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1、地铁盾构法施工轨道运输系统方案 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 土压平衡盾构法施工的运输系统配置方案，涉及到与盾构机能力匹配及施工进度、一次配置成本或长期使用成本、对本标段或今后不同标段的适用性、以及施工管理的易操作性等问题。盾构机如要达到较高的施工进度需配置强大的施工运输系统，如要取得高的施工效益需配置最佳的施工运输系统。运输方案应在两者之间试选择合适的平衡点。目前，国内盾构法施工的运输系统基本上均采用有轨运输方式（泥水机弃碴由泥浆输送系统运输，
2、但管片、砂浆、钢轨及其他材料等仍需有轨运输系统）。运输系统的主要参数与隧道坡度、工程进度要求、盾构机型号及参数有关，也与施工单位的管理方式有关。前者是必须满足的必要条件，后者是可综合考虑的相关因素。地铁盾构法施工的场地特点地铁盾构法施工的场地特点 一般来说，地铁车站就是盾构机的始发点。地铁车站主框架施工完毕后，盾构机开始在车站里面组装始发。盾构机施工期间，车站主框架要为盾构机设一安装井，同时也作为出渣井。有时除安装井外还专门另设出渣井。施工运输包含了水平运输和垂直运输两大部分。轨道运输系统设备组成轨道运输系统设备组成由提升门吊、门吊上的翻转倒碴装置（或固定在地面上的翻转倒碴装置）、门吊轨线、地
3、面渣仓等组成垂直运输系统。包括组成垂直运输系统。包括渣土的垂直运输及管片、材料垂直下放运渣土的垂直运输及管片、材料垂直下放运输。输。由牵引机车、碴土运输车、沙浆运输车、管片运输车及轨线组成水平运输系统组成水平运输系统。编组列车如上图所示，管片运输车在前方，列车进入盾构机后配套系统时，刚好使管片运输车位于管片吊机下方。管片运输车前面不能有其他车辆，否则会防碍管片的吊卸。其次紧跟沙浆运输车，进入时恰好位于盾构机注浆罐附近。再次为渣土车，机车在最后。由钢轨、轨枕、浮放轨组成隧道运输轨线，组成隧道运输轨线，轨线可以是单线、四轨三线或复合式轨线。2.32.3轨轨道运道运输输系系统统循循环过环过程程 如图
4、所示：编组列车进入隧道时，管片运输车、砂浆运输车为重车，将管片和砂浆和其他材料运进，运渣车为空车。驶出隧道时管片运输车、砂浆运输车为轻车，运渣车为重车，将渣土水平运出。列车到达洞口地出渣井后，提升门吊把渣车车箱吊离渣车底盘到达地面相应的高度后，车箱随门吊小车横移到渣仓纵方向位置，再随门吊大车移动到渣仓横向位置，利用设置在门吊上的翻转机构，随着吊钩地下落，车箱及渣土利用重心与转轴的不平衡而翻转卸渣。卸碴的总体布置与场地布置有很大的关系，根据出碴井与碴坑各自的位置，门吊的行走方向有的顺着出碴井，有的横着出碴井。有的翻碴装置在门吊上随门吊移动，有的固定在碴坑上。基本上取决于场地。所以在确定方案之前，
5、首先要完成场地布置，才能确定门吊的主体结构和翻碴装置结构进行采购和制造。有轨运输方式的优点有轨运输方式的优点 有轨运输方式的优点是适用性强，能把从泥浆（指的是含水较多的渣土）到砂砾和卵石等各种类型的盾构机切削出来的碴土运出。把管片、背衬浆料，各种材料运进。能适应各种区间隧道长度，系统本身采用的工业技术及产品也极为成熟可靠。目前，国内的土压平衡式盾构法施工的运输系统均采用轨道方式。工程施工进度要求和配置成本工程施工进度要求和配置成本 施工运输系统的能力肯定和首先要满施工运输系统的能力肯定和首先要满足工程施工进度要求，在此前提下，配置足工程施工进度要求，在此前提下，配置成本有不同的考虑：成本有不同
6、的考虑：A、完全按本工程施工进度的要求来考虑。这时又有两种可能：一是运输系统的投资在本工程中完全摊销（例如：盾构机是租用的或其他原因），运输系统设备在满足可靠性和进度的前提下，技术等级和使用寿命仅考虑本工程需要以使成本最低。二是投资在本工程中不完全摊销，设备的技术等级和使用寿命须适当考虑后续工程的需要。B、系统技术等级和配置成本、系统技术等级和配置成本 施工运输系统设备的技术等级不同也影响配置成本。但技术等级低一般会导致系统的可靠性低。由此在施工中带来的损失往往比节省的配置成本大得多，因此建议适当考虑运输系统设备的技术等级。系统标准化系列化要求系统标准化系列化要求如果本公司其他的盾构机已经进行
