无轨运输施工工艺工法

无轨运输施工工艺工法

1 前言 1.1引言

目前我国隧道辅助运输方式主要分轨道运输和无轨运输两大类，在煤矿作业中以轨道运输居多，矿山隧道中则以无轨运输为主。20世纪40年代末期，美国最先使用无轨运输设备。1953年研制出第一台自装自卸履带式运输设备。后因运行速度慢、维修费高，改为胶轮式装运机。1962年第一台井下柴油机驱动的无轨铲运机问世后，无轨运输在掘进、回采多种运输作业中得到广泛应用。遥控技术的应用和窄型铲运机的出现，使铲运机的使用范围进一步扩大。目前，各类铲运机中以风冷型柴油机驱动、铲斗容积5立方（约3.78m3）者居多。近年出现的电动铲运机正引起各国的注意。 1.2工艺原理

利用铲、装、运、卸等机械，在隧道内采用胶轮式或履带式自装自卸运输设备运输矿岩或洞碴作业。作业时，铲装机械将隧道内洞碴装载到运输机械车箱内，装满后驶至卸载点卸载，然后再返回工作面进行下一循环作业。 2 工艺工法特点

2.1采用无轨运输可以简化洞内运输环节，减少人员，大幅度提高工效，从而为整个隧道高效、快速施工创造条件。

2.2无轨运输为单车运输，机动灵活，不受地形限制，能实现从洞内到卸碴点单一设备不经转载的直达运输，但其运输能力有限，且对隧道断面要求大。

2.3无轨运输上场快，展开快，工序简单，施工组织管理方便，装运设备综合利用率高。 3 适用范围

适用于各种公路、铁路隧道施工。 4主要引用标准

《建筑施工土石方工程安全技术规范》（JGJ/T180)、《铁路隧道施工规范》(TB10204)、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042）。 5工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程

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施工工艺流程图见图1 石碴洒水除尘 图1 无轨运输施工工艺流程图

自卸车返回进行下一循环 自卸车运出洞外卸碴场 装载机将石碴铲入自卸车内 调度人员统一指挥 装、运机械进场 掌子面开挖 通风、照明、找顶、初支 边角石碴人工清理 5.2操作要点

5.2.1 作业准备

1 开挖爆破后，及时进行通风、照明、找顶清帮、初喷等工作； 2 装载机和自卸车由驾驶员按操作规程作好各项准备工作；

3 洞内石碴由辅助人员进行洒水除尘处理，调度人员指挥装、运机械进场作业。 5.2.2 作业步骤

1 采用装载机将石碴铲入铲斗内，装载机退至自卸车车箱旁，利用装载机的侧卸，将石碴卸入自卸车车箱内，自卸车运出洞外卸掉；

2 自卸车的停装位置，要与装载机的操作配合密切，以提高装碴的速度； 3 为降低成本，减少装载机轮胎的磨损，提高生产率，对轮胎安装专用的防磨铁链；

4 对边角装载机无法装完的石碴，采用人工配合装载机进行清理；

5 自卸车的运输必须服从调度人员的统一指挥，洞内作业的内燃机必须是柴油机，不得使用汽油机；

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6 为防止各工序间的相互干扰，从以下几方面入手进行解决：

①二衬的衬砌台架或衬砌台车的净空尺寸以满足无轨运输施工为限界,确保开挖运输与衬砌平行作业；

②单线隧道施工，利用隧道内的大避车洞进行扩挖（扩挖3～5m），作为无轨运输洞内的错车、调车洞、此段可滞后衬砌。长隧道会车道的间距一般为300～500m。单口掘进在150m内时，在洞外调头、错车。

5.2.3 合理配置机械设备

1 尽量选择带有净化装置的的机械设备；

2 施工机械的选型配套, 应着眼于作业能力的提高, 尽量使各工序、各环节的作业效率相匹配,充分发挥机械化的整体功能；

3 机械设备必须与施工方法相结合，形成流水作业线，以利机械设备的合理使用，发挥所有机械设备的最大功效；

4 运输车辆与装碴机械外廓尺寸适合开挖的净空，数量必须保证多工作面的需求；

5 运输车辆的速度要快，运输量与装碴机械的装碴效率相匹配； 6 通风设备必须通风效率高、性能好, 具有长距离供风的能力；

7 采用机动灵活的小型车辆运输小型材料，如锚杆、拱架、爆破材料、风枪等,减少干扰。

5.2.4 设备数量计算： 1 确定弃碴数量

Q = q ×k ×a ×L

其中，Q 为每循环出碴数量（m3 ）； q 为每延米隧道断面方量（m3/ m），取47.5；k 为正常开挖爆破超挖系数，取1.05； a 为围岩松方系数，取1.45 ； L 为循环进尺，若L = 3m。则: Q = 47.5×1.05×1.45×3 =217.0 m3 。

