CN101881178A - 中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其包括以下步骤：(1)在工作井口设置移动平台，以进行空车与重车的错车。(2)在隧道内铺设单轨。(3)以水平运输时间为依据，在隧道内加固定岔道。(4)多辆运输车按照运输规则进行运输。采用本发明的运输方法，在保证安全性的前提下，可以大幅缩短施工工期，具有很显著的经济效果。

Description

中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，特别涉及一种中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法。

背景技术

城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解城市交通、改善城市环境的重要手段，也是建设资源节约型、环境友好型城市的重要途径。目前在能源调度、引水工程、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设中，盾构法因其在特定条件下的经济合理性及技术方面的优势得到了广泛应用。

对于盾构施工方法，运输系统、盾构机掘进系统、拼装工艺是三个相互制约的因素。目前国内外都加大了盾构机的研制力度，盾构机的推进速度有了很大的提高。拼装工艺上，设备性能的提高，新工艺的使用大大提高了拼装速度。而对于运输系统，随着未来超大直径越江盾构隧道和交通枢纽的高速公路隧道的建设规模日益扩大，隧道建设将呈“更大直径”、“更长距离”、“更大埋深”的发展趋势，这种发展趋势对隧道运输系统提出了更高的要求。

在盾构法隧道施工中，从单方面因素看，盾构正面连续顶进速度可达5cm/min，盾构机的平均掘进速度可达30mm/min，拼装一环的时间按1小时计，以管片1.5m宽计算，平均每天施工环数在12-13环，每天掘进距离可达20m，但是目前实际施工速度平均却只有10m左右。因而从已建隧道的施工经验看，对于影响盾构施工进度的众多因素中，运输系统已经成为了最主要的制约因素，施工运输不能满足盾构机连续掘进的要求，使盾构机械无法发挥其最大潜力，造成资源浪费、施工时间延长的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，以解决现有的盾构法隧道施工中，运输方法资源浪费多、施工时间长，无法发挥盾构机最大潜力的问题。

本发明提出一种中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其包括以下步骤：(1)在工作井口设置移动平台，以进行空车与重车的错车。(2)在隧道内铺设单轨。(3)以水平运输时间为依据，在隧道内加固定岔道。(4)多辆运输车按照运输规则进行运输。

优选的，所述运输车的数量比隧道内岔道数量多2。

优选的，所述运输车按照运输规则进行运输具体包括以下步骤：(1)运输车行进到岔道后进行等待。(2)运输车在岔道与另一运输车交汇后进行错车。(3)运输车继续前行。

优选的，在隧道内设置岔道时，所述岔道的位置根据隧道内部不安装岔道之前，按水平运输连续供料最大环数计算。

优选的，在隧道内设置岔道时，所述岔道的位置依照以下公式得到：

其中，X表示推进环数；L为管片宽度；V₁为运输车进入车架前的速度；L_车架长度为车架长度；V₂为运输车进入车架后的速度；T₃为运输车开挖面等待时间。

优选的，在隧道内铺设单轨时包括以下步骤：(1)在隧道中铺设轨枕，所述轨枕的上表面呈水平。(2)将轨道固定在所述轨枕上表面的两侧。

优选的，铺设所述轨道时海具体包括以下步骤：(1)在轨枕上表面的两侧分别设置两道凹槽。(2)将轨道卡嵌在凹槽中。(3)将所述轨道与所述轨枕间用压板螺栓连接，并焊接固定。

优选的，所述轨枕采用14号槽钢加工而成。

优选的，所述移动平台采用电动葫芦作为动力装置。

优选的，所述工作井口的垂直吊运速度与隧道中的水平运输能力相匹配，并根据此原则选择适当的运输车。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明的运输方法，在工作井口配置有移动平台，方便重车与空车之间的错车，使垂直运输和水平运输衔接更加合理，大大提高了垂直运输系统的工作效率，可以有效提高施工进度。

2、本发明的运输方法，在隧道的合理位置设置有岔道，并配合合理的运输车运行方式，使运输方法能满足长距离隧道盾构连续推进的要求，从而在成本增加不大的情况下，充分发挥了盾构机的推进速度，实现长距离隧道快速掘进，使工期大幅提前，其经济效果显著。

3、本发明的运输方法，其使用的单轨是通过对传统工艺中轨枕的改进设计，使运输车轨道达到安全平稳、事故率低的使用现状。

附图说明

图1为本发明中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法的一种实施例流程图；

图2为本发明运输方法所采用的一种工作井口的实施例示意图；

图3为本发明铺设单轨时的流程图；

图4为传统的施工工艺所采用的一种落地轨枕示意图；

图5为本发明运输方法所铺设的单轨示意图。

具体实施方式

本发明的运输方法与常规运输不同之处是，运输系统能对中等直径长距离隧道连续供料，最大限度地发挥盾构机的掘进速度，且工程成本增加不大。因此对工期紧、施工难度大的工程具有指导性。