7、了施工运输系如果本公司其他的盾构机已经进行了施工运输系统的配置，那么本工程的施工运输设备配置的型统的配置，那么本工程的施工运输设备配置的型号规格最好与原有的设备相同。除非原有的设备号规格最好与原有的设备相同。除非原有的设备不合理需要改换。不合理需要改换。如果本公司初始进入盾构法施工领域，则应综合如果本公司初始进入盾构法施工领域，则应综合考虑配置适当规格的设备，并作为本公司盾构法考虑配置适当规格的设备，并作为本公司盾构法施工的施工的通用通用通用通用或或标准化标准化标准化标准化设备设备，对公司长期的技术、对公司长期的技术、管理、成本都有好处。管理、成本都有好处。轨线制选择轨线制选择四轨三线制轨线四
8、轨三线制轨线四轨三线制轨线四轨三线制轨线 采用四轨三线制四轨三线制时，由于隧道空间所限，一般采用762mm轨距，左右线分别为重车和轻车运输线。在盾构机后配套后部设一双开道岔浮放轨，可由盾构机或由机车拖移。通过浮放轨，列车可在由两根内轨组成的中线进入盾构机后配套内部。优点：优点：优点：优点：1 1）由于左右两线的运输互不干涉，运输是连续）由于左右两线的运输互不干涉，运输是连续 的，与区间隧道的长度无关。不管区间隧道的，与区间隧道的长度无关。不管区间隧道 长度是长是短都能适应。长度是长是短都能适应。2 2）编组列车的容量和编组列数受运行因素的影）编组列车的容量和编组列数受运行因素的影 响较小，配置
9、的灵活性大。响较小，配置的灵活性大。3 3）列车调度较为灵活，易于应付突发性故障和）列车调度较为灵活，易于应付突发性故障和 事件。事件。4 4）工序适应性较强，当工序临时变动或脱节时，）工序适应性较强，当工序临时变动或脱节时，便于临时调度。便于临时调度。缺点：缺点：轨道需要量增大一倍，轨枕要求的长度长，需要量大。单线制轨线单线制轨线列车直接进入盾构机后配套。优点：优点：1）钢轨需要量少。轨枕材料需要量少。2）轨面标高低，有利于盾构机后配套设备 布置。3）列车运行管理较为简单。缺点：缺点：1）只适用于短区间隧道施工。否则列车运 行的脱节将会使盾构机掘进发生停机等 待。因此，单线制轨线一般只用于区
10、间 长度为2000米以下的隧道的出碴运输。2）不利于应付突发故障和事件。3）工序的适应性差，当工序脱节时，难以 临时调度弥补。复合式轨线复合式轨线主运输轨线仍为主运输轨线仍为单线制轨线单线制轨线单线制轨线单线制轨线，在后配套后部设两，在后配套后部设两副浮放双开道岔组成会车点。当隧道特长时在隧副浮放双开道岔组成会车点。当隧道特长时在隧道中部可增设双线会车点，可以是固定的或可移道中部可增设双线会车点，可以是固定的或可移动式的。会车点间隔距离根据运输系统诸参数计动式的。会车点间隔距离根据运输系统诸参数计算确定。既节省钢轨和轨枕材料又满足特长盾构算确定。既节省钢轨和轨枕材料又满足特长盾构区间施工运输需
11、要。当隧道区间长度短时，区间施工运输需要。当隧道区间长度短时，复合复合复合复合式轨线式轨线式轨线式轨线相当于相当于四轨三线制轨线，四轨三线制轨线，四轨三线制轨线，四轨三线制轨线，利用盾构机掘进利用盾构机掘进时间，另一组空的编组列车可驶入在后配套后部时间，另一组空的编组列车可驶入在后配套后部等待。等待。复合式轨线制复合式轨线制复合式轨线制复合式轨线制兼有兼有单线制轨线单线制轨线单线制轨线单线制轨线和和四轨三线制轨线四轨三线制轨线四轨三线制轨线四轨三线制轨线的优点。的优点。渣土运输车容量选择渣土运输车容量选择 在影响垂直运输系统能力的所有因素中，唯在影响垂直运输系统能力的所有因素中，唯一没有选择余
12、地的是门吊的提升速度。重物在自一没有选择余地的是门吊的提升速度。重物在自由状态下提升的速度一般不超过由状态下提升的速度一般不超过30M30Mminmin，大车，大车小车运行速度一般为小车运行速度一般为202030M30Mminmin左右。根据门左右。根据门吊的提升速度、大车小车的运行速度的计算，每吊的提升速度、大车小车的运行速度的计算，每台门吊每天的极限提升循环车数约为台门吊每天的极限提升循环车数约为120120车。因此，车。因此，渣车容量的大小成为制约垂直运输能力的因素，渣车容量的大小成为制约垂直运输能力的因素，渣车容量越大则垂直运输能力越大。渣车容量越大则垂直运输能力越大。编组列车容量和编
