此給出了明確規(guī)定。《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》[2]中11.1.2條規(guī)定“高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)的作業(yè)機(jī)械應(yīng)使用防爆型”，不再專門要求高瓦斯隧道施工必須采用有軌運(yùn)輸； 《煤礦安全規(guī)程》[3]中第三百九十二條規(guī)定，煤礦開采運(yùn)輸過(guò)程中可采用無(wú)軌腳輪車運(yùn)輸，但要求必須整車防爆。同時(shí)，諸多專家學(xué)者也對(duì)煤礦、公路、鐵路的無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)進(jìn)行了探索和研究。文獻(xiàn)[4-5]分析煤礦無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展及效能，為隧道采用無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)提供了一些參考和借鑒； 文獻(xiàn)[6-12]對(duì)高瓦斯公路、鐵路隧道采用防爆改裝技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用，著重闡述了隧道作業(yè)機(jī)械的配置、改裝方案、改裝系統(tǒng)及應(yīng)用情況； 文獻(xiàn)[13]對(duì)高瓦斯鐵路隧道采用無(wú)軌運(yùn)輸方案進(jìn)行了對(duì)比和分析，說(shuō)明了采用無(wú)軌運(yùn)輸?shù)闹仉y點(diǎn)和優(yōu)越性； 文獻(xiàn)[14]對(duì)車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，認(rèn)為有效的瓦斯監(jiān)控手段可保證高瓦斯隧道的施工安全。

研究成果表明，無(wú)軌運(yùn)輸及防爆改裝技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于高瓦斯隧道的施工過(guò)程中，但是由于防爆改裝只是對(duì)無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備的局部改裝，而作為核心的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法更換為防爆柴油機(jī)，另外啟動(dòng)方式和剎車等改裝難度很大，也沒(méi)有進(jìn)行改裝，并未實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)械的整機(jī)防爆，仍為非防爆設(shè)備。因此，本文從高瓦斯隧道非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)的影響因素出發(fā)，分析其可行性，通過(guò)應(yīng)用諸多降低瓦斯含量和涌出量的安全風(fēng)險(xiǎn)防控配套技術(shù)，降低瓦斯體積分?jǐn)?shù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果和綜合效益進(jìn)行深入的探討和分析，創(chuàng)新性地應(yīng)用非防爆無(wú)軌技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用效果，以期為同類工程施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

渝黔鐵路是連通重慶、貴陽(yáng)兩地的快速鐵路，全長(zhǎng)345 km。其中，天坪隧道位于貴州省北部，重慶與貴州省交界地段，為單洞雙線鐵路隧道。隧道全長(zhǎng)13.98 km，設(shè)置“1個(gè)平導(dǎo)+2座斜井+1個(gè)橫洞(主副井)”，劃分為進(jìn)口和斜井、斜井、橫洞和出口4個(gè)工區(qū)。橫洞工區(qū)負(fù)責(zé)承擔(dān)DK128+997～DK124+860段4 137 m正洞、PDK128+240～PDK124+640段3 600 m平導(dǎo)的施工任務(wù)。隧道在DK127+710～+850段穿越龍?zhí)督M煤系地層，連續(xù)穿越C6、C5、C3煤層，層厚分別為1.33、2.45、2.6 m，瓦斯含量高、壓力大，施工風(fēng)險(xiǎn)極大，確認(rèn)橫洞工區(qū)為瓦斯突出工區(qū)，天坪隧道為Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道。天坪隧道及輔助坑道布置示意見圖1。

圖1 天坪隧道及輔助坑道布置示意圖

2 高瓦斯隧道非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)的可行性分析

2.1 安全管理因素

《鐵路隧道施工規(guī)范》(鐵建設(shè)﹝2002﹞24號(hào))已于2009年2月25日被廢止，正在實(shí)行的TZ 20—2008《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》和TB 10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中也不再明確規(guī)定“高瓦斯和瓦斯突出隧道必須采用有軌運(yùn)輸”，TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中也沒(méi)有對(duì)瓦斯隧道施工運(yùn)輸方式和運(yùn)輸設(shè)備提出明確要求，只是在12.3.9條中規(guī)定“高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)的電氣設(shè)備和作業(yè)機(jī)械應(yīng)使用防爆型。非瓦斯工區(qū)、微瓦斯工區(qū)和低瓦斯工區(qū)的行走機(jī)械嚴(yán)禁駛?cè)敫咄咚购屯咚雇怀龉^(qū)”。但由于TB 10204—2002《鐵路隧道施工規(guī)范》推行多年，在隧道施工行業(yè)有比較根深蒂固的影響，所以目前大部分設(shè)計(jì)單位仍然按照以往的慣性思維設(shè)計(jì)高瓦斯隧道，即采用有軌運(yùn)輸方式施工。設(shè)計(jì)如此，作為業(yè)主和監(jiān)理就會(huì)要求施工單位按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，那么施工單位在高瓦斯和瓦斯突出隧道推行非防爆無(wú)軌運(yùn)輸時(shí)就會(huì)阻力重重，也直接影響到非防爆無(wú)軌運(yùn)輸在瓦斯隧道施工中的推廣應(yīng)用。