2每循环弃碴车数

N = Q/ P = 217/ 15. 0 = 14. 5≈15 。

其中， N 为每循环出碴车数（车）； P 为每车正常松方容量（m3）。 3车辆循环运行时间

以一辆自卸汽车循环一次时间进行计算确定。

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a汽车在最近一处调头硐室调头后倒车至装碴工作面(以最远距离600 m 计)时间暂定为5 min。

b装载机装碴时间暂定为15 min。

c自卸汽车开出至弃碴场(洞外运距3 km) 并卸碴时间暂定为15 min。 d由弃碴场空返至洞内调头硐室时间暂定为10 min。

则单车循环时间为45 min，考虑车辆运行过程中的诸多影响因素，单车往返循环时间按60 min 计。 4车辆数量

根据车辆运输时间及出碴工序循环时间计划，按出碴工序循环时间计算时，出碴自卸汽车的数量为：

n = N/ T×t ×K=15/300×60 ×1.25=3.75 取4辆。（与装车数每15分钟装一车，1小时装4车相吻合）。

其中，n 为出碴车辆数量（辆）；N 为每循环出碴数量（车）；T为出碴工序循环时间（按300分钟取值）；t 为车辆往返运输时间（按60分钟取值）；K 为车辆等待系数（取1.25）。

运距增加时，重新按上述办法计算。 6劳动力组织

采用无轨运输施工隧道，最相关的劳动力配备是各种挖、装、运设备的专职司机，要求所配备司机严格持证上岗，实施定人定机，而且配备足够换班司机，严禁疲劳作业。

表1 单工作面作业劳动组织表

序号 工作项目 作业内容 挖掘机司机 1 掌子面作业 装载机司机 推土机司机 工具车 运输车辆（5吨）司机 2 碴士运输 运输车辆（20吨）司机 交通组织、调配 3 混凝土运输 4 洞内通风降尘 混凝土运输车司机 交通组织、调配 轴流通风机负责人 人数 3 6 1 1 2 5 -10 2 5 2 2 备注 掌子面开挖作业按三班轮换 掌子面开挖作业按三班轮换 备用 4

洒水车司机 1 7 主要机具设备 7.1 设备配备原则

1 隧道无轨运输设备配备需根据隧道的综合特点（位置、环境、地质、长度、断面大小、分部施工方案等），以高效、配套、经济、适用为前提，充分考虑项目工期要求和隧道内施工作业环境，合理地进行挖、装、运、进设备的选型、配量，拟定设备来源方式，调查出既有设备的使用完好状态，界定清楚设备进、出场时间。

2 钻爆开挖设备，不能选择门架轨行式；钻爆动力一般都为风动或电动，也有采用燃油动力或转换燃油动力（指内燃空压机进洞）；当隧道独头掘进较长，钻爆动力不能选择燃油动力或转换燃油动力。

3 独头掘进很深的隧道（一般指超过2km），其扒、装、运碴设备在可能的前提下建议选择电动力类型，避免产生大量油烟，增加通风压力。

4 独头掘进较深的隧道（一般指超过1km），若扒、装、运碴设备选定为燃油类，建议在燃油中加入“燃油添加剂”，以促进柴油燃烧更充分，降低尾气排放的油烟等有害气体浓度，达到改善洞内施工环境的目的。 7.2设备选择原则

无轨运输设备的选择，主要依据施工计划安排、隧道断面大小、掘进速度或循环进尺等综合确定，装载和运输设备能力要匹配，充分发挥设备效率。 7.3 开挖设备

7.3.1 中、短长隧道或长大隧道中、短独头掘进作业口的钻爆设备采用自制开挖台架配凿岩机具。自制开挖台架的尺寸和所配凿岩机具的数量根据隧道开挖或分部开挖断面大小确定；凿岩机具一般选择风动凿岩机，也可根据具体情况选择电钻或液压钻；当需要打大直径超深孔，还需选择风、电联合动力的简易潜孔钻机。

7.3.2 长大隧道且独头掘进特长的作业口，且隧道围岩地质好，开挖设备选择臂式凿岩台车。在中小型隧道断面、独头掘进特长的硬质围岩隧道中，臂式凿岩台车有其无可比拟的优势，其臂数虽不多，但钻进速度快，一次钻进深度大，可实现单循环、大进尺快速掘进。

