CN117738728A - 一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，涉及盾构机技术领域。包括如下步骤：S1、图纸研究，S2、单环盾构掘进时间计算，S3、单环材料运输需求计算，S4、设备选型，S5、设备设计，S6、设备制造，S7、设备验收，S8、投入使用。本发明解决了常规盾构机水平运输编组和垂直运输设备与城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机掘进过程中的不匹配性，并较常规的盾构机水平运输编组和垂直运输过程，节省了水平运输编组在洞内会车的时间，提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别是涉及一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法。
背景技术
随着社会的进步，大直径盾构掘进施工越来越受到各地公共建设的青睐。但由于现阶段国内盾构施工仍处于管片外径6～6.2m级居多，从而导致盾构施工过程中采用的垂直、水平运输编组均为常规性45t门式起重机、50t电瓶机车编组，其中电瓶机车编组包含5辆18m3渣土车、1辆8m3浆车、2辆管片运输车。根据现有城际铁路管片外径8.8m级别盾构机每环(环宽1.8m)出土量最大可达约177m3(虚方系数1.5)，远超现有的电瓶机车编组一次的渣土运输量，城际铁路管片外径8.8m级别盾构机与现有电瓶机车编组的匹配性较低，按照常规电瓶机车编组不能够满足掘进一环的出土量和注浆量，必须采用两组电瓶机车编组在隧道内运行方能满足盾构机掘进一环的材料需求量和消耗量，同时垂直运输次数也相应增加，导致盾构机掘进施工效率大大降低。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，以解决上述问题。
为达上述目的，本发明提供一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，包括如下步骤：
S1、图纸研究：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机尺寸、盾构始发井结构图纸，根据盾构机图纸、盾构始发井结构图纸确定水平运输电瓶机车编组大概轮廓大小与编组长度，同时确定垂直运输设备盾尾与站位；
S2、单环盾构掘进时间计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机分别按照初始阶段、正常掘进阶段、长距离掘进阶段进行各阶段下掘进模式、掘进段落的单环掘进时间的计算；
S3、单环材料运输需求计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机单环的出渣容量、注浆需求量、管片需求量及掘进时间对水平运输容量、时间及垂直运输重量、时间进行计算；
S4、设备选型：根据上述步骤的研究、计算，对水平运输编组和垂直运输设备进行初步选型；
S5、设备设计：根据选型结果，结合盾构施工的高效性、安全性对水平运输编组、垂直运输设备进行专项设计；
S6、设备制造：根据设计成果联系专业厂商进行加工制造；
S7、设备验收：对加工好的水平运输编组和垂直运输设备分别进行场内验收和安装后验收；
S8、投入使用：验收通过后，进行使用，并对使用过程中的施工工效进一步考评和分析。
进一步地，在步骤S3和步骤S4中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环出渣方量，具体计算公式如下：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
k-松方系数，一般取1.2～1.8；
V-出渣方量(m3)；
其中，开挖直径为9.13m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，松方系数取1.5，计算得，出渣方量为176.7m3；选择使用6台33m3渣车运输渣土。
进一步地，在步骤S3和步骤S4中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环砂浆需求方量，具体计算公式如下：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
D0-管片外径(m)；
a-注浆率1.5，一般取1.2～1.5；
Q-注浆方量(m3)；
其中开挖直径为9.13m，管片外径为8.8m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，注浆率取1.8，计算得，注浆方量为15m3；选择使用1台15m3砂浆车运输浆液。
进一步地，在步骤S3中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环管片重量，具体计算公式如下：
式中：
D0-管片外径(m)；
D1-管片内径(m)；
B-管片宽度(m)；
P-每立方米混凝土重量(t)；
W-每环管片重量(t)；
其中，管片外径8.8m，内径8m，管片宽度1.8m，每立方米混凝土重量取2.5t，计算得，每环管片重量为47.5t；选择使用2台30t管片车运输管片。
进一步地，根据水平运输编组的选择，计算水平运输最大重量，具体计算公式如下：
6×G1+V×P0+G2+2×G3＝G
式中：
G1-渣车重量(t)；
G2-砂浆车重量(t)；
G3-管片车重量(t)；
G-水平运输编组最大重量(t)；
V-出渣方量(m3)；
P0-每立方米渣土重量(t)；
其中，渣车重量为15t，砂浆车重量为10t，管片车重量为3.5t，出渣方量为176.7m3，每立方米渣土重量取2t，计算得，水平运输编组最大重量为460.4t；选择85t电瓶机车拉动水平运输编组。