2.2 技術(shù)因素

國(guó)內(nèi)外針對(duì)無(wú)軌內(nèi)燃防爆設(shè)備均研制出了合格產(chǎn)品，并在煤礦井下成功應(yīng)用，但其功率均偏小，不適用于隧道施工，大功率的無(wú)軌內(nèi)燃防爆設(shè)備必須定制，且不說(shuō)定制價(jià)格高低，其應(yīng)用可靠性也沒(méi)有被驗(yàn)證。因此，其在煤炭行業(yè)應(yīng)用實(shí)例很少，那么在隧道施工領(lǐng)域沒(méi)有被推廣應(yīng)用也是很正常的。

無(wú)軌內(nèi)燃設(shè)備防爆的技術(shù)原理都是相同的，該技術(shù)推動(dòng)了防爆改裝技術(shù)在瓦斯隧道施工中的嘗試和應(yīng)用，取得了一些初步成果，但沒(méi)有形成系統(tǒng)性有說(shuō)服力的結(jié)論。其面臨的最大問(wèn)題是，防爆改裝只能做到部分防爆，不是整機(jī)防爆。雖然從原理上來(lái)說(shuō)是屬于非防爆設(shè)備，但是否滿足規(guī)范和施工要求還需要進(jìn)一步研究。其安全可靠性暫時(shí)得不到相關(guān)單位和部門的認(rèn)可，直接影響了非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)在高瓦斯隧道施工領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

目前，煤礦定制的整機(jī)防爆無(wú)軌膠輪車有合規(guī)的防爆合格證，但是其防爆改裝的部件與上述內(nèi)容基本相同，并且無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備的防爆改裝技術(shù)已經(jīng)能有效防范和控制其機(jī)械溫度和火花，所以單獨(dú)從技術(shù)角度，高瓦斯隧道采用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸方式施工是可行和可靠的。

2.3 經(jīng)濟(jì)因素

雖然有關(guān)鐵路隧道各規(guī)范中，均未作出高瓦斯隧道必須用有軌運(yùn)輸?shù)囊?guī)定，也沒(méi)有禁用“無(wú)軌運(yùn)輸”的規(guī)定，但進(jìn)洞設(shè)備必須防爆的要求并沒(méi)有任何變化。

對(duì)于瓦斯隧道施工來(lái)說(shuō)，無(wú)軌運(yùn)輸若全部配置防爆設(shè)備，一次性投入很大。同時(shí)，因?yàn)橥粏挝贿B續(xù)施工多個(gè)瓦斯隧道的概率很低，防爆設(shè)備可重復(fù)利用率較低，耗油高； 另外，由于防爆無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備的效率與非防爆設(shè)備相比低得多，所以防爆設(shè)備基本都是為某個(gè)項(xiàng)目量身定制的。防爆設(shè)備在項(xiàng)目一次性攤銷，再加上運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用也比較高，項(xiàng)目成本投入大幅度提高。防爆無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備費(fèi)用及能耗統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 防爆無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備費(fèi)用及能耗統(tǒng)計(jì)

目前隧道的總體造價(jià)不高，全部采用防爆設(shè)備必然會(huì)大幅度提高施工成本，造成施工單位虧損，因此，從經(jīng)濟(jì)因素分析更應(yīng)采用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)。

3 非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)防控管理措施

3.1 隧道瓦斯抽放消突技術(shù)

參考《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》、《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》、《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》等技術(shù)文件進(jìn)行抽放方案設(shè)計(jì)，同時(shí)充分考慮隧道施工組織設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，保證抽放方案的可行性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性。橫洞工區(qū)為瓦斯突出工區(qū)，采用了穿層網(wǎng)格預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)，其原理是利用空氣負(fù)壓，通過(guò)巷道和鉆孔抽放未受采動(dòng)影響或未經(jīng)人為松動(dòng)卸壓的煤層中的瓦斯。隧道穿層預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔布置示意見圖2。

