鐵路課程設計-13鐵工本2

1、鐵道工程專業(yè)鐵路施工組織與管理課程設計任務書和指導書土木工程系2016.5鐵路施工組織與管理課程設計任務書一、設計題目：新線鐵路土石方工程施工組織設計工程施工隊承擔新線鐵路臨時焊軌基地的土石方工程任務，（其中包括基地面積為長550m寬50m的廣場；基地兩側沿線路外伸1000m的路基土石方工程）?；爻醪綐烁甙淳€路設計標高取平均值；泄水坡為單向坡i=3；土方邊坡挖方為1:1.25，填方為1:1.5。原始資料為 線 至 段設計平面圖及縱斷面圖各一份，線路等級為1級。二、施工條件：1 計算所需的施工機具均按需配備供應；2 所需勞力全部滿足要求；3 施工在非雨季進行，月平均氣溫為20oC。三、設計內容

2、1 計算基地及1000m路基土方工程量；2 確定土方調配方案，選擇施工方法；3 選擇施工機械，確定施工機械走行路線；4 計算施工工期；布置現(xiàn)場平面圖。四、設計成果及要求：1 編寫課程設計說明書，（約8000字）2 繪制現(xiàn)場平面布置圖1張（2#圖紙）3 繪制路基橫斷面圖（比例： 1:200）新線鐵路單位工程施工組織設計指導書一、本設計的主要設計內容為：1 計算基地及基地兩側路基土方工程量：2 確定土方調配方案，選擇施工方法；3 選擇施工機械，確定施工機械走行路線；4 計算施工工期，布置現(xiàn)場平面圖。二、設計方法與要求1. 工程量計算：1.1基地土方量計算：已知基地長550m寬50m，i=3；邊坡（

3、填方為1:1.5，挖方為1:1.25）。計算步驟為：步驟1. 在平面圖上找出接近線路或通過線路較為平坦的場地(550m50m),布置方格網,（邊長取25m），形成22個方格。在平面圖上找出每個方格角點的地面標高。步驟2. 由于設計標高取該段線路標高的平均值，所以在縱斷面上找出相對應的線路設計標高，并求得平均值Hn，基地要求單向泄水， 基地的方格角點設計標高Hn=Hnli步驟3. 求施工高度h h=Hn-H地 計算“+”為填方，“-”為挖方 Hn角點設計標高； H填 角點自然地面標高。步驟4. 確定零線，即填挖的分界線。 確定零線，首先在各方格邊上找出不填不挖的零點，零點位置確定公式 x2=a-

4、x1 ；x1、x2零點至方格角點距離；h1、h2相鄰兩角點施工高度的絕對值。 a方格邊長將相鄰邊線上的零點相連，即為零線。步驟5. 計算各方格土方量。零線將方格劃分為三角形、四邊形和梯形，計算公式（見附錄附表1）將計算結果分別按填方與挖方求出總土方量。步驟6. 計算邊坡土方量， 繪出邊坡圖邊坡圖中將形成兩種相似圖形，即三角棱錐體和三角棱柱體，其計算公式：三角棱錐體：三角棱柱體：將計算結果分別按填方、挖方求出邊坡總土方量。步驟7. 計算總土方量將方格土方量與邊坡土方量分別按填方與挖方相加求得土方總工程量。1.2. 基地兩側路基土石方工程量計算。 已知線路為一級雙線，從路基規(guī)范中查得路基面寬度。路

5、基頂面標高由縱斷面圖相應中心點求得。 路基土石方計算方法：可采用平均斷面法或平均距離法，計算公式 平均面積法： 平均距離法：式中：A1A2A3An 每個斷面面積L1L2L3Ln-1 兩相鄰斷面間距離。由公式知道路基土方計算的關鍵是橫斷面地形，橫斷面地形高度線路設計標高。即為挖方路塹，橫斷面地形高度線路設計標高，即為填方路堤。橫斷面的計算步驟為：步驟1： 作橫斷面圖，可采用方格法，在方格紙上繪圖，比例采用1cm=1m。先繪出線路中心線，作出路基設計標高的路基面寬度。再在平面圖上找出相應點的線路中心線地面標高。在該相應點上，作垂直于線路的橫斷面線，兩邊各延伸20m。在兩邊橫斷面上，平坦地區(qū)可每邊找

6、出3點地面標高，復雜地區(qū)找出5點地面標高，這樣每個橫斷至少有7點地面標高相連。路基面兩端與地面以坡度線相連。 圖示可繪結果為挖方路塹斷面。圖(A) 步驟2：根據(jù)所繪出的路基斷面圖 可計算出路基斷面面積。 （1）可利用方格比例1cm=1m，求出斷面積。（此法結果為估計，精度低） （2）采用計算方法。利用繪制時的斷面點及路基面等已知標高，將路基斷面劃分為若干個三角形和梯形，分別求其面積。步驟3：用平均面積法求出個取土方量，將土方量填入表中。（表1） 表1序號里程挖方面積Fw填方面積Fr挖方量VW填方量VT備注123.n 2 確定土方調配方案21 區(qū)間路基土石方調配：根據(jù)地形區(qū)間路基土方存在有以下三