以下结合附图，具体说明本发明。

请参见图1，其为本发明中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法的一种实施例流程图，其包括以下步骤：

S101，在工作井口设置移动平台。

S102，在隧道内铺设单轨。

S103，以水平运输时间为依据，在隧道内加固定岔道。

S104，多辆运输车按照运输规则进行运输。

本发明所要解决的技术问题是改变现有软土隧道盾构法施工运输系统的缺点，提供一种高效运输系统在长距离盾构施工中的应用。而盾构法隧道施工需用垂直与水平运输系统将管片等材料送到工作面上，实际工况上下吊运速度必须与水平运输能力匹配，以此为原则选择行车、机具。

在垂直运输时，由于有些平面狭小的工作井内存在斜支撑梁，使吊运材料十分困难。因而本发明在工作井口设置移动平台(步骤S101)，并在移动平台上铺设双轨，可以通过移动平台调整运输车(本申请中运输车还另称为电机车)在工作井内的位置，以方便垂直运输，并使垂直运输和水平运输衔接更加合理。当空车驶入工作井后，还可以利用移动平台错车，此时重车可以驶入工作面，因此本发明配备了移动平台之后可以比传统的Y型道岔更具有适应性。

请参见图2，其为本发明运输方法所采用的一种工作井口的实施例示意图。其使用长度为20m，不同于地铁隧道(通常地铁施工时，其后有车站，可以使用)，也不同于大直径隧道(通常大直径隧道在施工时有暗埋段可以使用)，每辆运输车拖拉的平板车数量受限制。由于斜支撑梁的存在使得安装“Y”型道岔后，吊装材料变得十分困难。又由于采用的是泥水盾构，每环切削的土体由泥水管路带出，决定单环推进速度主要由管片垂直运输时间、管片水平运输时间、管片拼装时间以及盾构推进速度决定。为确保推进进度，需在工作井处安装两股轨道，通常是安装一副岔道，但由于工作井有斜梁，安装好岔道和轨道后，其中一侧的轨道无法吊运管片。无法满足施工进度的需要，为此，考虑采用水平移动的平台，在工作井底部布置框架结构，在上部安装轮子，在工作井内安装移动平台，安装岔道。这样可以满足井口同时可停两辆电机车，根据测算，移动平台一次所需时间为3分钟。有了移动平台，大大提高了垂直运输系统的工作效率。当空车驶入工作井后，可以通过移动平台错车，此时重车可以驶入工作面。通过安装移动平台，随着运输距离增长，垂直运输系统对快速施工的影响作用逐渐减小，经济效益明显，加快了施工进度。

本发明的水平运输主要方式为电机车的有轨运输，因此工作井口布置完毕之后，需要在隧道掘进的同时，在隧道内铺设单轨(步骤S102)。而本发明的运输方法所铺设的轨道有别于传统的落地轨枕，如图3所示，其铺设过程包括以下步骤：

S301，在隧道中铺设轨枕，所述轨枕的上表面呈水平。

S302，在轨枕上表面的两侧分别设置两道凹槽。

S303，将轨道卡嵌在凹槽中。

S304，将所述轨道与所述轨枕间用压板螺栓连接，并焊接固定。

为说明本发明的单轨相对于传统落地轨枕的区别优势，现将两者的截面示意图进行比对说明。如图4所示，其为传统的施工工艺所采用的一种落地轨枕示意图。由于隧道底部通常为非平面，因而此种轨枕无法保证轨道41连接平直稳定，且连接时多为角焊缝，焊缝质量不易保障，存在的质量缺陷，使轨道41在运输车的作用下发生容易局部疲劳破坏，使轨道变形，对运输车运行不利，经常出现运输车脱轨事故。

请参见图5，其为本发明运输方法所铺设的单轨示意图。其是经研究对传统轨枕进行的改进，落底轨枕52采用14号槽钢加工而成，轨道51与轨枕52间用压板螺栓53连接。轨枕52经过改进后，在轨道51延伸铺设的过程中，其定位方便，轨道51卡入轨枕52的凹槽内，减小了轨道51变位的可能，且施工方便，焊接量小。相比传统工艺，此种单轨使运输轨道铺设顺直、固定牢靠、轨枕52间距标准、轨道51面平整。也便于保养人员的检修，机车出轨发生率大大降低。经统计，轨道51向前延伸9米耗时在20分钟左右，可以实现同步施工。

