地鐵盾構(gòu)法具體施工軌道運輸系統(tǒng)方案

地鐵盾構(gòu)法具體施工軌道運輸系統(tǒng)方案

土壓平衡盾構(gòu)法施工的運輸系統(tǒng)配置方案，涉及到與盾構(gòu)機能力匹配及施工進度、一次配置成本或長期使用成本、對本標(biāo)段或今后不同標(biāo)段的適用性、以及施工管理的易操作性等問題。盾構(gòu)機如要達到較高的施工進度需配置強大的施工運輸系統(tǒng)，如要取得高的施工效益需配置最佳的施工運輸系統(tǒng)。運輸方案應(yīng)在兩者之間試選擇合適的平衡點。

目前，國內(nèi)盾構(gòu)法施工的運輸系統(tǒng)基本上均采用有軌運輸方式（泥水機棄碴由泥漿輸送系統(tǒng)運輸，但管片、砂漿、鋼軌及其他材料等仍需有軌運輸系統(tǒng)）。運輸系統(tǒng)的主要參數(shù)與隧道坡度、工程進度要求、盾構(gòu)機型號及參數(shù)有關(guān)，也與施工單位的管理方式有關(guān)。前者是必須滿足的必要條件，后者是可綜合考慮的相關(guān)因素。地鐵盾構(gòu)法施工的場地特點

一般來說，地鐵車站就是盾構(gòu)機的始發(fā)點。地鐵車站主框架施工完畢后，盾構(gòu)機開始在車站里面組裝始發(fā)。盾構(gòu)機施工期間，車站主框架要為盾構(gòu)機設(shè)一安裝井，同時也作為出渣井。有時除安裝井外還專門另設(shè)出渣井。施工運輸包含了水平運輸和垂直運輸兩大部分。軌道運輸系統(tǒng)設(shè)備組成

由提升門吊、門吊上的翻轉(zhuǎn)倒碴裝置（或固定在地面上的翻轉(zhuǎn)倒碴裝置）、門吊軌線、地面渣倉等組成垂直運輸系統(tǒng)。包括渣土的垂直運輸及管片、材料垂直下放運輸。由牽引機車、碴土運輸車、沙漿運輸車、管片運輸車及軌線組成水平運輸系統(tǒng)。編組列車如上圖所示，管片運輸車在前方，列車進入盾構(gòu)機后配套系統(tǒng)時，剛好使管片運輸車位于管片吊機下方。管片運輸車前面不能有其他車輛，否則會防礙管片的吊卸。其次緊跟沙漿運輸車，進入時恰好位于盾構(gòu)機注漿罐附近。再次為渣土車，機車在最后。由鋼軌、軌枕、浮放軌組成隧道運輸軌線，軌線可以是單線、四軌三線或復(fù)合式軌線。2.3軌道運輸系統(tǒng)循環(huán)過程

如圖所示：編組列車進入隧道時，管片運輸車、砂漿運輸車為重車，將管片和砂漿和其他材料運進，運渣車為空車。駛出隧道時管片運輸車、砂漿運輸車為輕車，運渣車為重車，將渣土水平運出。列車到達洞口地出渣井后，提升門吊把渣車車箱吊離渣車底盤到達地面相應(yīng)的高度后，車箱隨門吊小車橫移到渣倉縱方向位置，再隨門吊大車移動到渣倉橫向位置，利用設(shè)置在門吊上的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，隨著吊鉤地下落，車箱及渣土利用重心與轉(zhuǎn)軸的不平衡而翻轉(zhuǎn)卸渣。

卸碴的總體布置與場地布置有很大的關(guān)系，根據(jù)出碴井與碴坑各自的位置，門吊的行走方向有的順著出碴井，有的橫著出碴井。有的翻碴裝置在門吊上隨門吊移動，有的固定在碴坑上?；旧先Q于場地。所以在確定方案之前，首先要完成場地布置，才能確定門吊的主體結(jié)構(gòu)和翻碴裝置結(jié)構(gòu)進行采購和制造。有軌運輸方式的優(yōu)點

有軌運輸方式的優(yōu)點是適用性強，能把從泥漿（指的是含水較多的渣土）到砂礫和卵石等各種類型的盾構(gòu)機切削出來的碴土運出。把管片、背襯漿料，各種材料運進。能適應(yīng)各種區(qū)間隧道長度，系統(tǒng)本身采用的工業(yè)技術(shù)及產(chǎn)品也極為成熟可靠。目前，國內(nèi)的土壓平衡式盾構(gòu)法施工的運輸系統(tǒng)均采用軌道方式。工程施工進度要求和配置成本

