成都地铁人天盾构区间施工运输组织设计

1、成都地铁人天盾构区间施工运输组织设计【内容提要】：根据以往的盾构施工经验可知，影响盾构施工效率的三大因素为：掘进因素、运输因素、渣土外运因素。本文结合成都地铁1号线一期工程盾构2标工程实例，针对本标段单井相背始发的特殊施工工序及工序变化频繁的特点，通过综合考虑工程运输要求、设备性能、安全限界、运输车辆编组、掘进循环时间等因素进行盾构施工运输组织设计。【关键词】：盾构 运输组织 设计1.工程概况1.1工程简介成都地铁1号线一期工程盾构2标区间线路处于人民北路和人民中路上由北向南，沿人民北路南部和人民中路敷设，其间在人民北路站文武路站区间穿过万福桥，在文武路站骡马市站区间从中银大厦、轻工大厦房屋侧

2、穿过，在骡马市站天府广场站区间穿过西御沿街人防通道、天府下穿隧道。共三个区间，即人民北路站文武路站区间、文武路站骡马市站区间、骡马市站天府广场站区间。图1-1成都地铁1号线规划图图1-2线路平面示意图盾构区间隧道全长4799.09单线延米，为双孔圆形隧道。隧道区间间距为11m15m，拱顶埋深1520m。左线长2390.316m，右线长2407.774m。其中人民北路站文武路站，区间里程范围为Y(Z)CK5+664.400Y(Z) CK6+796.600，左线长约1137m，右线长约1132m；文武路站骡马市站区间里程范围为Y(Z)CK7+254.900Y(Z) CK7+704.640，左线长约

3、442m，右线长约450m；骡马市站天府广场站区间里程范围为Y(Z)CK7+887.390Y(Z) CK8+696.224，左线约长811m，右线长约826m。左右线区间隧道各设平面曲线4个。其中最小平面曲线半径400 m，最大平面曲线半径3000 m，最大坡度为27。1.2工程重难点1.2.1 工程主要特点本标段施工工法多，工序转换频繁。工程施工范围包括盾构始发井；主体工程区间隧道；附属工程施工，包括14个洞门，3个联络通道(含2个泵房)；单井相背始发，盾构机一次调头，两次过站，两次转场，相关接口多，涉及到和车站施工平行作业的协调、交通疏解以及大量的地下管线的排查等问题。1.2.2 工程主要

4、难点单井相背始发，盾构机需换装始发。砂卵石地层的渣土改良。含量较多的大粒径漂石处理。曲线始发及小半径曲线段施工。高富水、高水压、渗透性极强砂卵石地层的涌水、涌砂处理。过站调头、有高台、转场等受空间场地限制，操作困难大。换刀位置的选择以及带压换刀作业的可实施性。众多接口协调问题。1.2.3 工程主要重点进度控制重点：盾构在砂卵石地层中的掘进施工。质量控制重点：盾构管片的拼装质量。安全控制重点：洞内水平运输、垂直运输。环保控制重点：地表变形控制、周边环境保护。2.工程运输要求2.1水平运输管片类型本标段所采用的管片分块为5+1模式，即3个标准块、2个邻接块、1个K块。管环标准尺寸为外径6000 m

5、m，内径5400 m，厚度300mm，宽度1500m m。拼装方式为错缝拼装。出渣量计算盾构机刀盘开挖直径为6280mm，每一循环的掘进长度为1500mm。通过计算可以得出每一环的开挖土方为46.4 m³。考虑地层的变化以及渣土改良添加剂的注入，实际出渣量按1.5的系数计算，每一环的出渣量为69.6 m³。根据以往的施工经验，渣斗在使用的过程中不可避免的在底部粘着一部分渣土倒不出去，每个渣斗考虑1 m³，渣斗容量的选择要留有一定的富余量（渣斗容积按15 m³制造）。材料的运输每环衬砌管片（6片）的运输采用2辆管片车装运。每环同步注浆浆液注入量约6 m&#

