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1、地鐵盾構法施工軌道地鐵盾構法施工軌道運輸系統方案運輸系統方案 土壓平衡盾構法施工的運輸系統配置方案，涉及到與盾構機能力匹配及施工進度、一次配置成本或長期使用成本、對本標段或今后不同標段的適用性、以及施工管理的易操作性等問題。盾構機如要達到較高的施工進度需配置強大的施工運輸系統，如要取得高的施工效益需配置最佳的施工運輸系統。運輸方案應在兩者之間試選擇合適的平衡點。 目前，國內盾構法施工的運輸系統基本上均采用有軌運輸方式（泥水機棄碴由泥漿輸送系統運輸，但管片、砂漿、鋼軌及其他材料等仍需有軌運輸系統）。運輸系統的主要參數與隧道坡度、工程進度要求、盾構機型號及參數有關，也與施工單位的管理方式有關。前者2、是必須滿足的必要條件，后者是可綜合考慮的相關因素。地地鐵鐵盾盾構構法法施施工工的的場場地地特特點點 一般來說，地鐵車站就是盾構機的始發點。地鐵車站主框架施工完畢后，盾構機開始在車站里面組裝始發。盾構機施工期間，車站主框架要為盾構機設一安裝井，同時也作為出渣井。有時除安裝井外還專門另設出渣井。施工運輸包含了水平運輸和垂直運輸兩大部分。軌軌道道運運輸輸系系統統設設備備組組成成由提升門吊、門吊上的翻轉倒碴裝置（或固定在地面上的翻轉倒碴裝置）、門吊軌線、地面渣倉等組組成成垂垂直直運運輸輸系系統統。包包括括渣渣土土的的垂垂直直運運輸輸及及管管片片、材材料料垂垂直直下下放放運運輸輸。由牽引機車、碴土運輸車3、沙漿運輸車、管片運輸車及軌線組組成成水水平平運運輸輸系系統統。編組列車如上圖所示，管片運輸車在前方，列車進入盾構機后配套系統時，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，組成隧道運輸軌線，軌線可以是單線、四軌三線或復合式軌線。2.32.3軌道運輸系統循環過程軌道運輸系統循環過程 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4、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，利用設置在門吊上的翻轉機構，隨著吊鉤地下落，車箱及渣土利用重心與轉軸的不平衡而翻轉卸渣。 卸碴的總體布置與場地布置有很大的關系，根據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。基本上取決于場地。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構和翻碴裝置結構進行采購和制造。 有有軌軌運運輸輸方方式式的的優優點點 有軌運輸方式的優點是適用性強，能把從泥漿5、（指的是含水較多的渣土）到砂礫和卵石等各種類型的盾構機切削出來的碴土運出。把管片、背襯漿料，各種材料運進。能適應各種區間隧道長度，系統本身采用的工業技術及產品也極為成熟可靠。目前，國內的土壓平衡式盾構法施工的運輸系統均采用軌道方式。工工程程施施工工進進度度要要求求和和配配置置成成本本 施施工工運運輸輸系系統統的的能能力力肯肯定定和和首首先先要要滿滿足足工工程程施施工工進進度度要要求求，在在此此前前提提下下，配配置置成成本本有有不不同同的的考考慮慮： 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：一是運輸系統的投資在本工程中完全攤銷（例如：盾構機是租用的或其他原因），運輸系統設備在滿足6、可靠性和進度的前提下，技術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，設備的技術等級和使用壽命須適當考慮后續工程的需要。B、系統技術等級和配置成本、系統技術等級和配置成本 施工運輸系統設備的技術等級不同也影響配置成本。但技術等級低一般會導致系統的可靠性低。由此在施工中帶來的損失往往比節省的配置成本大得多，因此建議適當考慮運輸系統設備的技術等級。系統標準化系列化要求系統標準化系列化要求如如果果本本公公司司其其他他的的盾盾構構機機已已經經進進行行了了施施工工運運輸輸系系統統的的配配置置，那那么么本本工工程程的的施施工工運運輸輸設設備備配配置置的的型型號號規規格格最最好7、好與與原原有有的的設設備備相相同同。