进一步地，盾构区间均采用有轨运输，采用43kg/m的钢轨，轨距970mm，轨枕采用弧形轨枕和可移动式拖车轨枕。
进一步地，所述水平运输编组设置有两组，盾构始发井铺设用于会车的道岔，所述道岔处设置有简易转辙器。
进一步地，根据盾构机掘进距离，在隧道1km，3km处分别增设双道，同时增加一列水平运输编组。
本发明解决了常规盾构机水平运输编组和垂直运输设备与城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机掘进过程中的不匹配性，并较常规的盾构机水平运输编组和垂直运输过程，节省了水平运输编组在洞内会车的时间，提高了施工效率。
附图说明
图1为本发明一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法的步骤流程图。
图2为本发明一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法的道岔示意图。
其中，1-盾构机；2-第一水平运输编组；3-第二水平运输编组；4-简易转辙器。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。
如图1-2所示，本发明中提供了一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，包括如下步骤：
S1、图纸研究：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机尺寸、盾构始发井结构图纸，根据盾构机图纸、盾构始发井结构图纸确定水平运输电瓶机车编组大概轮廓大小与编组长度，同时确定垂直运输设备盾尾与站位；
S2、单环盾构掘进时间计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机1分别按照初始阶段、正常掘进阶段、长距离掘进阶段进行各阶段下掘进模式、掘进段落的单环掘进时间的计算；
S3、单环材料运输需求计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机1单环的出渣容量、注浆需求量、管片需求量及掘进时间对水平运输容量、时间及垂直运输重量、时间进行计算；
根据施工需求，水平运输编组需配置渣车、砂浆车和管片车，因此需要对盾构机1单环的出渣方量、注浆方量和管片重量进行计算，首先对出渣方量进行计算：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
k-松方系数，一般取1.2～1.8；
V-出渣方量(m3)；
其中，开挖直径为9.13m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，松方系数取1.5，计算得，出渣方量为176.7m3。
然后对注浆方量进行计算：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
D0-管片外径(m)；
a-注浆率1.5，一般取1.2～1.5；
Q-注浆方量(m3)；
其中开挖直径为9.13m，管片外径为8.8m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，盾构机1在施工时，有时需要补浆或二次注浆，因此为保证注浆富余量，注浆率取1.8，计算得，注浆方量为15m3。
最后对管片重量进行计算：
式中：
D0-管片外径(m)；
D1-管片内径(m)；
B-管片宽度(m)；
P-每立方米混凝土重量(t)；
W-每环管片重量(t)；
其中，管片外径8.8m，内径8m，管片宽度1.8m，每立方米混凝土重量大致为2.3吨到2.5吨，为保证安全性和运输效率，每立方米混凝土重量取2.5t，计算得，每环管片重量为47.5t。
S4、设备选型：根据上述步骤的研究、计算，对水平运输编组和垂直运输设备进行初步选型；
根据上述计算，具体选用6台33m3渣车运输渣土，1台15m3砂浆车运输浆液，又因为每环管片由多节管片组成，故选用2台30t管片车运输管片。
再根据上述水平运输编组的配置，对水平运输编组的电瓶机车进行选择，选择时先对水平运输编组的最大运输重量进行计算，当水平运输编组送料时，渣车空载，砂浆车和管片车进行材料运输，当水平运输编组前往卸料时，砂浆车和管片车空载，渣车进行运输，又因为浆液和管片的重量远小于渣土的重量，因此当对水平运输编组的最大运输重量进行计算时，无需考虑浆液和管片的重量，具体计算公式如下：
6×G1+V×P0+G2+2×G3＝G
式中：
G1-渣车重量(t)；
G2-砂浆车重量(t)；
G3-管片车重量(t)；
G-水平运输编组最大重量(t)；
V-出渣方量(m3)；
P0-每立方米渣土重量(t)；
其中，渣车重量为15t，砂浆车重量为10t，管片车重量为3.5t，出渣方量为176.7m3，每立方米渣土重量取2t，计算得，理想情况下水平运输编组最大重量为460.4t，渣车满载时的最大重量为503t，因此按照最大牵引重量503t考虑电瓶机车选型，同时还需考虑盾构区间坡度在20‰以及轨道铺设平整度、轨距偏差、轨面油水、制动安全等情况，综合考虑下，参照电瓶机车参数表，选用85t电瓶机车。
对垂直运输设备进行选型时，垂直运输设备的最大起重量为出渣斗，出渣斗满载重量最大约为80t，因此考虑1.2的安全系数，垂直运输设备选择100t门式起重机。与此同时，为保证场内材料及时进行吊装作业，因此门式起重机配置双悬臂，可随时将门式起重机两侧材料及时运输下井，节省地面材料转运时间。
S5、设备设计：根据选型结果，结合盾构施工的高效性、安全性对水平运输编组、垂直运输设备进行专项设计；
盾构区间均采用有轨运输，采用43kg/m的钢轨，轨距970mm，轨枕采用弧形轨枕和可移动式拖车轨枕。
S6、设备制造：根据设计成果联系专业厂商进行加工制造；
S7、设备验收：对加工好的水平运输编组和垂直运输设备分别进行场内验收和安装后验收；
S8、投入使用：验收通过后，进行使用，并对使用过程中的施工工效进一步考评和分析。