7、種情況 （1）平原地區(qū)：一般以路堤為主，填土從取土坑中取土，運距多為橫向，距離短； （2）丘陵地區(qū)：一般為路堤、路塹并存，土方盡量采用縱向移挖作填； （3）山區(qū)：一般沿河谷線走行，并以路塹為主，大多為半塹半堤，故采用橫向移挖作填，并有大量的棄土。 上述三種情況，土方調配時應盡量移挖作填，以減少工程數(shù)量，如何達到最佳調配方案，應著重研究最佳運距。尤其是縱向運距,如果無特殊要求情況下，應計算出最佳運距的經濟比較。 21-1經濟運距計算公式為： 設路塹1m3的挖土，縱向運送L距離到路堤的費用為Am，則 Am=A+bL（1） A:挖1m3土并裝到運送工具上的費用；b：1m3土運送1m距離的費用。如果上

8、述路塹挖方不縱向運至路堤，而運往棄土堆，路堤就由取土坑取土，橫向運至路堤的費用則為AnAn=（A+bL棄）+（A+bL?。?） L棄：挖土運至棄土堆的距離；L取：取土坑運至路堤的距離 當滿足AmAn時，L值即為經濟運距 A +bL（A+bL棄）+（A+bL?。?所以 L=A+（L棄+L取）b/b（3） 21-2 調配方法：一般采用表上作業(yè)法，見表2起訖里程段落編號斷面方數(shù)m3利用方數(shù)m3自何處來往何處去運距m施工方法技術量路堤路塹路塹路堤往路堤往棄土堆自取土坑自路塹人力施工機械施工171+293171+456129757.2029757.22029757.2171+465171+640299

9、97.51058.51058.589391058.5本段內調配309997.5171+640171+8003408.91436.1408.91027.2408.9本段內調配401436.1171+800171+97443635.551226.61226.92408.951226.6本段內調配403635.55171+974172+1505172+150172+4106116590116592011659172+410172+65078418.308418.3208418.3172+650172+94085956.15051.65051.6904.55051.6本段內調配1305956.1172

10、+940173+0719010298.610298.62010298.6173+071173+242101728.62669.281728.62940.861728.6本段內調配802669.28 表2 調配也可采用土積圖法或土方數(shù)量圖法。 22 站場土石方調配： 站場土石方工程量計算結果，將出現(xiàn)挖方與填方不同區(qū)段。如何將挖方充分運用到填方中去，以減輕施工機械和運輸數(shù)量，降低成本，這就需要認真調配。 調配的關鍵是確定挖方區(qū)至填方區(qū)的平均運距和運土單價。（平均運距是指挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心之間距離） 2.2.1 求重心方法： 取場地或方格網中，縱、橫兩邊為坐標軸，分別求出各區(qū)間的上方重心

11、的位置。 即 ； 。 (4) X、Y：挖方或填方調配區(qū)的重心坐標； V：每個方格的土方量； x、y：每個方格的重心坐標。22-2 求填、挖方區(qū)間之間的平均運距 （5） XT、YT：填方區(qū)的重心坐標 Xw、Yw：挖方區(qū)的重心坐標 2.2.3 表上作出法進行最優(yōu)土方調配實例 最優(yōu)調配方案是以線形規(guī)劃為理論基礎。常用的“表上作業(yè)法”求解。 方法其步驟如下：已知 某上地有W1、W2、W3、W4 4個挖方區(qū)，T1、T2、T3 3個填方區(qū)，其相應的挖、填土方量和相互調配區(qū)的運距見圖1所示。步驟1：根據(jù)圖1所示編制土方調配表（見表3） 土方調配表挖方區(qū)填方區(qū)挖方量（m）T1T2T3W1X1150X1270X

12、13100A1=500W2X2170X2240X2390A2=500W3X3160X32110X3370A3=500W4X4180X42100X4340A4=400填方區(qū)（m3）B1=800B2=600B3=5001900 表中Xij為待求的調運量（未知數(shù)），根據(jù)平衡條件，達到最佳方案，需滿足： 目標函數(shù)： Cij為每對調配區(qū)運距約束條件： ； 。步驟2：編制初始調配方案。為使目標函數(shù)較小，并減少運算次數(shù)，可采用“最小元素法”編制。即優(yōu)先對運距最小的調配區(qū)進行調配。表3中，X2-2與X4-3相應運距均為40m，故W2和W4挖方供應給T2和T4填方區(qū)，以此類推，W1挖方供給T1填方區(qū)，最后得初始