6、179;，采用一个7 m³的砂浆车运入洞内。渣土改良用的膨润土浆液每环约4 m³，采用一个7 m³的砂浆车运入洞内。施工中其它材料的运输（如水管、走道板、油脂、泡沫、刀具、钢轨、钢枕和扣件等），使用一节渣车底盘进行运输。2.2垂直运输根据水平运输需求的统计，每掘进一环的垂直运输次数平均812次，其中16t龙门吊运行2次吊运6片管片下井，运行24次吊运小型材料下井。40t龙门吊承担67次渣土车的垂直提升任务。根据成都特殊的地质情况，每条线的最高班进度按7环（共计14环）计算，则每班16t吊机需运行28次为井下吊运管片，运行42次为井下吊装小型材料。同时，还要进行各种

7、进场材料的装卸工作。2台40t吊机需要运行84次起吊渣土车。3.垂直运输设计3.1龙门吊轨道布置龙门吊布置盾构始发井位于3000米的平面曲线上，龙门吊轨道布置成曲线的难度较大，且存在一定的运行安全隐患，故采用截弯取直的做法，取曲线的一段割线作为龙门吊轨道中心线， 40龙门吊轨距11.4米，南北出土口处各设置一台。16龙门吊轨距24米，在始发井中心预留井口位置设置。大小龙门吊不共线。经过计算，龙门吊轨道中心线和线路中心线最大夹角为4度，不影响渣斗吊装的正常使用。渣土卸运根据施工场地的实际情况，渣坑设置于始发井中部轨排井顶板上，每个渣坑长15m，宽6.0m，深4.0m，容积为720 m³

8、，总存渣能力为1440 m³。渣土坑底板及侧墙厚30cm，采用C20砼浇注。每个渣土场四周设置挡渣板，防止过稀渣土溢出。40t龙门吊采用挂钩侧翻卸渣方式，渣土外运采用勾机装车，汽车运输的方式。由于场地狭窄的原因，渣土外运的出口门只能选择在东侧，因此渣土外运会和龙门吊的工作产生一定的干涉，对16t龙门吊的使用效率有较大的影响。管片堆放场根据16t龙门吊布置情况，管片堆放场设置在始发井西侧地面上。临时管片堆放场地面积120m²，管片存放能力为60块（10环）。正式管片堆放场占地面积为594m²，管片存放能力为210块（30环）。满足1.5天的平均使用量。洗车槽在施工场

9、地出渣东大门位置设洗车槽，出渣车辆必须经过清洗后，方可驶出施工场地。洗车槽采用下沉式，宽4000mm，长8000mm，深400mm。洗车槽旁设置沉淀池，洗车所排水经沉淀池三级沉淀后排入市政污水管线。3.2垂直运输设备选型根据工程对垂直运输能力的要求、施工场地布置、出渣口位置、渣土卸载方式及渣坑位置，选用的三台龙门吊机的主要技术性能及工作参数如下：3.2.1 40t龙门吊机的技术性能及工作参数表3-1 40t龙门吊技术参数表项目起升机构项目小车大车起重量t40轨距mm460011200起升速度m/min 12.03运行速度m/min31.7838.5最大起生高度m 40 轮距mm 2500850

10、0电源 三相交流 380V卷筒直径mm800最大轮压KN158.6285限位开关QGX-B限位开关LY10-11S滑轮直径mm710缓冲行程mm100150结构6*19W+FC-24-1700钢轨型号kg/m43QU70支数2*4车轮直径mm500800最大工作拉力KN52.08车轮轴承内径120180型号YZR355L-1型号YZR160L-6YZR160L-6功率KW90功率KW1313转速r/min585转速r/min945945传动比31.5传动比46.754.75型号YWZ-500/125型号YWZ-200/25YWZ-200/25制动力矩N.M2*2650制动力矩N.M200200