圖2 隧道穿層預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔布置示意圖

通過(guò)采用瓦斯抽放消突技術(shù)，大幅度降低了煤層中的瓦斯含量和壓力，消除了瓦斯突出的危險(xiǎn)。C6煤層瓦斯含量從11.47 m3/t降到5.51 m3/t，C5煤層瓦斯含量從9.87 m3/t降到5.73 m3/t； C3煤層瓦斯含量從13.91 m3/t降到4.44 m3/t，均低于標(biāo)準(zhǔn)要求的8 m3/t的判定值。

3.2 隧道瓦斯涌出量控制技術(shù)

3.2.1 煤壁瓦斯涌出量的控制

采取合理的瓦斯抽放措施后，隧道掘進(jìn)面前方煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力都將相應(yīng)降低，揭開煤層后，其瓦斯涌出強(qiáng)度也將發(fā)生變化。采用煤壁瓦斯涌出量理論計(jì)算模型，對(duì)比分析抽放前后的瓦斯涌出強(qiáng)度變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及反演計(jì)算結(jié)果，天坪隧道煤層瓦斯參數(shù)見表2。抽放后瓦斯涌出量變化如圖3所示。

表2 天坪隧道煤層瓦斯參數(shù)

由圖3可知，采取瓦斯抽放措施后，煤層瓦斯強(qiáng)度明顯降低，其初始涌出強(qiáng)度低于未抽放情況下對(duì)應(yīng)數(shù)值的50%。煤壁瓦斯排放過(guò)程在理論上是無(wú)限的，但實(shí)際上經(jīng)歷一定暴露時(shí)間后，煤壁瓦斯涌出量下降到可以忽略不計(jì)的程度。根據(jù)圖中所示，通風(fēng)20 min后，煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度即可控制在2.0 m3/min以內(nèi)； 通風(fēng)90 min后，煤壁瓦斯涌出量接近1.0 m3/min。經(jīng)計(jì)算，瓦斯體積分?jǐn)?shù)僅為0.1%。

圖3 抽放瓦斯后瓦斯涌出量變化

初噴混凝土后瓦斯涌出量變化如圖4所示。由圖可知，隧道壁面初噴氣密性混凝土封閉后，煤壁向洞內(nèi)的瓦斯涌出量明顯降低，并可控制在0.4 m3/min以內(nèi)。因此，在開挖爆破并通風(fēng)一段時(shí)間后，對(duì)煤壁進(jìn)行噴漿封閉，可以有效降低煤壁的瓦斯涌出強(qiáng)度，減少瓦斯涌出量。

圖4 初噴混凝土后瓦斯涌出量變化

3.2.2 落煤瓦斯涌出量的控制

天坪隧道瓦斯抽放前后落煤瓦斯涌出量如圖5所示。由圖可知，瓦斯抽放后，落煤瓦斯涌出量明顯降低。由于煤體中大部分游離瓦斯均被抽放排出，所以抽放后，落煤瓦斯涌出量基本上低于未抽放情況的50%。

圖5 天坪隧道瓦斯抽放前后落煤瓦斯涌出量

開挖面積與瓦斯涌出量的關(guān)系如圖6所示。由圖可知，隨著開挖面積增加，單位面積瓦斯涌出強(qiáng)度會(huì)略有降低，但是單位時(shí)間內(nèi)總的瓦斯涌出量呈明顯增大趨勢(shì)。可以得出，減小每次開挖的面積對(duì)于減小落煤瓦斯涌出量是有顯著效果的。

圖6 開挖面積與瓦斯涌出量的關(guān)系

總之，在掌子面爆破排煙后，將暴露的煤巖壁初噴4 cm厚的氣密性混凝土，通過(guò)減少開挖進(jìn)尺來(lái)減少煤壁暴露面積，這樣既可穩(wěn)定圍巖和掌子面，又可降低出碴期間瓦斯涌出量，有利于對(duì)瓦斯體積分?jǐn)?shù)的控制。出碴期間作業(yè)面的瓦斯涌出量一般都在0.3 m3/min以下，初期支護(hù)完成后，因圍巖噴射氣密性混凝土的厚度達(dá)到15 cm以上，瓦斯涌出量更低，經(jīng)計(jì)算，通風(fēng)20 min后現(xiàn)場(chǎng)落煤和煤壁的瓦斯總體積分?jǐn)?shù)為0.28%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯涌出量和體積分?jǐn)?shù)的有效控制。