施工運輸系統(tǒng)的能力肯定和首先要滿足工程施工進度要求，在此前提下，配置成本有不同的考慮：

A、完全按本工程施工進度的要求來考慮。這時又有兩種可能：一是運輸系統(tǒng)的投資在本工程中完全攤銷（例如：盾構(gòu)機是租用的或其他原因），運輸系統(tǒng)設(shè)備在滿足可靠性和進度的前提下，技術(shù)等級和使用壽命僅考慮本工程需要以使成本最低。二是投資在本工程中不完全攤銷，設(shè)備的技術(shù)等級和使用壽命須適當(dāng)考慮后續(xù)工程的需要。B、系統(tǒng)技術(shù)等級和配置成本施工運輸系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)等級不同也影響配置成本。但技術(shù)等級低一般會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性低。由此在施工中帶來的損失往往比節(jié)省的配置成本大得多，因此建議適當(dāng)考慮運輸系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)等級。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化系列化要求

如果本公司其他的盾構(gòu)機已經(jīng)進行了施工運輸系統(tǒng)的配置，那么本工程的施工運輸設(shè)備配置的型號規(guī)格最好與原有的設(shè)備相同。除非原有的設(shè)備不合理需要改換。如果本公司初始進入盾構(gòu)法施工領(lǐng)域，則應(yīng)綜合考慮配置適當(dāng)規(guī)格的設(shè)備，并作為本公司盾構(gòu)法施工的通用或標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，對公司長期的技術(shù)、管理、成本都有好處。軌線制選擇四軌三線制軌線

采用四軌三線制時，由于隧道空間所限，一般采用762mm軌距，左右線分別為重車和輕車運輸線。在盾構(gòu)機后配套后部設(shè)一雙開道岔浮放軌，可由盾構(gòu)機或由機車拖移。通過浮放軌，列車可在由兩根內(nèi)軌組成的中線進入盾構(gòu)機后配套內(nèi)部。優(yōu)點：1）由于左右兩線的運輸互不干涉，運輸是連續(xù)的，與區(qū)間隧道的長度無關(guān)。不管區(qū)間隧道長度是長是短都能適應(yīng)。2）編組列車的容量和編組列數(shù)受運行因素的影響較小，配置的靈活性大。3）列車調(diào)度較為靈活，易于應(yīng)付突發(fā)性故障和事件。4）工序適應(yīng)性較強，當(dāng)工序臨時變動或脫節(jié)時，便于臨時調(diào)度。缺點：軌道需要量增大一倍，軌枕要求的長度長，需要量大。單線制軌線

列車直接進入盾構(gòu)機后配套。優(yōu)點：1）鋼軌需要量少。軌枕材料需要量少。2）軌面標(biāo)高低，有利于盾構(gòu)機后配套設(shè)備布置。3）列車運行管理較為簡單。缺點：1）只適用于短區(qū)間隧道施工。否則列車運行的脫節(jié)將會使盾構(gòu)機掘進發(fā)生停機等待。因此，單線制軌線一般只用于區(qū)間長度為2000米以下的隧道的出碴運輸。2）不利于應(yīng)付突發(fā)故障和事件。3）工序的適應(yīng)性差，當(dāng)工序脫節(jié)時，難以臨時調(diào)度彌補。復(fù)合式軌線

主運輸軌線仍為單線制軌線，在后配套后部設(shè)兩副浮放雙開道岔組成會車點。當(dāng)隧道特長時在隧道中部可增設(shè)雙線會車點，可以是固定的或可移動式的。會車點間隔距離根據(jù)運輸系統(tǒng)諸參數(shù)計算確定。既節(jié)省鋼軌和軌枕材料又滿足特長盾構(gòu)區(qū)間施工運輸需要。當(dāng)隧道區(qū)間長度短時，復(fù)合式軌線相當(dāng)于四軌三線制軌線，利用盾構(gòu)機掘進時間，另一組空的編組列車可駛?cè)朐诤笈涮缀蟛康却?fù)合式軌線制兼有單線制軌線和四軌三線制軌線的優(yōu)點。·渣土運輸車容量選擇

在影響垂直運輸系統(tǒng)能力的所有因素中，唯一沒有選擇余地的是門吊的提升速度。重物在自由狀態(tài)下提升的速度一般不超過30M／min，大車小車運行速度一般為20－30M／min左右。根據(jù)門吊的提升速度、大車小車的運行速度的計算，每臺門吊每天的極限提升循環(huán)車數(shù)約為120車。因此，渣車容量的大小成為制約垂直運輸能力的因素，渣車容量越大則垂直運輸能力越大?！ぞ幗M列車容量和編組列車數(shù)量選擇

采用四軌三線制軌線時，每列車編組的容量和編組列車數(shù)量受運行因素的影響較少，可以采用小容量多列編組列車方式，也可采用大容量少列編組列車方式。采用單線制軌線時，每列車編組的容量和編組列車數(shù)量受運行因素的影響很大，一列編組列車的容量最好滿足一個掘進循環(huán)的渣量，單口至少配置兩列編組列車。當(dāng)編組列車的容量只能滿足半個掘進循環(huán)的渣量時，盾構(gòu)機的一個掘進循環(huán)中肯定會停機等待一次。