11、推动器型号YT1-125Z/10推动器型号YT1-125Z/4YT1-125Z/43.2.2 16t龙门吊机的技术性能及工作参数表3-2 16t龙门吊机技术参数表项目起升机构项目小车大车轨距m24起重量t16基距mm40007500起升速度m/min 13.9运行速度m/min30.4231.26最大起生高度m 40缓冲行程mm60100工作级别 M7总功率kwS=24最大轮压KN229.634667.3钢轨型号kg/m38kg/mQU803.3垂直运输垂直运输采用2台40t龙门吊机分别承担左右线渣土吊运任务。每环掘进循环时间平均按120min计算，根据龙门吊的提升速度及井的深度，完成一斗渣土

12、吊运的时间平均为10min，一个循环需吊出6车渣土，共计60min，占一环掘进总耗时的50%。根据单线日掘进最高进度14环的计划，单台龙门吊每天平均需要进行84次起吊渣土工作，共计耗时约840min，仅占24h中的58%，因此，单台40t吊机能满足单线日掘进14环的垂直运输要求。16t龙门吊机，承担左右线管片、材料吊装任务和管片进场卸车以及日常地面材料倒运工作。根据进度计划双线日最高进度为28环，完成一环管片的吊装平均用时15 min，每天共需运行56次吊装管片，总耗时840min，占24h中的58%，因此，采用单台16t龙门吊机能满足双线日最高产量24环的垂直运输要求。4.水平运输设计4.1

13、水平运输设备选型4.1.1选型依据4.1.1.1 列车轴重选择盾构法施工衬砌管片背后同步注浆浆液的初凝时间约为10h，浆液凝固时间较长，起不到稳固管片的作用。重型车辆在管片上行走时，势必造成未稳定管片的位移、错台，对隧道管片的成型质量产生较大的影响。参考我国准轨铁路机车和车辆的轴重限制，制定该标段列车轴重配置如下：电瓶机车25t轴重12.5t；其它车辆轴重限制在10t以下，如渣土车设两副转向架，共4轴，每轴轴重8t，砂浆罐车2轴，单轴重8t；管片平车2轴，单轴重10t。4.1.1.2牵引力选择考虑到成都该标盾构始发全长75m，两台盾构共用一井背向始发和掘进，出渣选择两列车运出一环渣土的方式。根

14、据本标段的线路走向特点，重载上坡最大坡度2.7%，重载下坡最大坡度2.2%，整环渣土重量约为260t（包括车辆自重），为确保运输安全，也应采用两列车的运输方式。a.计算机车的粘着重量机车粘着牵引力坡道阻力+列车综合运行阻力+加速惯性力即：G1（G1+G2）（1+2+/g）式中G1机车粘着重量G2机车牵引重量粘着系数，取0.261坡道阻力系数2.7%， 2列车阻力综合系数，取0.008列车平均加速度，取0.05m/ s²g重力加速度，取9.8 m/s²坡度为2.7%时，需要机车的粘着重量21.81t 。b.机车起动牵引重量计算Gg=（Fg-P（Wg，+ig）/（Wg，+ig）

15、式中：Gg机车起动牵引重量kNFg粘着牵引力 Fg=x P=0.26x250=65000N 取0.26P机车粘着重量 250 kNWg，在坡道上机车单位阻力 5 N/kN（按机车牵规取值）ig坡道阻力系数 上坡为+，下坡为- 取27Wg，在坡道上车辆单位阻力 N/kN Wg，=3+0.4ig=3+0.4x27=13.8 N/kN 。计算在2.7%坡道重载上坡时的牵引重量Gg=（65000-250（5+27）/（13.8+27）=140t。该重量应大于每列车的牵引重量c.机车运行牵引重量按下式计算G=（Fk一P（WO，+ix）/（WO，+ix）G一机车运行牵引重量kNV一平均速度9kN/h一传动