铺设单轨之后，为了保证运输效率，本发明以水平运输时间为依据，在隧道内设置岔道(步骤S103)。在长距离隧道施工中，有轨运输系统的运输能力和轨道的铺设形式密切相关，本发明在传统单线制轨道基础上采用单轨加道岔的铺轨方式，即主运输轨线仍为单线制轨线，隧道内设固定道岔组成会车点。单轨加道岔方式轨线制兼有单线制轨线和双轨铺设优点，同时材料用量相对单轨铺设增加不大。

岔道的位置根据隧道内部不安装岔道之前，按水平运输连续供料最大环数来进行计算确定。在隧道内部不安装岔道之前，水平运输所需时间为：

其中，X表示推进环数；L为管片宽度；V₁为运输车进入车架前的速度；L_车架长度为车架长度；V₂为运输车进入车架后的速度；T₃为运输车开挖面等待时间。

在正式推进阶段，管理人员密切关注施工进度，可以得到上式中的各个参数，例如，假设L＝1.5m，V₁＝10km/h，L_车架长度＝100m，V₂＝5km/h，T₃＝30min，如果每环推进大约70分钟，由此可得X取2100时可满足条件，即当推进超过2100环，单轨铺设将出现供料不足现象，应铺设固定岔道。

水平运输能力主要由两个因素决定，即运输车的数量和岔道的位置，而岔道的使用需要配合运输车合理的运行方式，使运输系统能满足长距离隧道盾构连续推进的要求。在运输车运行过程中，在电机车型号、隧道内运输轨道形式确定的情况下，为了保障安全，运输车到达岔道后必须等待交汇、错车，不可盲目前行，即单股轨道内只能运行一辆电机车，所以运输车到达岔道后，必须与相向而行的运输车相遇一次才能前行，否则继续等待，直至两车相遇。根据这一原则，当设置u个岔道时，在经济允许的条件下，最大限度地保证不撞车，宜配置u+2辆运输车(工作井位置配置有2辆运输车)，这样可以方便地安排运输车操作。

为了确保隧道内电机车运行安全和效率，电机车的运行通常还需要遵守以下原则：

1、工作井处人员与隧道内道岔处调度员必需保持通讯正常，发现通讯不畅，及时通知施工队检修。

2、电机车司机必须服从工作井处和隧道内道岔处调度员的调度。

3、调度员调度车辆时，必须确保单股隧道上只能运行一辆电机车。

4、一旦在隧道内某处电机车出轨或别的故障，及时通知工作井处和隧道内道岔处的调度员，同时打开车辆灯光，等待人员处理。

5、各班需严格遵守操作规程。

本发明适用于中等直径长距离软土隧道的施工，可在盾构法隧道工程建设中得到广泛应用。首先，在工作井口设置移动平台，使得管片和其他施工材料可以顺利吊运，可以不间断的进行垂直和水平运输。其次，改进传统工艺的轨枕，使运输轨道铺设顺直、固定牢靠、轨枕间距标准、轨道面平整。最后在隧道内加固定岔道的方式，并研究出合理的运输车运行方式，使运输系统能满足长距离隧道连续施工的要求，从而在成本增加不大的情况下，充分发挥了盾构机的推进速度，实现长距离隧道快速掘进，使工期大幅提前，其经济效果显著。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，包括以下步骤：

在工作井口设置移动平台，以进行空车与重车的错车；

在隧道内铺设单轨；

以水平运输时间为依据，在隧道内加固定岔道；

多辆运输车按照运输规则进行运输。

2.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，所述运输车的数量比隧道内岔道数量多2。

3.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，所述运输车按照运输规则进行运输具体为：

运输车行进到岔道后进行等待；

运输车在岔道与另一运输车交汇后进行错车；

运输车继续前行。

4.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，在隧道内设置岔道时，所述岔道的位置根据隧道内部不安装岔道之前，按水平运输连续供料最大环数计算。

5.如权利要求4所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，在隧道内设置岔道时，所述岔道的位置依照以下公式得到：

其中，X表示推进环数；L为管片宽度；V₁为运输车进入车架前的速度；L_车架长度为车架长度；V₂为运输车进入车架后的速度；T₃为运输车开挖面等待时间。

6.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，在隧道内铺设单轨时包括以下步骤：

在隧道中铺设轨枕，所述轨枕的上表面呈水平；

将轨道固定在所述轨枕上表面的两侧。

7.如权利要求6所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，铺设所述轨道时具体为：

在轨枕上表面的两侧分别设置两道凹槽；

将轨道卡嵌在凹槽中；

将所述轨道与所述轨枕间用压板螺栓连接，并焊接固定。

8.如权利要求6或7所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，所述轨枕采用14号槽钢加工而成。

9.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，所述移动平台采用电动葫芦作为动力装置。

10.如权利要求1所述的中等直径长距离隧道盾构施工的快速运输方法，其特征在于，所述工作井口的垂直吊运速度与隧道中的水平运输能力相匹配，并根据此原则选择适当的运输车。

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