输水隧洞施工错车洞设置研究

徐明

摘要:本文以国家规划建设的172项重大水利工程-珠江三角洲水资源工程土建工程D2标钻爆隧洞施工为例,对输水隧洞开挖施工过程中如何设置错车洞进行分析研究,从错车洞设置间距对施工成本、工期的影响方面进行分析，寻求最优的间距设置,从而为类似工程的施工提供宝贵经验。

关键词：输水隧洞；间距设置；工期成本

1.工程概况

珠江三角洲水资源配置工程土建施工D2标为深圳分干线罗田水库至公明水库段的一部分。该标段起点为位于深圳市罗田水库的输水隧洞进口，终点为深圳市光明新区楼村SZ02#工作井。

钻爆隧洞总长6.95km（桩号SZ0+000.000～SZ6+954.141），开挖支护施工划分为4个作业面，分别为罗田进口至检修支洞（桩号SZ0+000.000～SZ1+436）、检修支洞至罗田进口（桩号SZ1+436～SZ3+910）、检修支洞至SZ29#工作井（桩号SZ3+910～SZ6+170）、SZ29#工作井至检修支洞（桩号SZ6+170～SZ6+954.141）。断面尺寸约6m×6m，城门洞型，采用钻爆法开挖。

根据勘察钻探揭露，结合区域收集到的沿线既有工程资料，场地范围内上覆第四系全新世人工填堆填层（Q4ml）、全新世冲洪积层（Q4 al+pl）、残积层（Qel）。沿线基岩分布主要为中元古代长安组(Pt2c)石英岩、花岗片麻岩和侏罗系下 统金鸡组(J1j)粉砂岩、细砂岩，其中SZ2+659～SZ8+220为金鸡组砂岩，两端为中元古石英岩及花岗片麻岩，两者为不整合接触。根据钻探揭露和地表地质测绘，线路上基岩按风化程度划分为(Ⅴ)全风化带、(Ⅳ)强风化带和(Ⅲ)弱风化带，局部少量(Ⅱ)微风化带。

2、设置目的、原则

（1）设置目的

结合现场实际施工情况，设置错车洞的主要目的如下：

1）钻爆隧洞施工线路较长，洞内净宽5.7m，无法满足双向错车及车辆洞内调头要求，导致出渣车进入隧洞时只能由洞口倒车至掌子面，同时由于无法错车，每次仅允许单辆车进入，其他大型车辆、设备无法同时进入，严重制约施工进度，合理设置错车洞可缩短出渣运输时间、提高出渣效率加快施工进度；

2）钻爆隧洞爆破施工时，施工设备需撤出工作面，合理设置错车洞可以为设备提供临时存放点，缩短设备倒运距离，加快施工进度。

（2）设置原则

考虑缩短出渣车辆洞内运输错车及调头时间、尽量减少爆破施工时设备倒运距离，同时为了保证施工安全，错车洞位置尽量选择在围岩类别较好部位。

3、错车洞间距确定

（1）单车循环时间

以本工程钻爆隧洞掘进距离最长段（2km）检修交通洞处为例计算：

主要参数：t₁—进洞正常行驶时间,行驶速度按20km/h；

t₂—调头、倒车至掌子面时间，倒车行驶速度5km/h；

t₃—自卸汽车进入装料点的对位时间,根据实际情况取2min；

t₄—装渣时间,根据实际情况取8min；

t₅—出洞行驶时间，行驶速度按20km/h；

t₆—卸车时间,根据实际情况取1min。

以倒车位置距掌子面距离不同计算单车循环时间T=t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆,计算如下表：

表3-1 不同位置设置错车洞行驶时间参数统计表

倒车点距掌子面距离（m）	t1(min)	t2(min)	t3(min)	t4(min)	t5(min)	t6(min)	T(min)
100	5.7	1.2	2	8	6	1	23.9
200	5.4	2.4	2	8	6	1	24.8
300	5.1	3.6	2	8	6	1	25.7
400	4.8	4.8	2	8	6	1	26.6
500	4.5	6	2	8	6	1	27.5