在本实施例中，为保证施工效率，所述水平运输编组设置有两组分别为第一水平运输编组2和第二水平运输编组3，盾构始发井铺设用于会车的道岔，所述道岔处设置有简易转辙器4。
当第一水平运输编组2进行装卸料时，第二水平运输编组3在道岔处上方的轨道等待，当第一水平运输编组2完成装卸料时，第一水平运输编组2通过简易转辙器4从道岔处下方的轨道驶离，然后工作人员扳动简易转辙器4，第二水平运输编组3通过简易转辙器4进入装卸料处。以此使第一水平运输编组1装卸料完成离开装卸料位后，第二水平运输编组3可以快速就位，提高施工效率。并根据盾构机1掘进距离，在隧道1km，3km处分别增设双道，同时增加一列水平运输编组，进一步提高施工效率。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、图纸研究：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机尺寸、盾构始发井结构图纸，根据盾构机图纸、盾构始发井结构图纸确定水平运输车编组大概轮廓大小与编组长度，同时确定垂直运输设备盾尾与站位；
S2、单环盾构掘进时间计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机分别按照初始阶段、正常掘进阶段、长距离掘进阶段进行各阶段下掘进模式、掘进段落的单环掘进时间的计算；
S3、单环材料运输需求计算：根据城际铁路8.8m级大直径土压平衡式盾构机单环的出渣容量、注浆需求量、管片需求量及掘进时间对水平运输容量、时间及垂直运输重量、时间进行计算；
S4、设备选型：根据上述步骤的研究、计算，对水平运输编组和垂直运输设备进行初步选型；
S5、设备设计：根据选型结果，结合盾构施工的高效性、安全性对水平运输编组、垂直运输设备进行专项设计；
S6、设备制造：根据设计成果联系专业厂商进行加工制造；
S7、设备验收：对加工好的水平运输编组和垂直运输设备分别进行场内验收和安装后验收；
S8、投入使用：验收通过后，进行使用，并对使用过程中的施工工效进一步考评和分析。
2.如权利要求1所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环出渣方量，具体计算公式如下：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
k-松方系数，一般取1.2～1.8；
V-出渣方量(m3)；
其中，开挖直径为9.13m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，松方系数取1.5，计算得，出渣方量为176.7m3；选择使用6台33m3渣车运输渣土。
3.如权利要求2所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环砂浆需求方量，具体计算公式如下：
式中：
D-开挖直径(m)；
B-管片宽度(m)；
D0-管片外径(m)；
a-注浆率1.5，一般取1.2～1.5；
Q-注浆方量(m3)；
其中开挖直径为9.13m，管片外径为8.8m，管片宽度为1.8m，根据地质和施工经验，注浆率取1.8，计算得，注浆方量为15m3；选择使用1台15m3砂浆车运输浆液。
4.如权利要求3所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，在步骤S3中，根据城际铁路8.8m级盾构机的设计尺寸，计算每环管片重量，具体计算公式如下：
式中：
D0-管片外径(m)；
D1-管片内径(m)；
B-管片宽度(m)；
P-每立方米混凝土重量(t)；
W-每环管片重量(t)；
其中，管片外径8.8m，内径8m，管片宽度1.8m，每立方米混凝土重量取2.5t，计算得，每环管片重量为47.5t；选择使用2台30t管片车运输管片。
5.如权利要求4所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，根据水平运输编组的选择，计算水平运输最大重量，具体计算公式如下：
6×G1+V×P0+G2+2×G3＝G
式中：
G1-渣车重量(t)；
G2-砂浆车重量(t)；
G3-管片车重量(t)；
G-水平运输编组最大重量(t)；
V-出渣方量(m3)；
P0-每立方米渣土重量(t)；
其中，渣车重量为15t，砂浆车重量为10t，管片车重量为3.5t，出渣方量为176.7m3，每立方米渣土重量取2t，计算得，水平运输编组最大重量为460.4t；选择85t电瓶机车拉动水平运输编组。
6.如权利要求5所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，盾构区间均采用有轨运输，采用43kg/m的钢轨，轨距970mm，轨枕采用弧形轨枕和可移动式拖车轨枕。
7.如权利要求1所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，所述水平运输编组设置有两组，盾构始发井铺设用于会车的道岔，所述道岔处设置有简易转辙器。
8.如权利要求1所述的一种城际铁路大直径盾构快速掘进施工运输方法，其特征在于，根据盾构机掘进距离，在隧道1km，3km处分别增设双道，同时增加一列水平运输编组。
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| Title |
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| 罗元开: "盾构后备套选型及其经济实用性分析", 《建筑技术开发》, vol. 45, no. 7, 30 April 2018 (2018-04-30), pages 98 - 99 * |
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