盾构法施工后配套运输方案

地铁盾构法施工后配套轨道运输方案摘要：土压平衡式盾构法施工的后配套运输系统配置方案，涉及到与盾构机能力匹配及施工进度、一次配置成本或长期使用成本、对本标段或今后不同标段的适用性、以及施工管理的易操作性等问题。

一台盾构机，如要达到较高的施工进度必须配置强大的后配套运输系统。

如要取得较高的施工效益必须配置最佳的后配套运输系统。

目前，国内盾构法施工的后配套运输系统基本上均采用有轨运输方式。

运输系统的主要参数与隧道长度、隧道坡度、工程进度要求、盾构机型号及参数有关，也与施工单位的管理方式有关。

前者是必须满足的必要条件，后者是可综合考虑的相关因素。

一、轨道运输系统的组成和运输循环·由钢轨和轨枕组成隧道运输轨线，可以是单线制、四轨三线制或复合式轨线制。

3．轨道运输系统循环过程平运出，提升门吊系统则完成渣土的垂直运输。

（2）渣土的吊卸：门吊把渣车车箱吊离渣车底盘，到规定的高度后，车箱随门吊小车横移到渣仓纵方向位置，再随门吊大车移动到渣仓横向位置，利用设置在门吊上的翻转机构，随着吊钩下落车箱及渣土利用重心与转轴的不平衡而翻转卸渣。

从车箱被吊离底盘到车箱吊回底盘，卸渣过程约需8~12分钟左右。

受起升下降速度及起重安全规程所限，不同容量的车箱在这一过程中需要的时间基本相同。

4．有轨运输方式的优点有轨运输方式的优点是适用性强，能把从泥浆（指的是含水较多的渣土）到砂砾和卵石等各种类型的盾构机切削出来的碴土运出。

把管片、背衬浆料，各种材料运进。

能适应各种区间隧道长度，系统本身采用的工业技术及产品也极为成熟可靠。

目前国内的土压平衡式盾构法施工的运输系统，均采用轨道方式。

国内外TBM施工有采用长距离输送带方式进行碴土运输的实例，但国内的盾构法施工绝大多数采用轨道运输系统。

主要原因是盾构机的掘进和管片安装不能同步进行，输送带连续输送的优势不能发挥，而管片和各种材料的运进仍需轨道运输系统。

盾构区间施工距离一般也不长，在短距离的施工区间同时配置两种运输系统带来诸多不便，因此盾构法施工目前少有采用输送带长距离进行碴土运输的实例。

二、运输方案选择、设计、计算1．运输方案选择需要考虑的因素·工程施工进度要求和配置成本后配套运输系统的能力肯定和首先要满足工程施工进度要求，在此前提下，配置成本有不同的考虑：A、完全按本工程施工进度的要求来考虑。

这时又有两种可能：一是后配套运输系统投资在本工程中完全摊销（例如：盾构机是租用的或其他原因），运输系统设备在满足可靠性和进度的前提下，技术等级和使用寿命仅考虑本工程需要以使成本最低。

二是投资在本工程中不完全摊销，设备的技术等级和使用寿命须适当考虑。

B、兼顾以后工程预计的施工进度要求来考虑。

由于后配套运输系统往往随盾构机继续在以后的工程施工中使用，因此建议后配套运输系统的能力要兼顾以后工程施工进度的需要。

另外需要提醒的是：后配套运输系统的能力必须比盾构机的能力略大，以补偿工序衔接脱节时带来的时间损失以保证预定的施工进度。

因为工序脱节是难以避免的。

·系统技术等级和配置成本后配套运输系统设备的技术等级不同也影响配置成本。

但技术等级低一般会导致系统的可靠性低。

由此在施工中带来的损失往往比节省的配置成本大得多，因此建议适当考虑系统设备的技术等级。

·系统标准化系列化要求A、如果本公司其他的盾构机已经有后配套运输系统的配置，那么本工程后配套运输设备配置的型号规格最好与原有的设备相同。

除非原有的设备不合理需要改换。

B、后配套运输系统的能力与设备的规格、数量有关。

同一种配置能力，设备规格大的数量少，规格小的数量多。

要综合考虑设备的规格，使之具有普遍的适用性。

假设本工程预定的施工进度不高，那么配置适当规格和数量的设备，待下一工程施工进度要求高或低时，只增缺点：·轨道需要量增大一倍，轨枕要求的长度长、强度大，需要量很大。