3.3 隧道瓦斯自動(dòng)監(jiān)控及智能化通風(fēng)技術(shù)

正洞C3煤層揭煤時(shí)間為2015年4月20日，對(duì)此階段揭煤過(guò)程中的智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)(布置圖見圖7)進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)瓦斯自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了收集，在洞口設(shè)置了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)(見圖8)。

圖7 天坪隧道正洞揭煤施工節(jié)能控制通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖

圖8 現(xiàn)場(chǎng)控制平臺(tái)

在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)揭煤施工循環(huán)工序進(jìn)行分析。根據(jù)隧道風(fēng)機(jī)智能化控制系統(tǒng)與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采集的瓦斯、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)變化繪制成曲線，結(jié)果分別如圖9和圖10所示。這個(gè)循環(huán)的施工工序是： 23:35放炮—00:25開始出碴—02:15出碴結(jié)束、準(zhǔn)備立拱—03:25開始立拱—05:45立拱結(jié)束、開始噴漿—07:50噴漿結(jié)束、準(zhǔn)備打鉆、循環(huán)結(jié)束。

圖9 瓦斯體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線

圖10 一氧化碳體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線

放炮后掌子面?zhèn)鞲衅鞯囊谎趸俭w積分?jǐn)?shù)超標(biāo)，瓦斯在放炮過(guò)程中溢出，在炮后30 min內(nèi)將一氧化碳體積分?jǐn)?shù)降到了規(guī)范允許值以內(nèi)，此階段風(fēng)量的主要控制因素為一氧化碳和瓦斯。隨著掌子面扒碴，暴露的煤層瓦斯再次溢出，直至出碴階段，瓦斯溢出量一直較大，持續(xù)時(shí)間大約50 min，此階段風(fēng)量的主要控制因素為瓦斯氣體。之后瓦斯體積分?jǐn)?shù)一直未超過(guò)0.3%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)作業(yè)循環(huán)瓦斯的全過(guò)程監(jiān)控，保證了隧道的安全施工。

3.4 隧道瓦車閉鎖技術(shù)

車載瓦車閉鎖系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)瓦斯隧道非防爆無(wú)軌運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵輔助技術(shù)。在隧道施工過(guò)程中，將該系統(tǒng)安裝于內(nèi)燃設(shè)備上，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其周圍環(huán)境空氣中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)環(huán)境瓦斯體積分?jǐn)?shù)超過(guò)報(bào)警限值，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警； 如果瓦斯體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)升高，超過(guò)斷電上限值后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出車輛自動(dòng)斷油斷電控制信號(hào)，控制車輛上相關(guān)電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電熄火功能，并且在聲光報(bào)警解除前無(wú)法啟動(dòng)車輛； 當(dāng)環(huán)境瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低到安全限值以下報(bào)警解除后，該內(nèi)燃設(shè)備方可再次啟動(dòng)。

在施工的全過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行鑒定和調(diào)校，保證車載瓦車系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。在施工過(guò)程中，所有無(wú)軌裝運(yùn)設(shè)備(出碴汽車、裝載機(jī)、混凝土罐車、農(nóng)用車等)均安裝了瓦車閉鎖系統(tǒng)，并設(shè)定了0.25%的警報(bào)體積分?jǐn)?shù)和0.3%的閉鎖體積分?jǐn)?shù)，其安裝與應(yīng)用情況見圖11。運(yùn)輸期間由于瓦斯體積分?jǐn)?shù)一直處在0.3%以下，未觸發(fā)過(guò)瓦斯閉鎖。

(a) (b)

自2014年11月20日起，在140 m煤層瓦斯區(qū)段的施工期間，通過(guò)上述技術(shù)的綜合應(yīng)用，并嚴(yán)格落實(shí)瓦斯突出工區(qū)非防爆無(wú)軌運(yùn)輸?shù)呐涮装踩胧?，在出碴過(guò)程中一直采用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備，從來(lái)沒(méi)有因?yàn)檫\(yùn)輸設(shè)備非防爆問(wèn)題發(fā)生過(guò)安全事故，安全順利地穿過(guò)了有瓦斯突出危險(xiǎn)的煤系地層。