16、效率0.95NK一标称总动率130kNFk轮周牵引力，Fk=3.6NK/v=3.6x0.95x130/9=49.4kNWO机车单位阻力=1.64+0.014V+0.0026V=1.98N/kNix坡道阻力系数 上坡为+ 下坡为-WO，坡道上车辆单位阻力 N/kN计算机车在2.7%上坡的运行牵引重量：G=（49400-250（1.98+27）/（1.1+27）=150td.机车在2.2%坡度重载下坡且满足制动距离40m的条件下，经过计算，机车的制动装置可以牵引105. 3t。为完全满足在2.2%坡道重载下坡制动，需将渣车设计成与机车制动联动的气动制动装置。4.1.1.3结构尺寸的选择运输车辆尺寸

17、既要满足施工组织要求，又要符合盾构机结构净空要求的工作界限尺寸，以下为盾构机拖车长度、净空对运输车辆要求尺寸参数：宽度1500mm 保证拖车与运输车辆的两侧安全间隙为150mm高度2400 mm 拖车范围内净空高度要求 挂车总长40000mm 保证最前一节渣车能到达出渣位置最长列车尺寸：L列=电瓶车+3辆渣车+1辆同步浆液浆车+1辆膨润土浆车+2辆管片车=8+3×7+6+540米。根据盾构机拖车的结构及出土口尺寸，电瓶车的宽度控制在1450mm，渣土车的宽度控制在1500mm以内，高度小于2400mm，渣土车的长度需控制在5400mm以内，其结构与龙门吊的挂钩侧翻卸土方式相匹配。砂浆

18、、膨润土车的容积应达到7m³，宽度控制在1450mm内，并须设置搅拌机械装置，以防止砂浆沉积和离析。管片车的宽度控制在1500mm。4.1.2设备技术参数 电瓶车技术参数表表4-1电瓶车技术参数表规格型号JXKB257/508外形尺寸：长*宽*高（mm）6600*1450*2400轴距（mm）2400轨距（mm）762轮径（mm）760通过最小曲线半径（m）20持续速度（km/h）8.1最高时速（km/h）16.2持续牵引力（KN）66.7启动牵引力（KN）84.5制动力满足本工程最大坡度制动需要蓄电池容量450Ah/只，252*2V，504V充电行驶里程（km）30最大牵引重量（3

19、5上坡）机车启动粘着牵引重量：145吨机车运行牵引重量:162吨功率（kw）75kw*2主控变频器247KVA，输入电压504±15%， 制动方式气制动、电制动、脚制动牵引水平中心距轨面高度430±10mm牵引电机技术参数990r/min，380V，142A，IP55 LJK8T-15M³渣车主要技术参数表4-2渣车技术参数表外形尺寸（长*宽*高mm）6000*1500*2550渣斗箱外形尺寸（长*宽*高mm）5300*1500*2384总容重15m³轨距（mm）762mm轮径（mm）400mm轮重5.5t轴距1150mm重量10800kg最高时速（km

20、/h）25km/h通过最小曲线半径（m）15m牵引销中心线距轨面高度430mm LJK8S-7.5 M³砂浆车主要技术参数表4-3砂浆车技术参数表外形尺寸（长*宽*高mm）4900*1400*2500mm总容重7.5m³轨距（mm）762mm轮径（mm）400mm重量6000kg最高时速（km/h）25km/h通过最小曲线半径（m）15m牵引销中心线距轨面高度430mm搅拌砂浆泵电机功率11kw砂浆泵电机功率11kw减速器型号、速比KA107、i=121.46搅拌轴转速12r/min电源AC380V LJK8G管片车主要技术参数表4-4 管片车技术参数表外形尺寸（长*宽*高

21、mm）3600*1500*540轨距（mm）762mm轮径（mm）400mm轴距2750mm重量2570kg最高时速（km/h）25km/h通过最小曲线半径（m）15m牵引销中心线距轨面高度430mm LJK8C-7.5 M³储浆罐主要技术参数表4-5储浆罐技术参数表外形尺寸（长*宽*高mm）4900*1400*2500mm总容重7.5M³重量5000kg搅拌砂浆泵电机功率11kw砂浆泵电机功率11kw搅拌电机型号DV132M4砂浆泵电机型号DV132M4减速器型号、速比KA107、i=121.46搅拌轴转速12r/min电源AC380V4.2运输轨道、道岔设计4.2.1运