间施工。

两者结合取长补短形成复合式轨线制：当盾构区间特长（3000m以上）时，主运输轨线仍为单线制轨线，在后配套后部和隧道的特定点设双线会车点，可以是固定的或可移动式的。

会车点间隔距离根据运输系统诸参数计算确定，既节省钢轨和轨枕材料又满足特长盾构区间施工运输需要。

但复合式轨线制对行车调度系统和施工工序的准时要求严格，略有差错全线混乱。

但通过强化管理仍可办得到。

行车调度可借助于铁路的自动闭塞系统来管理，中央调度室控制各会车点的红绿灯放行列车。

施工工序的准时靠强化管理实现。

四轨三线制和单线制轨线比较，各有优缺点。

但现场用单线轨制较多。

主要是盾构区间长度一般都不太长，单线制轨线可以适应，而四轨三线制的钢轨和轨枕材料需要量确实太大，现采用得不多。

复合式轨线制在TBM施工中有使用的实例，但目前在盾构施工中尚未有实例。

如盾构区间隧道的长度特长时，复合式轨线制将体现出优势。

·渣土运输车容量选择在影响后配套运输系统能力的所有因素中，唯一没有选择余地的是门吊的提升速度，考察众多门吊产品及根据实际经验，重物在自由状态下提升的速度一般不超过20M／min，运行速度一般为20－30M／min左右，由于地铁隧道标高与地面标高差一般为15－30M，因此，即使为碴车提升设置导向稳定装置，也因提升高度太短，提升平均速度提高不多，反而会使碴车定位时间延长。

根据门吊的提升速度、大车小车的运行速度计算及已经实际测试过的数据，每台门吊每天的极限提升循环车数约为120车。

因此，渣车容量的大小成为制约垂直运输能力的因素，渣车容量越大则垂直运输能力越大。

·编组列车容量选择渣土运输车容量确定后，还需确定编组列车的容量。

盾构机一个掘进循环的渣土是由一列车运出？还是由两列车运出？或者由多列车运出？在轨线制选择中已涉及这一问题。

就成本来说，一个掘进循环的渣土由一列车运出还是由两列车运出差别不大，各车辆的数量是相同的。

只有机车的数量不同，但一个大机车的价格和两个小机车的价格差不多。

供决策的因素是区间的长短和出渣场地条件。

·列车运行持续速度选择隧道坡度和机车持续速度对机车的粘重和功率影响很大，而机车的粘重和功率又直接决定机车的价格。

隧道坡度在工程参数确定后是无法改变的，但机车持续速度是可以选择的。

从满足施工进度方面说，机车持续速度越快越好。

从降低机车价格方面说，机车持续速度越低越好。

但实际上决定机车持续速度的因素是轨道铺设标准，由于地铁隧道施工运输轨线都是临时性质的，轨道铺设标准较低。

即使机车具备较高的持续速度能力，也难以发挥。

根据经验，地铁隧道施工运输轨线允许的行驶速度一般在15～20km/h以下。

故中隧集团目前在地铁隧道施工的机车持续速度一般为8km/h，最高速度为16km/h。

根据这一速度再来计算列车的容量等级和所需的列车数。

·运输系统的技术等级选择后配套运输系统的技术等级由系统诸多部分采用何种工业技术来评定。

系统当中当然会包含传统的或现代的工业技术。

以机车为例：如选用内燃机车，则有进口内燃机车和国产内燃机车之分。

如选用蓄电池机车，则有直交变频机车和直流机车之分。

建议采用具有较高技术等级的设备以提高运输系统的可靠性。

·渣土的松方系数和容重地质情况不同将导致松方系数差别较大，例如：中隧集团在广州越三区间隧道实测的松方系数达 1.8，在南京地铁南北线一期工程玄武门－南京站区间隧道实测的松方系数只有1.1弱，但后配套运输系统要适应多个盾构区间掘进，故一般按照1.5松方系数计算，如与实际不符则靠增减渣车数量来解决。

