1、地 铁盾 构法 施工 轨道运 输系 统方 案优 化张 宁川(中铁隧道 股份有限 公 司 河南 新乡 )摘 要 介绍了 土压平衡 盾构法施 工的轨 道 运 输 系 统 配 置 方 案 及 选 择 原 则 : 兼 顾 配 置 成 本 的 合 理 性 和 设 备 运 行 的 可 靠 性 。在两者 之间选择 合适的平 衡点 。关键词 盾构机 施工运 输系统 设备配置部分 。1. 2 轨道运输 系统设备组 成 由 提升 门 吊 、 门 吊 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 面 渣 仓 等 组 成垂直运 输系 统 。 包 括 渣 土 的
2、 垂 直 运 输 及 管 片 、 材 料垂直下 放运输 。 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 。编 组 列车如图 1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 。引言目 前 ,国 内 盾 构 法 施
3、工 的 运 输 系 统 基 本 上 均 采 用有轨运 输 方 式 。 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 。 本 文 以 前 者 为 前提因 素 ,就 施工运输系 统的配置方 案进行探讨 。0盾构法 施工轨 道运输 系统的组 成11. 1 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
4、开 始 在 车 站 里 面 组装始 发 。 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 大图 1 盾构施工 轨道运输 系统 由 钢 轨 、 轨 枕 、 浮 放 轨 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 。1. 3 轨道运输 系统循环过 程编 组列车进入 隧道时 ,管片运输 车 、 砂 浆运输车 为重车 ,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
5、。 列 车 到 达 洞 口 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 动到渣仓上 方 ,利 用设置在 门吊上 的翻转机构 ,将车 箱翻转卸渣 。1. 4 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
6、内 的 土 压 平 衡 式盾构法 施工的运输 系统均采用 轨道方式 。2 运输方 案选择 需要考 虑的因 素a. 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 首先要满足 工程施工进度要 求 ,在 此前提下 ,配置成 本有不同的 考虑 : 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
7、投资在本 工程中 不 完 全 摊 销 ,设 备 的 技 术 等 级 和 使 兼 顾 以 后 的 工 程 预 计 施 工 进 度 要 求 来 考 虑 。由于施 工运输系统 往往随盾构 机继续在后 续工程中 使用 ,因此建 议施 工 运 输 系 统 的 能 力 要 兼 顾 后 续 工程施工 进度的需要 。b. 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 。c. 系 统标准化系 列化
8、要求 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 型号规 格最好与原 有的相同 。 除非原有的 设备需要改换 ; 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 法施工 的通用或标 准化设备 ,对公司 长期的技术 、 管理 、 成本都有好 处 。3 运输方 案的选 择与计 算实例3. 1 运 输系统 的 参数选择3. 1. 1 轨线制选 择a. 四 轨三线制轨 线采用 四轨三线制 时 ,由 于隧道空间 所限 ,一般
9、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 : 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 。 配置的 灵活性大 ,列车调 度较为灵活 ,易于应付 突发 性 故 障 和 事 件 。 工 序 适 应 性 较 强 ,当 工序临时 变动或脱节 时 ,便 于临时调度 。 缺点 :轨道 需要量增 大一倍 ,
10、轨枕要求 的长度长 ,需要量 大 。 轨 道型式如 图 2所示 。图 2 四轨 三线制方 式机掘进发 生停 机 等 待 。 因 此 ,单 线 制 轨 线 一 般 只 用b. 单线制轨线列 车直接进 入 盾 构 机 后 配 套 。 优 点 : 钢 轨 和 轨枕材料 需要量少 ;轨面标 高低 ,有利于盾构 机后配套 设备布 置 ;列 车运行管 理 较为简单 。 缺点 :只适用于 短区间 隧道施工 。 否则列车运 行的脱节将 会使盾构于区间长 度为 2 000m 以下隧 道的出碴 运输 ,不 利 于应付突发 故障和事件 ;工序 的适应性差 ,当工 序脱节 时 ,难以临时调 度弥补 ,轨道型式 如图
11、3 所示 。图 3 单线轨 制方式工运输需 要 。 当 隧 道 区 间 长 度 短 时 ,复 合 式 轨 线 相c. 复合 式轨线主 运 输 轨 线 仍 为 单 线 制 轨 线 ,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 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 数计算确 定 。 既 节省钢轨和 轨枕材料又 满足特长盾 构区间施当于四轨 三线制轨线 ,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 部等待 。 复 合式轨 线制兼有 单线制轨线 和四轨三线 制
12、轨线的优 点 。 如 图 4 所示 。图 4 复合 轨线制方 式态下提升 的 速 度 一 般 不 超 过 30m /m in,大 车 小 车 运 行 速度一 般为 20m /m in 3 0m /m in。 根 据 门 吊 的 提3. 1. 2 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 一没有选 择余地的是 门吊的提升 速度 。 重物 在自由状升速度 、 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 120 车 。 因 此 ,渣 车 容 量的大小 成为制约垂 直运输能力 的因素 。3. 1. 3 编组列