13、調配方案，見表4。 表4初始調配方案挖方區(qū)填方區(qū)挖方量（m）T1T2T3W150050X70X100500W2X7050040X90500W33006010011010070500W4X80X10040040400填方區(qū)（m3）8006005001900 由初始調配方案，計算其目標函數(shù)值為minS=500*50+500*40+300*60+100*110+100*70+400*40=97000(m3-m) 步驟3：調配方案最優(yōu)化檢驗 盡量方案以“最小元素法”調配原則編制，各目標函數(shù)是較小，但不能確定為最小，所以要進行檢驗。檢驗采用假想運距法，此法較為簡便。假想運距是假設方案最優(yōu)時的虛擬運距。在

14、假想運距條件下，方案任意調整。若原運距均大于或等于其對應的假想運距，則目標函數(shù)不能再降低，即方案為最優(yōu)。如果原運距小于其對應的假想運距，則目標函數(shù)值還可降低，即方案不是最優(yōu)。假想運距法的編制方法（見表5）。先將有解（X0）的方格運距填入表中，（表中有影線格）。然后按矩形對角線上運距之和兩兩相等規(guī)律，從適當?shù)姆礁耖_始，逐一求出無解（即X=0表中方格畫有X）方格的假想運距，即得假想運距表（表5） 假想運距表 （表5）挖方區(qū)填方區(qū)T1T2T3W15010060W2-10400W36011070W4308040用原運距減去假想運距來檢驗表6，表中出現(xiàn)負值，說明方案不是最優(yōu)的，需進行調整。 檢驗表 表6

15、挖方區(qū)填方區(qū)T1T2T3W10-3040W280090W3000W450200 步驟4：方案調整 調整方案的目的是降低目標函數(shù)值，調整時應重新平衡。閉回路表填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3W1W2W3W4500300X500100100400調整采用“閉回路法”，從負值格（X12）出發(fā)，沿水平或豎直方向前進，迂到適當?shù)挠薪猓╔0）方格作90度轉彎，然后依次前進， 表7轉回到出發(fā)點，形成閉回路，見表7。 閉回路作出后，對其大運距的有解方格變?yōu)榱?，其有解值轉如X12負值格，并調整其它值，使其約束條件不變。調整后的新調配方案見表8，對新的調配方案再求出新的調整運距表，用前邊方法再去檢驗，直至找出最優(yōu)方案為止

16、。 表8新的調配方案挖方區(qū)填方區(qū)挖方量（m3）T1T2T3W14005010070100500W2705004090500W34006011010070500W48010040040400填方區(qū)（m3）8006005001900新方案經檢驗，均為0，故方案為最優(yōu)，其目標函數(shù)值為： minS=400*50+100*70+500* 40+400*60+100*70+400*40=94000(m3-m) 步驟5：繪出土方調配圖將最后的調配方案繪制成土方調配圖（見圖2）。圖上注明填、挖調配區(qū)，調配方向，土方數(shù)量及平均運距。土方調配完成后，就可以確定施工方法，選擇最佳的施工方案。3 .確定施工方法，選擇

17、施工方案。 施工方法的確定，只要根據(jù)土石方工程量的大小及其分散程度；填、挖方的位置及其運距大小；地形情況、施工工作面的大??；以及施工單位的技術條件等等。 我國長期以來，在采用人工施工及半機械化施工中，已形成很多形之有效的施工方法，可以借以參考（見附表3）。 隨著機械化施工越來越顯出其優(yōu)越性，不但減輕勞動強度，提高功效，且能縮短工期，保證質量。在土方量集中的工地上，尤顯優(yōu)越。 近年來，我國發(fā)展起來的中小型液壓土方機械，它的多功能性和靈活性，非常適用于土方量不大，且分散的施工工地，這為施工單位廣泛采用機械化施工提供有利的條件。 在選擇施工方法中，應盡可能根據(jù)現(xiàn)場實際情況，優(yōu)先采用機械施工。4。選擇

18、施工機械，確定施工機械走行路線。 表9為機械工作限額表；表10為各種運輸方法及運用范圍，供參考。 表9機械工作限額表順序機械名稱規(guī)格工作限額附注1挖土機0.250.5立方米500010000立方米土方數(shù)量不少于2挖土機12立方米1500040000立方米3鏟運機22.5立方米5000立方米4鏟運機6.0立方米500010000立方米5鏟運機6.0立方米以上2000020000立方米6推土機C 80，c140 不限制7拖式卷揚機5000立方米 表10各種運輸方法及適用范圍運輸方法適用運距起碼運距附注人力挑抬運一般在50米以內20米（增運每級為10米）在特殊條件下使用架子車運一般在300米以內50