在刀盘切削的条件下，盾构掘进松方因含有大量的水，其容重较山岭隧道开挖松方的容重略大。

而且不管松方系数如何，实际容重多为1.8—2.0吨/立方左右，因为当切削的岩土粒度较大时，往土仓加的泥水填满了岩土的空隙，当切削的岩土粒度较小时，松方比较密实，与实方的重量差不多。

2.2运输能力计算和设备配置设以某一盾构区间为例进行计算、配置，设其工程参数为：盾构机切削直径：Φ6300 mm 盾构区间长度：2000M 施工平均进度指标：360米/月管片宽度：1.2M 出渣井提升高度：20M 隧道坡度：30‰2.2.1每循环渣量估算每循环松方渣量：G=π×R2×B×μ=3.14×3.152×1.2×1.5=56立方米其中：R---开挖半径 B---循环长度μ--松方系数2.2.2每循环渣重估算每循环渣重：56×2.0=112t 为了使机车牵引力有足够的能力储备，容重系数按2.0计算2.2.3门吊每车次卸渣循环时间估算设：小车平均行走行程10M，大车平均行走行程10M，提升及下降平均速度8M／min，小车行走平均速度12M／min，大车平均行走速度20M／min。

每循环工序时间：碴车定位：0.25分钟挂杆挡接:0.4分钟提升: 20/8=2.5分钟小车行驶:10/12=0.83分钟大车行驶:10/20=0.5分钟倒碴及回位:1.5分钟大车回程:10/20=0.5分钟小车回程:10/20=0.83分钟下降:20/8=2.5分钟挂杆脱离:0.4分钟循环时间：∑＝10.2分钟≈11分钟（实测12分钟）2.2.4门吊每工作日理论、实际极限卸碴车次每工作日理论极限循环车次为： 24小时×60分钟／12分钟＝120车次实际每工作日极限循环车次为： 16小时×60分钟／12分钟＝80车次2.2.5按门吊能力计算，不同容量渣车每工作日理论、实际极限垂直运输能力：由：环数 = 提升车次数×渣车容量（立方米）/每环松方渣量（立方米）；得：2.2.6 运输能力计算和设备配置（单口区间隧道）：·轨线制：已知盾构区间长度：2000M。

设采用单线制轨线。

·渣车容量：根据2.2.5的计算，又已知施工平均进度指标为360米/月（300环），设每月掘进工作日为25天，则每天应完成12环。

故选择容量为11.5立方米的渣车。

·列车容量：采用每掘进循环渣量由一列车运出方案，则每列车渣车数量为5辆。

注：选择14.5立方米容量渣车，则每列车渣车数量为4辆。

选择18.5立方米容量渣车，则每列车渣车数量为3辆。

选择大容量渣车意味着门吊的起重量加大而使其价格增高。

故本例选择小容量渣车。

·运输循环和列车数量：盾构机确定后，根据区间地质情况的不同，掘进速度有快有慢，一般为4-15 厘米/分，每循环掘进时间约为30分钟。

管片安装时间为30分钟（熟练时）。

循环总时间为60分钟。

设：列车平均行驶速度为8km/h、每循环渣量一列车运出。

得：因此，单口区间隧道列车数量应为两列，才能满足盾构掘进循环的连续和不间断。

另设：列车平均行驶速度为8km/h、每循环渣量两列车运出。