4 非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)應(yīng)用的綜合效益分析

采用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸，不用一次性投入重新購(gòu)置防爆設(shè)備的費(fèi)用，將無(wú)軌運(yùn)輸?shù)某杀敬蟠蠼档?，使其與有軌運(yùn)輸相比，除了具有用人少、專用設(shè)備少、機(jī)動(dòng)、高效、高產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)外，在經(jīng)濟(jì)上也具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合天坪隧道，從人工、設(shè)備、運(yùn)輸成本、軌道材料、施工進(jìn)度5個(gè)方面，對(duì)2種運(yùn)輸方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，來(lái)分析天坪隧道采用無(wú)軌運(yùn)輸?shù)木C合效益。

4.1 人員投入

有軌運(yùn)輸需配置人員65人，無(wú)軌運(yùn)輸需配置人員48人，與有軌運(yùn)輸相比少配置17人，按照施組工期計(jì)算可節(jié)約人工費(fèi)用284萬(wàn)元。2種運(yùn)輸方式人員配置見表3。

表3 2種運(yùn)輸方式人員配置

4.2 機(jī)械設(shè)備投入

4.2.1 有軌運(yùn)輸投入情況

有軌運(yùn)輸主要投入設(shè)備為電瓶車、礦車、充電機(jī)、混凝土運(yùn)輸車、挖裝機(jī)等，根據(jù)實(shí)際情況，電瓶車、礦車、混凝土運(yùn)輸車有部分舊機(jī)可以修復(fù)使用，挖裝機(jī)進(jìn)行新購(gòu)。有軌運(yùn)輸設(shè)備購(gòu)置及前期安裝調(diào)試費(fèi)用預(yù)計(jì)需要603萬(wàn)元，其設(shè)備投入情況見表4。

表4 有軌運(yùn)輸設(shè)備投入分析

4.2.2 無(wú)軌運(yùn)輸投入情況

無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車、混凝土運(yùn)輸車、混凝土輸送泵、農(nóng)用車都是現(xiàn)成的設(shè)備，無(wú)需重新購(gòu)置，沒(méi)有新的投入(有軌與無(wú)軌均需具有的防爆電器等設(shè)施未統(tǒng)計(jì)之內(nèi))，但由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行了局部防爆改裝，投入了240萬(wàn)元改裝費(fèi)用。

4.3 運(yùn)輸成本投入

有軌運(yùn)輸月運(yùn)輸成本為92.4萬(wàn)元，無(wú)軌運(yùn)輸月運(yùn)輸成本為57.9萬(wàn)元，通過(guò)比較，不考慮前期設(shè)備投入和安裝費(fèi)用，無(wú)軌運(yùn)輸消耗明顯較低，每月主要設(shè)備消耗降低34.5萬(wàn)元左右，按35個(gè)月工期計(jì)算，可降低成本1 207萬(wàn)元。2種運(yùn)輸方式的月運(yùn)輸成本分析見表5和表6。

表5 有軌運(yùn)輸月成本投入分析

表6 無(wú)軌運(yùn)輸月成本投入分析

4.4 軌道材料投入

對(duì)于有軌運(yùn)輸需要投入43 kg/m的鋼軌約32 000 m，鋼枕約20 000根，道岔5副，預(yù)計(jì)材料投入約1 100萬(wàn)元； 而無(wú)軌運(yùn)輸不需要這方面的投入，可以節(jié)省約1 100萬(wàn)元材料費(fèi)。有軌運(yùn)輸軌道材料配置見表7。

表7 有軌運(yùn)輸軌道材料配置

4.5 施工進(jìn)度對(duì)比

4.5.1 有軌運(yùn)輸施工進(jìn)度分析

有軌運(yùn)輸軌道管理和安裝復(fù)雜，并且洞內(nèi)多工序作業(yè)時(shí)會(huì)相互影響，導(dǎo)致運(yùn)輸效率較低，從而一定程度上影響施工進(jìn)度。采用有軌運(yùn)輸正洞每月施工進(jìn)度為： Ⅴ級(jí)圍巖58 m，Ⅳ級(jí)圍巖96 m，Ⅲ級(jí)圍巖126 m，Ⅱ級(jí)圍巖143 m。有軌運(yùn)輸方式的施工進(jìn)度分析見表8。

表8 有軌運(yùn)輸施工進(jìn)度分析

4.5.2 無(wú)軌運(yùn)輸施工進(jìn)度分析

無(wú)軌運(yùn)輸采用汽車出碴和進(jìn)料，相互之間干擾較小，可以不考慮運(yùn)輸工具之間相互影響。正洞每月施工進(jìn)度為： Ⅴ級(jí)圍巖70 m，Ⅳ級(jí)圍巖106 m，Ⅲ級(jí)圍巖185 m，Ⅱ級(jí)圍巖217 m。無(wú)軌運(yùn)輸方式的施工進(jìn)度分析見表9。