7.3.3 对于围岩级别高、存在多处不良地质的隧道，尽管独头掘进长，甚至特长，建议仍采用自制开挖台架配凿岩机具钻爆。因为人工钻爆开挖具有极强的适应

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性和灵活性，可适应不同的开挖断面和分部开挖方案，可视具体情况增减凿岩机具数量，就位灵活、快速、机动。

7.3.4 采用臂式凿岩台车使用的变压器直接跟在台车尾端；使用人工钻爆设备，最好采用移动式电动空压机提供风动力，避免接管既废时间，又有风损；当隧道掘进超过500m，还需持续掘进500m以上，建议每隔500m进尺移动一次变压器，实施高压进洞供电。

7.3.5 隧道无轨运输开挖，有供电条件，一般不采用内燃空压机提供风动力。 7.4 装碴设备

7.4.1 扒、装碴设备种类较多，配备根据总体进度安排确定的循环进尺和装碴作业时间来确定，在考虑与挖、运设备配套的前提下，需考虑尽快为开挖创造作业面。

7.4.2 中、短长隧道或长大隧道中、短独头掘进作业口的扒、装碴设备一般配备为：（长臂）挖掘机找顶、扒上导坑碴和清底，正装侧卸装载机装碴。所配设备的型号和数量根据隧道开挖断面或分部开挖断面尺寸以及施工进度要求确定。比如，标准双车道高速公路隧道全断面开挖，掌子面可配备两台3m3正装侧卸ZL40装载机，轮流装碴。该类设备配备的特点是灵活性好，可根据开挖断面和进尺配置多台同时作业，但采用的是内燃动力，掘进超过一定深度后，对作业环境影响较大。

7.4.3 长大隧道且独头掘进特长的作业口的扒、装碴设备可考虑采用挖装机或电动铲运机、矿用装载机等。挖装机具有扒、装碴能力强、速度快，可使用电力驱动，适应性好、对作业环境影响较小的特点；电动铲运机作业能力相对挖装机小，但同样因使用电力驱动，对作业环境影响较小；矿用装载机装碴作业也是具有对作业环境影响较小的特点。 7.5 出碴运输设备

7.5.1 除用人工出碴施工的隧道外，无轨运输的出碴设备都选择轮式燃油自卸汽车。因其类型较多，可以通过比较其性、价比采用购买或租赁。

7.5.2 采用何重规格、型号的出碴车辆，需根据隧道断面或分部开挖断大小，隧道长度、纵坡及通风难易程度，以及需要的出碴能力等因素综合来确定。尤其需根据正常的开挖循环出碴量、弃碴运输距离和便道通行条件等综合来确定出碴车辆配备数量。仔细考虑清楚隧道内非出碴工序时，这些运输设备的闲置利用。

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7.5.3 独头掘进较深的隧道（一般指超过1km），运碴作业需选定工作性能非常良好的设备，保证机械燃油充分。 7.6 其它支护和二次衬砌设备配备

7.6.1 其它支护和二次衬砌设备配备以满足隧道施工需要的原则，灵活、机动配备，但需保证设备在隧道中停放、使用以不影响运输车辆的通行。

7.6.2 喷射砼设备宜采用湿喷机，以降低喷射砼作业的粉尘，减小通风压力，改善隧道内的施工作业环境。 7.7单个开挖面主要机械配备如表

根据机械工作能力和实际工作量，单个开挖面主要机械配备如表2。

表2 隧道单个开挖面无轨出碴机械设备配备表

序号 类型 五十铃 韩国现代R210LC-3 柳工ZL50C 东风3092F、斯太尔 解放141 YT220 解放132 SDF（C）11 规格型号 单位 数量 辆 台 辆 台 台 辆 台 座 5 7.2 m/辆 33性能 1 混凝土运输车 2 挖掘机 3 装载机 4 运输车辆 5 运输车辆 6 推土机 7 工具车 8 轴流通风机 9 洒水车 10 仰拱栈桥 台 1 2.0 m 2 侧翻式，每斗2.3 m 2 5T载货汽车 1 1 2 2*55kw 1 1 3辆 5 -10 15～20T自卸汽车 8质量控制 8.1易出现的问题

无轨运输施工通风好坏直接关系到施工方案的成败。无轨运输通风量主要是以稀释内燃机废气来控制，而单线长隧道其断面小，采用无轨运输，通风难度大。若硐室内通风效果不好，容易造成洞内空气污浊，施工环境差的局面。