13、 车容量和编 组列车数 量 选择 采 用 四 轨 三 线 制 轨 线 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 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 。采 用 单 线 制 轨 线 时 ,每 列 车 编 组 的 容 量 和 编 组列车数 量受运行 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 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
14、个 掘 进 循 环 中 肯 定 会 停机等 待一次 。采 用 复 合 式 轨 线 制 时 ,列 车 容 量 与 数 量 的 考 虑介于四 轨三线制和 单线制轨线 之间 。3. 1. 4 列车 运行速度 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 。 根据经 验 ,地 铁隧道施工 的机车持续 速
15、度为 8 km / h、 最高速 度为 15 km / h时较为 合适 。3. 1. 5 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 。3. 1. 6 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 如 :中隧集 团 在 广 州 越 三 区 间 隧 道 实 测 的 松 方 系
16、数 达1. 8 ,在 南京地铁南 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 1. 1 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 1. 5 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 重 多 为程参数为 :盾构 机切削直径 : 6 300 mm;盾构 区间长度 : 2 000m;施工 平均进度指 标 : 360m /月 ; 管片 宽度 : B = 1. 2m; 出渣 井提升高度 : 20m; 隧道 坡度
17、 : 30 。a. 每 循环渣量估 算2 3每循 环松方渣量 : G = R式中 : 松方 系数 ;R 盾构机切削 半径 。b. 每循环渣重 估算B = 56m每循 环渣重 : 56 2. 0 = 112 t, 为 了 有 足 够 的 牵引力储备 ,容重 系数按 2. 0计算 。c. 门 吊每车次卸 渣循环时间 估算设 :小车和 大车平均行 程均为 10m ,提升 及 下 降 平均速度 8m /m in,小 车 行 走 平 均 速 度 12m /m in, 大车平均行 走速度 20m /m in。 每循 环工序时间 : 12m in (实测值 ) 。d. 门吊每工作 日极限卸碴 车次按每 日
18、工 作 24 h, 循 环 车 次 为 : 60 24 12 =120按每 日工作 16 h,循 环车次为 : 60 16 12 = 80 e. 门 吊垂直运 输 能力估算3 )由 :环数 =提 升 车 次 数 渣 车 容 量 (m /每 环3 )松方渣量 (m 得出不同的 渣 车 容 量 ,门 吊 每 天 的 生产能力 (环 数 )如表 1。表 1 不同渣车容 量对应的 门吊生产 能力渣车容 量 /m3 11. 5 14. 5 18. 5 备注理论 环数实际 环数23. 515. 7302038. 525. 724 h作业16 h作业f. 水平运 输 能力计算 和 设备配置 已 知盾 构 单
19、 口 区 间 隧 道 长 度 : 2 000m。 设 采 用单线制 轨线 ; 已 知 施 工 平 均 进 度 指 标 为 360m /mon ( 300环 ) ,设 每 月 掘 进 工 作 日 为 25 d, 则 每 天 应 完 成 12 环 。 故 根 据上述计算 ,选择 11. 5m3容 量 的 渣 车 即 可 满足施工 要求 ; 列 车 容 量 : 采 用 每 掘 进 循 环 渣 量 由 一 列 车 运 出方案 ,每列车 渣车数量为 5辆 ; 运 输循环和列 车数量 :根据实测 ,每循 环平均 掘进 时 间 约 为 30m in。 每 环 管 片 平 均 安 装 时 间 为30m in
20、(熟练时 ) 。 循 环总时间 为 60m in。 设 : 列 车 平3 31. 8 t /m 2. 0 t /m ,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 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 。3. 2 运输能 力计算和 设 备配置以 某一盾构 区 间 为 例 进 行 计 算 、 配 置 。 设 其 工均行驶速 度为 8 km / h,得出 进出场 (下 转 38 页 )开挖时 拱顶下沉较 大 ,下 台阶开挖时 拱顶下沉较 小 ,而周边 收敛上下 台 阶 相 差 不 大 ,
21、并 且 隧 道 开 挖 断 面 越大 ,其拱顶 下沉和周边 收敛也越大 ,因此 在大跨段上 、 下台阶施 工 时 应 缩 短 开 挖 进 尺 并 加 强 支 护 。 现 场采用 的主要措施 如下 : 根 据 理 论 分 析 及 现 场 实 际 测 试 情 况 ,在 断 面逐渐扩 大过程中 ,上 台 阶 开 挖 过 程 中 存 在 较 大 垂 直 位移 ,因此应 加强上台阶 拱部和墙脚 的初期支护 ,限 制下台 阶开挖时上 台阶的进一 步下沉 ,同时 ,上台阶 开挖完 成后 ,在中 部 采 用 圆 木 等 对 拱 顶 进 行 临 时 撑 顶 ,以增加结 构的安全性 ,上台 阶二次衬砌 拱脚增设
22、托粱 ,并在分 段灌 注 的 混 凝 土 之 间 增 设 纵 向 连 接 钢 筋 ,以提高结 构的整体性 和稳定性 ,改善结 构受力状 况 ,防止拱脚 部位下沉和 失稳 ; 控制台阶长 度和循环进 尺 ,及 时施作仰拱 ,封 闭支护 结构是改 善 结 构 受 力 、 抑 制 隧 道 变 形 的 有 效 途径 。 根据邓家湾 1 号 隧 道 施 工 的 成 功 经 验 ,分 步 开挖 各 个 掌 子 面 距 离 控 制 在 3m 5m 为 宜 ,如 果 中 槽超前 10m ,不 安全因素增 加 ,因此实际施 工中 缩 短 了中槽 的一 次 开 挖 长 度 。 循 环 进 尺 应 控 制 在 0.