表9 無(wú)軌運(yùn)輸施工進(jìn)度分析

對(duì)上述2種運(yùn)輸方式進(jìn)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析的前提施工方法為： 正洞Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七步法施工，每循環(huán)施工2榀拱架，拱架間距0.6 m； Ⅳ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階法施工； Ⅲ級(jí)和Ⅱ級(jí)圍巖采用全斷面施工。

無(wú)軌運(yùn)輸與有軌運(yùn)輸相比，施工進(jìn)度分別提高： Ⅴ級(jí)圍巖20.69%、Ⅳ級(jí)圍巖10.42%、Ⅲ級(jí)圍巖46.83%、Ⅱ級(jí)圍巖51.75%。根據(jù)計(jì)算，掘進(jìn)施工工期可由33.8個(gè)月縮短為28.4個(gè)月，節(jié)約5.4個(gè)月，降低管理費(fèi)270萬(wàn)元。

綜上，與有軌運(yùn)輸相比，無(wú)軌運(yùn)輸可節(jié)約人工費(fèi)284萬(wàn)元，設(shè)備投入減少363萬(wàn)元，施工運(yùn)輸成本降低1 207萬(wàn)元，軌料投入節(jié)省1 100萬(wàn)元，管理費(fèi)降低270萬(wàn)元，總計(jì)可節(jié)約成本3 224萬(wàn)元，在保證施工安全的前提下也節(jié)省了施工成本。

5 結(jié)論與討論

本文依托渝黔鐵路天坪隧道成功應(yīng)用了非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)，總結(jié)分析了影響非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)應(yīng)用的安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，認(rèn)為在高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)應(yīng)用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須保證從源頭上控制瓦斯的涌出量和瓦斯體積分?jǐn)?shù)，為實(shí)現(xiàn)非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)奠定安全前提。瓦斯的抽放實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯涌出量的有效控制，降低了施工過(guò)程中涌入隧道的瓦斯體積分?jǐn)?shù)，保證了非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)的安全實(shí)施； 而配套的通風(fēng)技術(shù)、瓦斯自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道通風(fēng)量和瓦斯體積分?jǐn)?shù)的全方位監(jiān)控，保證了隧道無(wú)軌運(yùn)輸?shù)目煽窟\(yùn)行，同時(shí)輔以瓦車閉鎖技術(shù)，真正做到了非防爆無(wú)軌運(yùn)輸機(jī)械本身瓦斯體積分?jǐn)?shù)的及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。施工期間的瓦斯體積分?jǐn)?shù)從未超過(guò)0.3%，節(jié)約工期5.4個(gè)月，節(jié)省成本3 200萬(wàn)，最終實(shí)現(xiàn)了高瓦斯隧道非防爆無(wú)軌運(yùn)輸?shù)陌踩咝Ы?jīng)濟(jì)施工。

但是在應(yīng)用過(guò)程中，也存在以下問(wèn)題影響了高瓦斯隧道非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

1)高瓦斯隧道完全采用非防爆無(wú)軌運(yùn)輸方式施工必須先滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，其安全性、適用性和可靠性還沒(méi)有完全得到證實(shí)，還需要在施工過(guò)程中進(jìn)一步推廣和研究。

2)瓦斯工區(qū)不能自始至終按一個(gè)瓦斯等級(jí)進(jìn)行管理，不計(jì)成本地追求過(guò)度安全的行為，應(yīng)該像瓦斯隧道“就高定級(jí)，分區(qū)管理”一樣，實(shí)行“就高定級(jí)，分段管理，前后兼顧”的原則。

3)高瓦斯隧道實(shí)行的防爆改裝無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)已經(jīng)取得了一定成功，但是由于防爆改裝只是對(duì)無(wú)軌設(shè)備的局部改裝，核心部件并未更換為防爆設(shè)備，且啟動(dòng)方式和剎車方式也無(wú)法改裝，其合規(guī)性無(wú)法保證。因此，無(wú)軌從原理來(lái)說(shuō)仍是非防爆設(shè)備，這直接影響了其在隧道施工領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，建議在高瓦斯和瓦斯突出隧道施工過(guò)程中管控措施到位的前提下，積累一定的瓦斯突出隧道施工經(jīng)驗(yàn)，加快推進(jìn)非防爆無(wú)軌運(yùn)輸技術(shù)的推廣和應(yīng)用。