无轨运输对隧道内交通运输组织要求高，道路是否通畅，对于确保运输效率，提高出碴效率有很大影响。 8.2保证措施

8.2.1由于洞内采用无轨运输方式，机械和运输车辆多，排烟量大，加之洞室长，必须解决好洞内通风问题；

8.2.2合理设置会车道，解决运输车辆的会车问题；

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8.2.3建立信息化的通讯调度系统，合理调节机械车辆，保证运输主通道畅通无阻；

8.2.4保证排水沟通畅，保持路面平整，随时清走障碍物，遇堵车时指挥车辆疏通，创建良好的路况。 9安全措施

9.1主要安全风险分析

无轨运输要注重洞内粉尘、车辆碰撞、高空落物等安全风险的评估，提出相应的风险处理措施，编制施工应急预案。 9.2保证措施

9.2.1严禁司机开快车、疲劳驾车、酒后驾车。

9.2.2必须定期对机械车辆进行检查，故障车辆不得进洞。

9.2.3保证洞内有足够的照明度，以增强洞内的通视距离。在拐弯处设反光镜, 以利于来往车辆通视。

9.2.4在特殊地段挂设警示牌。例如在整体衬砌台车处提示车辆慢行；在会车道处挂醒目的标志；在紧急停车带前后挂提示牌等限速标志。

9.2.5洞口、各喇叭口的值班人员必须认真负责, 掌握和指挥好来往车辆的通行, 严防交通事故和堵车。

9.2.6加强机械设备的保养, 保证机械设备的完好率。

9.2.7对洞内线长、陡坡、弯急处，宜每600m左右设一紧急避险洞，以防突发事件。

9.2.8加强施工通风，通风设备效率要高、性能要好, 具有长距离供风的能力，能保证洞内必要的能见度。

9.2.9 对于长大斜井，为了防止重车下坡溜车，在斜井每隔一定距离设置防撞设施，确保行车安全。 10环保措施

10.1结合成本, 选择排烟量小的机械设备，安装废气净化器，从源头上减少废气的排放量，达到节能和环保的要求。

10.2加强通风和洒水降尘作业，以减少机械动力燃油对空气污染及人体伤害。 10.3做好洞内外文明施工，创造良好的施工环境。

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11 应用实例 11.1工程简介

贵州镇宁至胜境关高速公路槽箐头隧道为上下行分离四车道高速公路特长隧道，左幅隧道长3810m，右幅隧道长3790m。隧道进口位于不设超高的单曲线上，出口位于直线上。左幅隧道为0.83%下坡，右幅隧道为0.82%下坡。隧道净跨11m、净高7.5m，全隧道设6处紧急停车带，净跨14m、净高8m。全隧道共安排左、右幅进、出口各一个作业面（共四个作业面）平行作业，采用钻爆法施工，无轨运输。 11.2施工情况

该隧道于2004年11月开工，12月底进入正洞施工。2006年11月28日左幅隧道贯通，12月底完成二次衬砌；2007年3月底右幅隧道贯通，5月中旬完成二次衬砌。隧道施工策划时，考虑隧道断面较大，纵坡较小，独头掘进深度一般不会不超过2km，自然决定采用无轨运输施工。单口钻爆设备主要采用自制加工的全断面开挖钻爆台架，配备22台YT-28风动凿岩机，4台22m3座式电动空压机（中间移进了隧道）；装碴设备配备2台ZLC40B正装侧卸装载机和1台PC200挖掘机；运输设备采用6台12t自卸汽车，出碴时间3.5～4.0h。 11.3工程结果评价

1 考虑到隧道独头掘进深度还是比较大，对挖、装、运设备配备进行了较严格的选型，以满足施工能力为前提，充分考虑燃油设备的新旧程度对隧道施工作业环境的影响，掘进很深时尽可能选择新设备，燃油充分的设备，并在燃油中添加了“TY型燃油添加剂”，从而降低了装运设备尾气排放的油烟等有害气体浓度，减小了通风难度。

2 隧道进、出口地质条件差异导致出口端独头掘进达2600m，出口端掘进至1800m后，仅靠压入式通风已无法排出烟尘。通风方案调整为左、右幅隧道分别作为排风和进风巷道，采用大功率射流风机接力，并在巷道连通处采用轴流风机排烟，才解决这一问题。为解决左、右分幅隧道长距离通风问题提供了一个范例。 11.4建设效果及施工图片

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图2 出渣装载机

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