13、组列车数量选编组列车容量和编组列车数量选择择 采用采用四轨三线制轨线四轨三线制轨线四轨三线制轨线四轨三线制轨线时，每列车编组的容量时，每列车编组的容量和编组列车数量受运行因素的影响较少，可以采和编组列车数量受运行因素的影响较少，可以采用小容量多列编组列车方式，也可采用大容量少用小容量多列编组列车方式，也可采用大容量少列编组列车方式。列编组列车方式。采用采用单线制轨线单线制轨线单线制轨线单线制轨线时，每列车编组的容量和编时，每列车编组的容量和编组列车数量组列车数量受受受受运行因素的影响很大，一列编组列运行因素的影响很大，一列编组列车的容量最好满足一个掘进循环的渣量，单口至车的容量最好满足一个掘进
14、循环的渣量，单口至少配置两列编组列车。当编组列车的容量只能满少配置两列编组列车。当编组列车的容量只能满足半个掘进循环的渣量时，盾构机的一个掘进循足半个掘进循环的渣量时，盾构机的一个掘进循环中肯定会停机等待一次。环中肯定会停机等待一次。采用复合式轨线制复合式轨线制时，列车容量与数量的考虑介于四轨三线制四轨三线制和单线制轨线单线制轨线之间。列车运行持续速度选择列车运行持续速度选择 隧道坡度和机车持续速度对机车的粘重和功率即价格的影响很大。隧道坡度在工程参数确定后是无法改变的，但机车持续速度是可以选择的。从满足施工进度方面来说，机车持续速度越快越好。从降低机车价格方面来说，机车持续速度越低越好。根据
15、经验，地铁隧道施工的机车持续速度为8km/h、最高速度为15km/h时较为合适。运输系统的技术等级选择运输系统的技术等级选择 后配套运输系统的技术等级由系统诸多部分采用何种工业技术来评定。以机车为例：如选用蓄电池机车，则有直交变频机车和直流机车之分。建议采用具有较高技术等级的设备以提高运输系统的可靠性，并能降低系统的使用成本。渣土的松方系数和容重的确定渣土的松方系数和容重的确定 地质情况不同将导致松方系数差别较大，例地质情况不同将导致松方系数差别较大，例如：集团在广州越三区间隧道实测的松方系数达如：集团在广州越三区间隧道实测的松方系数达1.81.8，在南京地铁南北线一期工程玄武门南京站，在南京
16、地铁南北线一期工程玄武门南京站区间隧道实测的松方系数只有区间隧道实测的松方系数只有1.11.1弱，但后配套运弱，但后配套运输系统要适应多个盾构区间掘进，故一般按照输系统要适应多个盾构区间掘进，故一般按照1.51.5松方系数计算，如与实际不符则靠增减渣车数量松方系数计算，如与实际不符则靠增减渣车数量来解决。根据经验，不管松方系数如何，实际容来解决。根据经验，不管松方系数如何，实际容重多为重多为1.82.01.82.0吨吨/立方左右，这是因为当切削的立方左右，这是因为当切削的岩土粒度较大时，往土仓加的泥水填满了岩土的岩土粒度较大时，往土仓加的泥水填满了岩土的空隙。当切削的岩土粒度较小时，松方比较密
17、实，空隙。当切削的岩土粒度较小时，松方比较密实，与实方的重量差不多。与实方的重量差不多。运输能力计算和设备配置运输能力计算和设备配置 设以某一盾构区间为例进行计算、配置。设其工程参数为：盾构机切削直径：6300 mm 盾构区间长度：2000M 施工平均进度指标：360米/月管片宽度：1.2M 出渣井提升高度：20M 隧道坡度：30每循环渣量估算每循环渣量估算每循环松方渣量：G=R2B=3.143.1521.21.5=56立方米。-松方系数。每循环渣重估算每循环渣重估算 每循环渣重：562.0=112t 为了有足够的牵引力能力储备，容重系数按2.0计算。门吊每车次卸渣循环时间估算门吊每车次卸渣循
18、环时间估算 设：小车平均行走行程10M，大车平均行走行程10M，提升及下降平均速度8Mmin，小车行走平均速度12Mmin，大车平均行走速度20Mmin。每循环工序时间：10.2分钟12分钟（实测值）。门吊每工作日理论、实际极限卸碴车次门吊每工作日理论、实际极限卸碴车次每工作日理论极限循环车次为：24小时60分钟12分钟120车次每工作日实际循环车次设为：16小时60分钟12分钟80车次按门吊能力计算，不同容量渣车每工作日按门吊能力计算，不同容量渣车每工作日理论、实际垂直运输能力（环数）理论、实际垂直运输能力（环数）：由：环数=提升车次数渣车容量（立方米）/每环松方渣量（立方米）；得：渣车容量