除除非非原原有有的的設設備備不不合合理理需需要要改改換換。如如果果本本公公司司初初始始進進入入盾盾構構法法施施工工領領域域，則則應應綜綜合合考考慮慮配配置置適適當當規規格格的的設設備備，并并作作為為本本公公司司盾盾構構法法施施工工的的通通通通用用用用或或標標標標準準準準化化化化設設備備，對對公公司司長長期期的的技技術術、管管理理、成成本本都都有有好好處處。軌軌線線制制選選擇擇四軌三線制軌線四軌三線制軌線四軌三線制軌線四軌三線制軌線 采用四軌三線制四軌三線制時，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。在盾構機后配套后部設一雙開道8、岔浮放軌，可由盾構機或由機車拖移。通過浮放軌，列車可在由兩根內軌組成的中線進入盾構機后配套內部。優點：優點：優點：優點：1 1）由于左右兩線的運輸互不干涉，運輸是連續）由于左右兩線的運輸互不干涉，運輸是連續 的，與區間隧道的長度無關。不管區間隧道的，與區間隧道的長度無關。不管區間隧道 長度是長是短都能適應。長度是長是短都能適應。2 2）編組列車的容量和編組列數受運行因素的影）編組列車的容量和編組列數受運行因素的影 響較小，配置的靈活性大。響較小，配置的靈活性大。3 3）列車調度較為靈活，易于應付突發性故障和）列車調度較為靈活，易于應付突發性故障和 事件。事件。4 4）工序適應性較強，當工序臨時9、變動或脫節時，）工序適應性較強，當工序臨時變動或脫節時， 便于臨時調度。便于臨時調度。缺缺點點： 軌道需要量增大一倍，軌枕要求的長度長，需要量大。單單線線制制軌軌線線 列車直接進入盾構機后配套。優點：優點：1）鋼軌需要量少。軌枕材料需要量少。2） 軌面標高低，有利于盾構機后配套設備 布置。3）列車運行管理較為簡單。缺點：缺點：1）只適用于短區間隧道施工。否則列車運 行的脫節將會使盾構機掘進發生停機等 待。因此，單線制軌線一般只用于區間 長度為2000米以下的隧道的出碴運輸。2）不利于應付突發故障和事件。3）工序的適應性差，當工序脫節時，難以 臨時調度彌補。復復合合式式軌軌線線 主運輸軌線仍為主10、運輸軌線仍為單線制軌線單線制軌線單線制軌線單線制軌線，在后配套后部設兩，在后配套后部設兩副浮放雙開道岔組成會車點。當隧道特長時在隧副浮放雙開道岔組成會車點。當隧道特長時在隧道中部可增設雙線會車點，可以是固定的或可移道中部可增設雙線會車點，可以是固定的或可移動式的。會車點間隔距離根據運輸系統諸參數計動式的。會車點間隔距離根據運輸系統諸參數計算確定。既節省鋼軌和軌枕材料又滿足特長盾構算確定。既節省鋼軌和軌枕材料又滿足特長盾構區間施工運輸需要。當隧道區間長度短時，區間施工運輸需要。當隧道區間長度短時，復合復合復合復合式軌線式軌線式軌線式軌線相當于相當于四軌三線制軌線，四軌三線制軌線，四軌三線制軌線，11、四軌三線制軌線，利用盾構機掘進利用盾構機掘進時間，另一組空的編組列車可駛入在后配套后部時間，另一組空的編組列車可駛入在后配套后部等待。等待。復合式軌線制復合式軌線制復合式軌線制復合式軌線制兼有兼有單線制軌線單線制軌線單線制軌線單線制軌線和和四軌三線制軌線四軌三線制軌線四軌三線制軌線四軌三線制軌線的優點。的優點。渣渣土土運運輸輸車車容容量量選選擇擇 在在影影響響垂垂直直運運輸輸系系統統能能力力的的所所有有因因素素中中，唯唯一一沒沒有有選選擇擇余余地地的的是是門門吊吊的的提提升升速速度度。重重物物在在自自由由狀狀態態下下提提升升的的速速度度一一般般不不超超過過3 30 0MMmmi in n，大大12、車車小小車車運運行行速速度度一一般般為為2 20 03 30 0MMmmi in n左左右右。根根據據門門吊吊的的提提升升速速度度、大大車車小小車車的的運運行行速速度度的的計計算算，每每臺臺門門吊吊每每天天的的極極限限提提升升循循環環車車數數約約為為1 12 20 0車車。因因此此，渣渣車車容容量量的的大大小小成成為為制制約約垂垂直直運運輸輸能能力力的的因因素素，渣渣車車容容量量越越大大則則垂垂直直運運輸輸能能力力越越大大。