19、米（增運每級為50米）斗（平）車運輸一般在300米以上200米（增運每級為10米）推土機2070米20米（增運每級為100米）拖式鏟運機100700米200米（增運每級為100米）自行式鏟運機300400米傾卸汽車0.55公里1公里（增運每級為1公里）41選擇挖土機施工 挖土機施工必須配備自卸汽車進行運輸，并配備其他機械壓實。41-1 挖土機數(shù)量確定 挖土機數(shù)量N是根據(jù)土方量大小和工期要求確定。N=Q/(P*T*C) (臺)（1）Error! No bookmark name given. Q：土方量（m3）； P：挖土機生產率（m3/臺班）T: 工期(工作日); C: 每天工作班數(shù); 單斗挖

20、土機的生產率計算公式 生產率p=(83600t)g(Kc/Ks)KB （m3 /臺班）(2) q: 挖土坑斗容量 (m3) KB:工作時間利用系數(shù)(0.70.9)Kc :土斗的充盈系數(shù)(0.81.1) t:挖土機每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時間(s)一般為2540sKs: 土的最初可松系數(shù);4.1.2 運土車輛配套計算運土車輛的數(shù)量N1,應保證挖土機連續(xù)作業(yè),可按下式計算 N1=T1/t1 (1)T: 運土車輛每一工作循環(huán)延續(xù)時間(min) T1=t1+2l/Vc+t2+t3t1: 運土車輛每次裝車時間(min.). t1=n*tn: 運土車輛每車裝土次數(shù); Q: 運土車輛的;載重量(噸);r: 實土容重

21、(噸/m3); 一般取1.7噸/m3l: 運土距離(m) Vc：重車與空車的平均速度(m/min);一般取20-30km/ht2: 卸土時間;(一般取1min) t3 :操縱時間.(一般取23min)4.2 選擇鏟運機施工 應繪出鏟運機的開行路線.環(huán)形路線:運用于地形起伏不大,施工取較短地段.( 每一環(huán)線只完成一次鏟土與運土).“”字型路線:適用于地形起伏較大,施工地取較長的路基填筑和場地平坦(每一循環(huán)可完成a二次鏟土與卸土).如果需要其它推土機助鏟,則應列出機械數(shù)量.4.3 選擇推土機施工:應列出推土機使用方法,如有推土機鏟土專用,有推土機整平,壓實等.5. 施工工期的計算:路基土石方施工進

22、度取決于棄土的位置,土壤種類,施工方法,機械設備,運輸機具以及季節(jié)等因素.5.1 土石方集中地段的工期計算分式 (工作天)式中: T: :該取土石方需用的工期 (工作天); W: 土石方集中地取的工程數(shù)量; (m3)按施工方計. g :某種機械設備的臺班產量;(若為人工施工,則為人力施工的產量定額) a: 每天作業(yè)班數(shù); N: 每班的機械臺數(shù)(人力施工時為每班施工人數(shù)).5.2 施工工期的總體要求路基土石方工程在每一施工區(qū)段準備工作完成后或進展到一定程度即可開工,也可與小橋,涵洞同時開工,但其竣工應落后于橋涵工程,并必須在正線鋪軌前半月完成,因此計算出工期,經驗算,工程不能在鋪軌前半月完成,就

23、將應考慮開工日期提前或增加機械(或人力) 及工作班數(shù),以確保施工任務如期完成.表11,12為分項工程勞動力指標和施工進度綜合指標可參數(shù).分項工程勞動力指標 表11項目指標備注項目指標備注土石方(人工,機械綜合)0.38工天/m3按斷面方計,不包括附屬土石方機械開挖單挖單線隧道線隧道155工天/m石質每米綜合,不包括鋪助導坑擋土墻,漿砌片石1.5工天/m3人力開挖單線隧道197a工天/m土質每米綜合,不包括鋪助導坑大橋101工天/m鋪軌(綜合)1350工天/正線公里包括站線及鋪碴中橋94工天/m鋪軌(單項)395工天/鋪軌公里小橋138工天/m鋪碴0.30工天/m3涵管35-46架橋6.5工天/

24、m包括橋面系土石方工程施工進度綜合指標 表12工程項目施工方法綜合指標附注土石方人力施工2.0m3/工天按施工方計機械施工6080m3/臺班按施工方計人力機械施工1520m3/工天按施工方計土方機械施工200，000 m3/隊.月石方潛孔爆破1000 m3/隊日潛孔鉆機打眼,裝載機,傾卸汽車配合, 每日三班5.3 施工組織進度安排見附圖16 施工場地平面布置圖: 評見附圖2三 設計成果1. 設計說明書:包括:工程概況,工程量計算,土方量調配,施工方法的選擇,施工機械選擇, 及機械走行路線的確定.,施工工期的計算等(約8000字)2 繪制現(xiàn)場平面布置圖1張 一般施工方法及適用范圍 附表2施工方法適用范圍優(yōu)缺點平