19、11.514.518.5备注理论环数23.53038.524小时作业实际环数15.72025.716小时作业轨线制轨线制轨线制轨线制：设盾构区间平均运输长度：设盾构区间平均运输长度：2000M2000M。设采用设采用单线制轨线。单线制轨线。单线制轨线。单线制轨线。渣车容量渣车容量渣车容量渣车容量：已知施工平均进度指标为已知施工平均进度指标为360360米米/月（月（300300环），环），设每月掘进工作日为设每月掘进工作日为2525天，则每天应完成天，则每天应完成1212环。环。故根据上面的计算，选择故根据上面的计算，选择11.511.5立方米容量的渣车。立方米容量的渣车。列车容量列车容量列车
20、容量列车容量：采用每掘进循环渣量采用每掘进循环渣量由一列车运出由一列车运出由一列车运出由一列车运出方案，每列车方案，每列车渣车渣车渣车渣车数量为数量为5 5辆。辆。水平运输能力计算和设备配置水平运输能力计算和设备配置运输循环和列车数量运输循环和列车数量 根据实测，每循环平均掘进时间约为30分钟。每环管片平均安装时间为30分钟（熟练时）。循环总时间为60分钟。设：列车平均行驶速度为8km/h、得：掘进循环时间 掘进30分钟管片安装30分钟掘进30分钟管片安装30分钟第一列车循环 装渣30分钟驶出15 卸渣60分钟（含管片、沙浆装车）驶入15第二列车循环 卸渣60分钟（含：同上）驶入15装渣30分
21、钟驶出15接左格因此，单口区间隧道因此，单口区间隧道列车数量应为两列列车数量应为两列列车数量应为两列列车数量应为两列，才能满足盾构，才能满足盾构掘进循环的连续和不间断。掘进循环的连续和不间断。或者按照以下公式计算：或者按照以下公式计算：已知区间平均运输长度为已知区间平均运输长度为2000M2000M，列车平均行驶，列车平均行驶速度为速度为8km/h8km/h（其余见上表），由上表得出掘进（其余见上表），由上表得出掘进循环时间为循环时间为6060分钟，设为分钟，设为T1T1，列车循环时间为，列车循环时间为120120分钟（根据轨线制，如为单线制，当运距很长分钟（根据轨线制，如为单线制，当运距很长
22、时，可能会有等车时间，应包含在内），设为时，可能会有等车时间，应包含在内），设为T2T2，则满足主机掘进无待机时间时，列车的数量，则满足主机掘进无待机时间时，列车的数量，设为设为N N，应为，应为N NT2/T1T2/T1120/60120/602 2列。列。有时候算出来不是一个整数，但有不可能是有时候算出来不是一个整数，但有不可能是1.51.5或或2.52.5列，说明总体方案不合理，需要调整轨线制或列，说明总体方案不合理，需要调整轨线制或设中间浮放轨会车点。设中间浮放轨会车点。砂浆运输车和管片运输车砂浆运输车和管片运输车 每掘进循环渣量由一列车运出，因此每列车编组中包含一环管片背衬注浆量的6
23、立方米的砂浆运输车1辆。一环管片运输的管片运输车2辆。进度分析 1）取决于盾构机掘进和管片安装的循环时 间。循环时间短则月平均进度高。2）取决于盾构机有效的作业时间。3）取决于管片的宽度。因为对于1.2M和1.5M的管片来说，盾构机循环时间改变不多。4）取决于后配套运输系统的能力。如果运输系统的能力低则盾构机的能力不能发挥。因此，通过合理的运输方案设计是不可缺少的。盾构机月理论极限掘进能力：每月环数盾构机月理论极限掘进能力：每月环数=天数天数 每每天小时数天小时数/每循环时间每循环时间=3024/1=720=3024/1=720环。其中：环。其中：采用采用1.2 M1.2 M宽度管片宽度管片7
24、20720环环=864=864米，采用米，采用1.5M1.5M宽度宽度管片管片720720环环=1080=1080米。米。根据上述设计，本运输系统配置的水平和垂直运根据上述设计，本运输系统配置的水平和垂直运输的理论极限能力也均为输的理论极限能力也均为720720环环/月。月。可以看到，运输系统设备配置合理、盾构机有效可以看到，运输系统设备配置合理、盾构机有效作业时间足够时，盾构法施工的潜力很大。作业时间足够时，盾构法施工的潜力很大。配置的效益分析配置的效益分析 在技术管理、施工管理、资源管理基本到位的情况下，施工效益来自于进度。后配套设备配置成本的合理性在于能够满足平均进度指标要求并能保证系统的可靠运行。从而保证作为工程施工的最主要的收益之一的进度效益。否则会因小失大。