22、输轨道设计在盾构始发井底板上铺设4轨3线轨道，钢轨采用43kg/m，轨距均为762mm，直接铺设在井内底板上，用膨胀螺栓固定，组成左线和右线始发井内运输线路。洞内运输轨道采用762 mm轨距铺设单线，采用20号工字钢（长3m）按标准轨距钻扣件孔做成轨枕，钢轨用扣件固定在钢枕上。盾构机施工范围内轨道也采用43kg/m4轨3线布置，轨距均为762mm。盾构机拖车在两外侧3125mm轨上行走，中间两625m m轨是运输车辆的走行轨道。随着盾构机的不断向前推进，中间625mm轨道不停的向前延伸，拖车走行的3125mm 轨道不断拆卸向前倒用延伸。4.2.2道岔的设计4.2.2.1道岔的选择由于运输轨道间

23、距选用762mm，根据窄轨道铁路道岔图册的相关设计标准，选用ZDC743/5/30型号对称道岔。电瓶车由单线进入道岔时，因变道的缘故，电瓶车前端裙边的伸出距离需要进行安全限界计算，以防止电瓶车前端伸出部位碰撞管片。隧道衬砌管片内径5400mm，钢枕的顶面标高为455mm，轨高134mm，车轮踏面到裙边底端的距离取100 mm，。电瓶车长6400 mm，宽1450 mm，轴距为2400 mm，前悬臂取2000 mm计算。安全限界计算图示如下：图4-1安全限界计算断面图图4-2安全限界计算平面图经过计算，在电瓶车通过道岔进行变道时，前悬臂裙边距离管片安全限界分别为112.9mm、112.8mm，满

24、足行车安全的需要。4.2.2.2道岔的布置根据本标段单井相背始发的特点，右线可以直接向人民北路的方向掘进，左线正常开始掘进则需要右线区间始发井天府广场站先施工，到达天府广场站后，调头后开始施工左线，向人民北路方向掘进。区间经过天府广场站、骡马市站、文武路站三个车站。随着掘进距离的增加，运输车辆运行的时间也在增加，运输时间的增加很大程度上影响了掘进循环的时间，在这种情况下，可以在洞内或者车站位置设置道岔，同时增加一列运输车辆，用于提高掘进效率。本标段水平运输的特点在于左线的运输调头换向。单井相背始发导致左线运输每次都要多运行一个始发井天府广场站区间的距离。而且运输车辆的顺序也要做相应的调整。正常

25、情况下，重载列车需要电瓶车拉出，因左线车辆到达天府广场站后要调头，为保证管片车、浆液车的正常编组顺序，重载列车只能被电瓶车推出。重载列车在运出的过程中，重量较轻的空管片车运行在前面，很容易发生列车运行过程中掉道的安全问题。区间运输线路的走向如下：图4-3运输线路走向图综合考虑本标段的运输特点，道岔的布置如下所述：a 先行始发右线始发井天府广场站区间段。距离洞口200m位置处设置一道岔。用于始发井内4轨3线向洞内单线的转换，同时可以提供两列车的会让站，以便最大限度的减少2列车运输的列车等待时间。b 在天府广场站站内设置一道岔，用于左线运输车辆的调头换向。左线在达到第二个车站骡马市站前，只能采用两

26、列车出渣运输方式，而且每次运输都要多运行一个右线始发井天府广场站区间的距离，这是制约左线进度的关键因素。c 左线在骡马市站、文武站设置一道岔，实施3列车运输的方案，用于提高左线掘进效率。d 右线在文武站设置一道岔，实施3列车运输的方案，用于提高掘进效率。4.3水平运输组织本标段的水平运输根据线路区间的长度可以分为2列车和3列车编组运输方式，其编组如下：2列车编组列车1：1辆电瓶车+3辆渣土车+1辆浆液车+1辆膨润土浆液车+2辆管片车列车2：1辆电瓶车+3辆渣土车+1辆渣车底盘列车运行步骤：列车1运输管片、浆液进入盾构机内。解编列车，作业人员卸管片，倒运浆液。开始掘进0750mm，三个渣斗装满后