編編組組列列車車容容量量和和編編組組列列車車數數量量選選擇擇 采采用用四四四四軌軌軌軌三三三三線線線線制制制制軌軌軌軌線線線線時時，每每列列車車編編組組的的容容量量和和編編13、組組列列車車數數量量受受運運行行因因素素的的影影響響較較少少，可可以以采采用用小小容容量量多多列列編編組組列列車車方方式式，也也可可采采用用大大容容量量少少列列編編組組列列車車方方式式。 采采用用單單單單線線線線制制制制軌軌軌軌線線線線時時，每每列列車車編編組組的的容容量量和和編編組組列列車車數數量量受受受受運運行行因因素素的的影影響響很很大大，一一列列編編組組列列車車的的容容量量最最好好滿滿足足一一個個掘掘進進循循環環的的渣渣量量，單單口口至至少少配配置置兩兩列列編編組組列列車車。當當編編組組列列車車的的容容量量只只能能滿滿足足半半個個掘掘進進循循環環的的渣渣量量時時，盾盾構構機機的的一一個14、個掘掘進進循循環環中中肯肯定定會會停停機機等等待待一一次次。 采用復復合合式式軌軌線線制制時，列車容量與數量的考慮介于四四軌軌三三線線制制和單單線線制制軌軌線線之間。列列車車運運行行持持續續速速度度選選擇擇 隧道坡度和機車持續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確定后是無法改變的，但機車持續速度是可以選擇的。從滿足施工進度方面來說，機車持續速度越快越好。從降低機車價格方面來說，機車持續速度越低越好。根據經驗，地鐵隧道施工的機車持續速度為8km/h、最高速度為15km/h時較為合適。運運輸輸系系統統的的技技術術等等級級選選擇擇 后配套運輸系統的技術等級由系統諸多部分采用何種15、工業技術來評定。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等級的設備以提高運輸系統的可靠性，并能降低系統的使用成本。渣渣土土的的松松方方系系數數和和容容重重的的確確定定 地質情況不同將導致松方系數差別較大，例地質情況不同將導致松方系數差別較大，例如：集團在廣州越三區間隧道實測的松方系數達如：集團在廣州越三區間隧道實測的松方系數達1.81.8，在南京地鐵南北線一期工程玄武門南京站，在南京地鐵南北線一期工程玄武門南京站區間隧道實測的松方系數只有區間隧道實測的松方系數只有1.11.1弱，但后配套運弱，但后配套運輸系統要適應多個盾構區間掘進，故一般按照輸系統要適16、應多個盾構區間掘進，故一般按照1.51.5松方系數計算，如與實際不符則靠增減渣車數量松方系數計算，如與實際不符則靠增減渣車數量來解決。根據經驗，不管松方系數如何，實際容來解決。根據經驗，不管松方系數如何，實際容重多為重多為1.81.82.02.0噸噸/ /立方左右，這是因為當切削的立方左右，這是因為當切削的巖土粒度較大時，往土倉加的泥水填滿了巖土的巖土粒度較大時，往土倉加的泥水填滿了巖土的空隙。當切削的巖土粒度較小時，松方比較密實，空隙。當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。與實方的重量差不多。運運輸輸能能力力計計算算和和設設備備配配置置 設以某一盾構區間為例進行計算、配置17、。設其工程參數為：盾構機切削直徑：6300 mm 盾構區間長度：2000M 施工平均進度指標：360米/月管片寬度：1.2M 出渣井提升高度：20M 隧道坡度：30每循環渣量估算每循環渣量估算每循環松方渣量：G=R2B=3.143.1521.21.5=56立方米。 -松方系數。每循環渣重估算每循環渣重估算 每循環渣重：562.0=112t 為了有足夠的牽引力能力儲備，容重系數按2.0計算。 門吊每車次卸渣循環時間估算門吊每車次卸渣循環時間估算 設：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8Mmin，小車行走平均速度12Mmin，大車平均行走速度20Mmin。每循環工序18、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車次為： 24小時60分鐘12分鐘120車次每工作日實際循環車次設為： 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（環數）理論、實際垂直運輸能力（環數）： 由：環數 = 提升車次數渣車容量（立方米）/每環松方渣量（立方米）；得：軌線制軌線制軌線制軌線制： 設盾構區間平均運輸長度：設盾構區間平均運輸長度：2000M2000M。 