采用復(fù)合式軌線制時，列車容量與數(shù)量的考慮介于四軌三線制和單線制軌線之間。列車運行持續(xù)速度選擇

隧道坡度和機車持續(xù)速度對機車的粘重和功率即價格的影響很大。隧道坡度在工程參數(shù)確定后是無法改變的，但機車持續(xù)速度是可以選擇的。從滿足施工進度方面來說，機車持續(xù)速度越快越好。從降低機車價格方面來說，機車持續(xù)速度越低越好。根據(jù)經(jīng)驗，地鐵隧道施工的機車持續(xù)速度為8km/h、最高速度為15km/h時較為合適。運輸系統(tǒng)的技術(shù)等級選擇

后配套運輸系統(tǒng)的技術(shù)等級由系統(tǒng)諸多部分采用何種工業(yè)技術(shù)來評定。以機車為例：如選用蓄電池機車，則有直交變頻機車和直流機車之分。建議采用具有較高技術(shù)等級的設(shè)備以提高運輸系統(tǒng)的可靠性，并能降低系統(tǒng)的使用成本。渣土的松方系數(shù)和容重的確定

地質(zhì)情況不同將導(dǎo)致松方系數(shù)差別較大，例如：集團在廣州越三區(qū)間隧道實測的松方系數(shù)達1.8，在南京地鐵南北線一期工程玄武門－南京站區(qū)間隧道實測的松方系數(shù)只有1.1弱，但后配套運輸系統(tǒng)要適應(yīng)多個盾構(gòu)區(qū)間掘進，故一般按照1.5松方系數(shù)計算，如與實際不符則靠增減渣車數(shù)量來解決。根據(jù)經(jīng)驗，不管松方系數(shù)如何，實際容重多為1.8—2.0噸/立方左右，這是因為當(dāng)切削的巖土粒度較大時，往土倉加的泥水填滿了巖土的空隙。當(dāng)切削的巖土粒度較小時，松方比較密實，與實方的重量差不多。運輸能力計算和設(shè)備配置

設(shè)以某一盾構(gòu)區(qū)間為例進行計算、配置。設(shè)其工程參數(shù)為：盾構(gòu)機切削直徑：Φ6300mm盾構(gòu)區(qū)間長度：2000M施工平均進度指標(biāo)：360米/月管片寬度：1.2M出渣井提升高度：20M隧道坡度：30‰每循環(huán)渣量估算每循環(huán)松方渣量：G=π×R2×B×μ=3.14×3.152×1.2×1.5=56立方米。

μ--松方系數(shù)。每循環(huán)渣重估算每循環(huán)渣重：56×2.0=112t為了有足夠的牽引力能力儲備，容重系數(shù)按2.0計算。門吊每車次卸渣循環(huán)時間估算設(shè)：小車平均行走行程10M，大車平均行走行程10M，提升及下降平均速度8M／min，小車行走平均速度12M／min，大車平均行走速度20M／min。每循環(huán)工序時間：∑＝10.2分鐘≈12分鐘（實測值）。門吊每工作日理論、實際極限卸碴車次每工作日理論極限循環(huán)車次為：

24小時×60分鐘／12分鐘＝120車次每工作日實際循環(huán)車次設(shè)為：

16小時×60分鐘／12分鐘＝80車次按門吊能力計算，不同容量渣車每工作日理論、實際垂直運輸能力（環(huán)數(shù)）：由：環(huán)數(shù)=提升車次數(shù)×渣車容量（立方米）/每環(huán)松方渣量（立方米）；得：渣車容量11.514.518.5備注理論環(huán)數(shù)23.53038.524小時作業(yè)實際環(huán)數(shù)15.72025.716小時作業(yè)軌線制：設(shè)盾構(gòu)區(qū)間平均運輸長度：2000M。設(shè)采用單線制軌線。渣車容量：已知施工平均進度指標(biāo)為360米/月（300環(huán)），設(shè)每月掘進工作日為25天，則每天應(yīng)完成12環(huán)。故根據(jù)上面的計算，選擇11.5立方米容量的渣車。列車容量：采用每掘進循環(huán)渣量由一列車運出方案，每列車渣車數(shù)量為5輛。水平運輸能力計算和設(shè)備配置

運輸循環(huán)和列車數(shù)量

根據(jù)實測，每循環(huán)平均掘進時間約為30分鐘。每環(huán)管片平均安裝時間為30分鐘（熟練時）。循環(huán)總時間為60分鐘。設(shè)：列車平均行駛速度為8km/h、得：掘進循環(huán)時間掘進30分鐘管片安裝30分鐘掘進30分鐘管片安裝30分鐘第一列車循環(huán)裝渣30分鐘駛出15卸渣60分鐘（含管片、沙漿裝車）駛?cè)?5第二列車循環(huán)卸渣60分鐘（含：同上）駛?cè)?5裝渣30分鐘駛出15接左格因此，單口區(qū)間隧道列車數(shù)量應(yīng)為兩列，才能滿足盾構(gòu)掘進循環(huán)的連續(xù)和不間斷。

或者按照以下公式計算：已知區(qū)間平均運輸長度為2000M，列車平均行駛速度為8km/h（其余見上表），由上表得出掘進循環(huán)時間為60分鐘，設(shè)為T1，列車循