27、，挂车成列出洞，到达始发井进行出渣下材料作业。列车2进空渣车及所需材料，先卸下所运输材料，然后开始掘进7501500mm，渣斗装满后出洞，到达始发井进行出渣作业。洞内开始拼装管片。列车1再次进洞（空渣车，浆液，管片）。以上三个步骤完成一个掘进循环。随着掘进距离的不断增加，可以增加1列车用于提高掘进效率，3列车编组列车1：1辆电瓶车+3辆渣土车+1辆浆液车+1辆膨润土浆液车+2辆管片车列车2：1辆电瓶车+3辆渣土车+1辆渣车底盘列车3：1辆电瓶车+3辆渣土车+1辆渣车底盘列车运行步骤（前提条件是列车运行前盾构机浆液罐内存3 m³浆液）：列车2进入盾构机内。开始掘进0750mm，三个渣斗

28、装满后，出洞，在道岔处和列车1会合，到达始发井进行出渣下材料作业。列车1在列车2到达盾构机内掘进两斗后，开始进入隧道内，并停在道岔处，等列车2过道岔后立即驶入洞内。解编列车，作业人员卸管片，倒运浆液。开始掘进0750mm，3个渣斗装满后，挂车成列出洞，在道岔处与列车3会合，到达始发井进行出渣下材料作业。同时洞内开始拼装管片。列车3在列车1到达盾构机内掘进两斗后，开始进入隧道内，并停在道岔处，等列车1过道岔后立即驶入洞内。开始掘进出渣作业。以上三个步骤完成一个掘进循环。5.运输循环时间根据既有的盾构隧道施工经验，结合本工程的地质特点以及盾构机性能，制定出以下不同地层掘进进度指标表。表5-1 不同

29、地层盾构掘进进度指标表地层分类最高日掘进循环数平均日掘进循环数平均月掘进循环数始发、到达掘进35环/d4环/d<2-8>掘进8环/d57环/d180环/月<3-7>掘进6环/d46环/d150环/月5.1垂直运输循环时间设计重载列车到达始发井，定位：0.2分钟，解编：0.2分钟，开始下管片。列车继续向前行驶准备出渣位置：0.4分钟出渣每钩所用时间定位:0.2分钟 挂钩:0.2分钟提升:25/12=2.08 小车行驶:5/31=0.16分钟大车行驶:8/38=0.21分钟 倒渣及回位:1分钟大车行驶: 8/38=0.21分钟 小车回程:5/31=0.16分钟下降:25/1

30、2=2.08分钟 脱钩:0.2分钟每钩所用时间:0.2+0.2+2.08+0.16+0.21+1+0.21+0.16+2.08+0.2=6.5分钟 取9分钟 3钩需要27分钟装管片每钩所用时间小车行程：12/30=0.4分钟下降：25/13.9=1.79分钟对位并上升：1.5分钟上升：25/13.9=1.79分钟小车回位：12/30=0.4分钟每钩所用时间：0.4+1.79+1.5+0.4+1.79=5.88分钟取8分钟2钩所用时间16分钟下材料的时间下材料的时间可以占用12钩的运行时间，既保证在816分钟完成。下浆液的时间在下管片的同时可以下浆液和膨润土浆液，6 m³的浆液8分钟内可以放完。电瓶车换电瓶时间在熟练的情况下，电瓶车更换电瓶可以在30分钟以内完成综合以上时间的计算分配，在不吊装材料的情况下，单列运输车辆在始发井停留时间为：0.2+0.2+0.4+27+0.4+0.2=28.4分钟，取33分钟。在吊装材料的情况下，单列运输车辆在始发井共用时：0.2+0.2+0.4+27+0.4+0.2+