23、 5m 1. 0m 之 间 ,上 台 阶 开 挖 完 成 后 ,应 尽 快 施 作 二 次 衬砌 ,防止初 期支护的变 形侵限 ; 二次衬砌在 各个施工阶 段不仅是作 为安全储 备 ,而且是极 为重要的承 载结构 ,施工中应 给予足够 重视 。7 结论 与 体会 邓 家 湾 1 号 隧 道 从 开 工 到 全 部 完 成 ,历 时 10个 月 ,平 均 每 个 月 完 成 25. 2m ,施 工 比 较 顺 利 和 正 常 ; 监 测 数 据 表 明 ,各 个 工 序 均 处 于 安 全 可 控 状 态 ,说明三线大 跨隧道设计 参数和施工 方案 、 施工工 艺及技术 措施是合理 的 ; 隧
24、道 施 工 及 监 测 资 料 证 实 ,对 于 比 较 软 弱 围 岩 ( 级 )地段的大 跨 隧 道 施 工 ,根 据 “短 进 尺 、 弱爆破 、 强支护 、 勤 量 测 、 早 封 闭 、 二 次 衬 砌 紧 跟 ”的 施工原则 ,采用 台 阶 法 先 拱 后 墙 的 施 工 方 法 对 于 加 快施工进 度是十分有 利的 ; 先 拱 后 墙 二 次 衬 砌 拱 脚 增 设 托 粱 ,在 分 段 灌 注的混凝 土之间增设 纵向连接钢 筋是增加结 构稳定 性和安全 性 、 解 决 大 跨 衬 砌 拱 脚 部 位 易 下 沉 的 一 种 有效方法 。参 考文献1 铁道 部第二勘 察设计 院
25、 . 铁 路 隧 道 设 计 规 范 TB10003. 北京 :中国铁 道出版社 , 2001作者简介 :郑 玉 欣 , 1961 年 4 月 生 ,大 学 本 科 毕 业 ,中 铁隧道 集团有限 公 司 宜 万 铁 路 工 程 指 挥 部 指 挥 长 (曾 任 中 铁 隧 道 集团有限 公司内昆 铁路 、 赣龙铁路 工程指挥 部常 务 副 指 挥长 ) ,高级工程 师 ,国 际杰出项 目经理 。收稿 日期 : 2005 - 03 - 15(上 接 29 页 )时间 各 为 15m in, 加 上 卸 车 时 间 60m in, 装 渣 时 间30m in。 因此 ,单口 区 间 隧 道 列
26、车 数 量 应 为 两 列 ,才 能满足 盾构掘进循 环的连续和 不间断 ; 砂 浆 运 输 车 和 管 片 运 输 车 : 每 掘 进 循 环 渣 量 由 5 辆 车运出 ,因 此 每 列 车 编 组 中 还 应 包 含 一 环 管方案是非 常必要的 。b. 配置的效益 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 。 二 者应当兼顾 ,否则 会因小失大 。3片背 衬 注 浆2 辆 。6m 的 砂 浆 运 输 车 1 辆 、 管 片
27、运 输 车参 考文献4 结论a. 进 度盾构 法 的 施 工 进 度 取 决 于 : 盾 构 机 掘 进 和 管1 伊旅 超 ,朱 振宏 ,李 玉 珍 等 . 日 本 隧 道 盾 构 新 技 术 . 武 汉 :华中 理工大学 出版社 , 1999日 土木 学会编 ,朱 伟 译 . 隧 道 标 准 规 范 (盾 构 篇 ) 及 解 说 . 北京 :中国 建筑工业 出版社 , 20012片 安装 的循环 时 间 。 循 环 时 间 短 则 月 平 均 进 度 高 。 盾构 机有效的 作 业时间 。 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
28、 不多 ,使用 1. 5m 的管片可 以 较 大 幅 度 地 提 高 进 度 。 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 ,选 用 合 理 的 运 输作者简介 :张宁 川 ,男 , 1955 年 生 ,原 长 沙 铁 道 学 院 机 械系工 程机械专 业 ,现 任 中 铁 隧 道 股 份 有 限 公 司 副 总 工 程 师 ,高级 工程师 。收稿 日期 : 2005 - 03 - 17file:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档 .txtdf机及ov及 ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56