設采用設采用單線制軌線。單線制軌線。單線制軌線。單線制軌線。19、渣車容量渣車容量渣車容量渣車容量： 已知施工平均進度指標為已知施工平均進度指標為360360米米/ /月（月（300300環），設環），設每月掘進工作日為每月掘進工作日為2525天，則每天應完成天，則每天應完成1212環。故環。故根據上面的計算，選擇根據上面的計算，選擇11.511.5立方米容量的渣車。立方米容量的渣車。列車容量列車容量列車容量列車容量： 采用每掘進循環渣量采用每掘進循環渣量由一列車運出由一列車運出由一列車運出由一列車運出方案，每列車方案，每列車渣車渣車渣車渣車數量為數量為5 5輛。輛。水水平平運運輸輸能能力力計計算算和和設設備備配配置置運運輸輸循循環環和和列列車車數數量量 根20、據實測，每循環平均掘進時間約為30分鐘。每環管片平均安裝時間為30分鐘（熟練時）。循環總時間為60分鐘。設：列車平均行駛速度為8km/h、得：因此，單口區間隧道因此，單口區間隧道列車數量應為兩列列車數量應為兩列列車數量應為兩列列車數量應為兩列，才能滿足盾構，才能滿足盾構掘進循環的連續和不間斷。掘進循環的連續和不間斷。或者按照以下公式計算：或者按照以下公式計算：已知區間平均運輸長度為已知區間平均運輸長度為2000M2000M，列車平均行駛，列車平均行駛速度為速度為8km/h8km/h（其余見上表），由上表得出掘進（其余見上表），由上表得出掘進循環時間為循環時間為6060分鐘，設為分鐘，設為T1T21、1，列車循環時間為，列車循環時間為120120分鐘（根據軌線制，如為單線制，當運距很長分鐘（根據軌線制，如為單線制，當運距很長時，可能會有等車時間，應包含在內），設為時，可能會有等車時間，應包含在內），設為T2T2，則滿足主機掘進無待機時間時，列車的數量，則滿足主機掘進無待機時間時，列車的數量，設為設為N N，應為，應為N NT2/ T1T2/ T1120/60120/602 2列。列。有時候算出來不是一個整數，但有不可能是有時候算出來不是一個整數，但有不可能是1.51.5或或2.52.5列，說明總體方案不合理，需要調整軌線制或列，說明總體方案不合理，需要調整軌線制或設中間浮放軌會車點。設中間22、浮放軌會車點。砂砂漿漿運運輸輸車車和和管管片片運運輸輸車車 每掘進循環渣量由一列車運出，因此每列車編組中包含一環管片背襯注漿量的6立方米的砂漿運輸車1輛。一環管片運輸的管片運輸車2輛。進度分析 1）取決于盾構機掘進和管片安裝的循環時 間。循環時間短則月平均進度高。 2）取決于盾構機有效的作業時間。 3）取決于管片的寬度。因為對于1.2M和1.5M的管片來說，盾構機循環時間改變不多。 4）取決于后配套運輸系統的能力。如果運輸系統的能力低則盾構機的能力不能發揮。因此，通過合理的運輸方案設計是不可缺少的。盾盾構構機機月月理理論論極極限限掘掘進進能能力力：每每月月環環數數= =天天數數 每每天天小小時23、時數數/ /每每循循環環時時間間= =3 30 0 2 24 4/ /1 1= =7 72 20 0環環。其其中中：采采用用1 1. .2 2 MM寬寬度度管管片片7 72 20 0環環= =8 86 64 4米米，采采用用1 1. .5 5MM寬寬度度管管片片7 72 20 0環環= =1 10 08 80 0米米。根根據據上上述述設設計計，本本運運輸輸系系統統配配置置的的水水平平和和垂垂直直運運輸輸的的理理論論極極限限能能力力也也均均為為7 72 20 0環環/ /月月。可可以以看看到到，運運輸輸系系統統設設備備配配置置合合理理、盾盾構構機機有有效效作作業業時時間間足足夠夠時時，盾盾構構法法施施工工的的潛潛力力很很大大。配配置置的的效效益益分分析析 在技術管理、施工管理、資源管理基本到位的情況下，施工效益來自于進度。后配套設備配置成本的合理性在于能夠滿足平均進度指標要求并能保證系統的可靠運行。從而保證作為工程施工的最主要的收益之一的進度效益。否則會因小失大。