根据计算结果，错车洞距离不同，单车每循环出渣时间不同。结合实际情况，出渣时从第2辆车开始行驶至距掌子面最近一处错车洞时，需等待前一辆车出洞并经过该错车洞时再倒车进入，渣车出洞由掌子面至最近一个错车洞位置所需时间为t₇，最小等待时间T_停=t₂+t₃+t₄+t₇计算如下表：

表3-2 出渣车停车等待时间参数统计表

倒车点距掌子面距离（m）	t2(min)	t3(min)	t4(min)	t7(min)	T停(min)
100	1.2	2	8	0.3	11.5
200	2.4	2	8	0.6	13
300	3.6	2	8	0.9	14.5
400	4.8	2	8	1.2	16
500	6	2	8	1.5	17.5

（2）出渣计算

隧洞单个掌子面每循环出渣车次为：n=Q/（qK₁K₂）

式中：Q—计划生产量,m³；

q—汽车载重量,6.5m³；

K₁—汽车吨位利用系数，取1.1；

K₂—时间利用系数0.9。

根据实际情况，检修交通洞工作面钻爆隧洞每循环进尺3m，每米出渣自然方30.17m³，自卸车每车拉渣量约为自然方6.5m³，出渣车次为：

n=（31.07×3）/（6.5×1.1×0.9）=15

由于洞内空间有限，出渣完成后采用挖机进行排险及开挖面清理，挖机排险完成后退至最近一处错车洞存放，不同错车洞间距挖机行驶时间为t₈，挖机行驶速度2.2km/h。每循环出渣时间（包括排险时间）T_总=T+（n-1）×T_停+t₈，不同错车洞间距计算结果如下：

表3-3 不同位置设置错车洞每循环出渣时间统计表

倒车点距掌子面距离（m）	T(min)	T停(min)	t8(min)	n	T总(h)
100	1.2	2	8	0.3	11.5
200	24.8	13	10.9	15	3.6
300	25.7	14.5	16.4	15	4.1
400	26.6	16	21.8	15	4.5
500	27.5	17.5	27.3	15	5.0

（3）错车洞设置增加的费用对比情况

1）设置错车洞导致增加的工程量

以本工程为例，每增加1个错车洞，额外增加的工程量及成本情况计算如下：

表3-4 增加错车洞导致增加的成本（单个错车洞）

编号	项目名称	规格型号	单位	工程量	单价（元）	总价（万元）
1	石方开挖	石方	m³	511.32	189.17	9.67
2	石方外运	石方	m³	511.32	140.04	7.16
3	表面喷砼	C25	m³	22.44	1032.05	2.32
4	锚杆	C22，L=4.5m	根	32	157.43	0.50
5	钢筋网	φ8@200*200	t	0.15	5318.96	0.08
6	洞渣料回填		m³	488.88	23	1.12
7	合计					20.86

2）以本工程最长段2km为例，按每500m设置一处错车洞、每天开挖进尺6m（2个循环）计算，工期为333天，工期每提前1天可节约人工及设备费用约2.3万元（人工费：40人×300元=12000元，设备费：11000元）。不同间距设置错车洞，增加错车洞数量导致成本增加及缩短工期节约成本对比情况如下表：

表3-5 增加错车洞导致工期缩短及成本增加情况统计表

序号	错车洞间距（m）	每循环出渣时间（h）	工期	工期优化节约成本（万元）	错车洞数	设置错车洞增加成本（万元）	增加成本（万元）
1	100	3.2	212	279.84	20	417.14	137.31
2	200	3.6	242	209.88	10	208.57	-1.31
3	300	4.1	272	139.92	7	139.05	-0.87
4	400	4.5	303	69.96	5	104.29	34.33
5	500	5.0	333	0	4	83.43	83.43

4、结论

综上所述，本工程当采用每200m设置1处错车洞时较每500m设置一处，出渣效率提高27%，且基本不增加成本，当采用每100m设置1处时增加的成本较多不经济，因此考虑现场按200m设置一处错车洞。

通过分析研究，考虑到工程地质、结构的复杂性，施工设备多样性，实际施工时可结合工程实际情况，调整各项参数得出错车洞设置最优间距，此项研究适用于各种类似工程隧洞施工。

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