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標工程主要工程項目：進洞支洞長3.64 km，坡度6.5%，其中采用雙護盾掘進機施工3.033 km；隧洞開挖直徑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20.3 km，坡度1/2500，采用雙護盾掘進機施工，隧洞開挖直徑、襯砌方式和回填灌漿同進洞支洞TBM施工段相同。采用雙護盾掘進機施工段總長達24 km。

山西省中部引黃工程TBM2標項目中針對大坡度、長距離、小洞徑隧洞中使用的是DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車（見圖1），具體性能參數(shù)見表1；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車主要是牽引有軌列車編組安全、可靠地往洞內(nèi)洞外來回運送管片、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

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

2 施工運輸主要問題、難點

2.1 隧洞空間小，對車輛及附屬設(shè)施布置困難

采用雙護盾掘進機施工管片襯砌后的洞徑為4.3m，布置完連續(xù)皮帶機、風(fēng)筒、電纜、水管后，DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車的外形尺寸最大只能為：寬1.4 m、高1.8 m；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車布置示意圖見圖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，決定了該車的寬度不能大于1.4 m，高度不能大于1.8 m。國內(nèi)外現(xiàn)有車輛都無法滿足需求，配套該項工程需要更加小型化車輛?，F(xiàn)有機械驅(qū)動車輛由于車橋、變速箱等零部件的限制，車輛內(nèi)部布局困難，高度與寬度尺寸無法滿足要求。而液壓驅(qū)動具有易布局、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可以滿足車輛外形要求，所以，采用與現(xiàn)有機械式牽引車完全不同技術(shù)構(gòu)成的液壓驅(qū)動式膠輪牽引車成為必然選擇。

2.2 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車的編組

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

最大牽引列車編組，進洞負載：1人車（滿載）+1豆礫石車（滿載）+3平板車（滿載）+4管片牽引車（滿載），編組總重：105 t，編組長度 46.03 m；

最大牽引列車編組，出洞負載：1人車（滿載）+1豆礫石車（空載）+3平板車（空載）+4管片牽引車（空載），編組總重：45 t，編組長度 46.03 m；DCY40 軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車在牽引編組長度達46m、載重達105t，編組情況見圖3。

2.3 技術(shù)難點

在這樣的編組情況下需要解決以下幾個技術(shù)難點：

圖3 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車編組情況

1）長編組的導(dǎo)向問題

編組后，形成長度46 m，全列總重105 t的列車組，運行于全程6.5%的坡度上，列車的運行安全成為關(guān)鍵技術(shù)。為防止脫軌，采用洞外頂推進洞的列車運行方式，重載下坡過程中，由于重力作用，各節(jié)車實際不需外力即可自由滑行，此時該列車中的所有車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。運行中，利用DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車自身摩擦系數(shù)大、制動能力強的特點，使列車組始終處于可控的重力滑行狀態(tài)，此時，整車運行穩(wěn)定，不易脫軌。制動時，首先是DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車制動有效，順序延時至其后各車體，以保證不因制動（尤其是緊急制動）帶來的車組縱向沖擊造成列車脫軌。

2）重載編組在大坡度下的駐車問題

車組采用DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車加普通車體的編組模式，重載下坡時，制動必須滿足整車在坡道上的可靠停車。運行的車輛停車過程必然是由減速（行車制動）和完全停止（駐車制動）這二個階段組成。本項目中，由于列車運行在6.5%的大坡道上，重力所帶來的自然加速是制動系統(tǒng)要解決的首要問題，為此，DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車設(shè)置了非摩擦的液壓緩速系統(tǒng)，該系統(tǒng)為DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車提供一個穩(wěn)定的制動扭矩，這個制動扭矩是由行車電腦控制，其大小與列車由于重力作用所要產(chǎn)生的加速扭矩相當，保證列車坡道運行中不需頻繁操縱制動系統(tǒng)即可以設(shè)定的穩(wěn)定速度運行。利用調(diào)整緩速系統(tǒng)可調(diào)的設(shè)定值，即可實現(xiàn)車輛的減速。必要時，還可操縱行車制動系統(tǒng)使車輛減速，該行車制動系統(tǒng)由作用于DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車的液壓制動和作用于被牽引車鋼輪的空氣制動系統(tǒng)組成，通過駕駛員操作，由液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)作用于相應(yīng)車輪上。因為鋼輪摩擦系數(shù)小、制動效能低，所以，列車制動以膠輪牽引車為主，被牽引車空氣制動為輔。為保證運行穩(wěn)定，列車設(shè)定了從DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車開始至最末端車體的順序制動功能，該套制動系統(tǒng)滿足了全列重載制動需要，達到制動距離要求。減速過程完成后，此時列車速度雖然為零，但由于尚在坡道上，一旦解除制動，必然在重力作用下滑行，此時，打開駐車開關(guān)，駐車系統(tǒng)將起到使列車可靠停止在坡道上的作用。列車的駐車制動功能與行車制動相同點是作用在相同的輪組上，不同點是駐車制動是彈簧作用，無需動力，所以，駐車制動系統(tǒng)也可用在車輛失去動力時的應(yīng)急制動。

3）長編組、重載編組在上下坡的行駛速度問題

下坡時，列車重載存在極大的安全風(fēng)險，除了考慮制動系統(tǒng)外，運行速度的控制也是必不可少的環(huán)節(jié)。制動系統(tǒng)可保證列車在一定的初速度下達到技術(shù)規(guī)范要求的制動距離，因為制動距離與初速度成平方關(guān)系，所以初速度提高，必將大大提高制動距離。另外，還需綜合考慮駕駛員人為因素、制動系統(tǒng)、路面條件、環(huán)境條件等各方面因素，確定一個合理的運行速度是工程應(yīng)用的一個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。車速與安全即效率的關(guān)系存在顯而易見的相對關(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，由于無可參照案例，僅能根據(jù)以往普通列車應(yīng)用于其它工程的經(jīng)驗，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)計司機工作時的精神壓力較大，存在較大的人為操作失誤可能；避險空間小，隧道內(nèi)工作人員和設(shè)備的安全必須得到保證；再結(jié)合制動系統(tǒng)制動扭矩參數(shù)，綜合對比分析后，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標應(yīng)用檢驗，該速度即滿足了安全要求，又充分保證了工程施工進度需要，為國內(nèi)外同類型施工積累了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

3 DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車在本項目解決的主要問題

1）停得住。在大坡度、長距離支洞運輸行駛中，重載下坡車輛在一定行駛速度下，隨時能夠在安全距離內(nèi)停得住，同時制動須有效、可靠。

2）駐得穩(wěn)。在大坡度、長距離支洞運輸停車時，能夠駐車穩(wěn)定、不溜車。

3）行得暢。運輸車輛及編組在大坡度、長距離掘進運輸時，須運輸通暢，進入后配套臺車便捷、暢通，在主洞掘進時，運輸機車的轉(zhuǎn)換應(yīng)安全、方便、調(diào)度合理，長距離運輸?shù)倪\輸錯車安全。

4 結(jié)語

TBM每個循環(huán)1.4 m，每兩個循環(huán)出一次渣,掘進機每個循環(huán)的時間為22 min；DCY40軌道導(dǎo)引式膠輪牽引車每次可以向洞內(nèi)運輸兩個循環(huán)的材料，運輸?shù)蕉磧?nèi)工業(yè)廣場只需32 min，而且在TBM檢修時間，洞內(nèi)工業(yè)廣場可以存放三個編組的材料，也就是TBM掘進6個循壞所需的材料，材料運輸方面完全能夠保證TBM施工掘進的需求；而且在中部引黃TBM2標項目上，單日最高掘進記錄達到76 m。

在國內(nèi)外采用雙護盾TBM法對大坡度、長距離、小洞徑的斜洞施工運輸無經(jīng)驗可借鑒，渣土、材料物資和人員問題都存在安全隱患；目前國內(nèi)這種大坡度、長距離、小洞徑的斜洞采用雙護盾掘進機施工的項目越來越多；類似大坡度、小洞徑的隧洞施工也越來越多，施工中需要運送大量物資材料，這種安全、可靠的物流運輸也越來越重要。