盾构施工配套介绍

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轨面标高低,有利于盾构机后配套设备布置。,3,)列车运行管理较为简单。缺点:,1,)只适用于短区间隧道施工。否则列车运行的脱节将会使盾构机掘进发生停机等待。因此,单线制轨线一般只用于区间长度为,2000,米以下的隧道的出碴运输。,2,)不利于应付突发故障和事件。,3,)工序的适应性差,当工序脱节时,难以临时调度弥补。,C.,复合式轨线布置,主运输轨线仍为单线制轨线,在后配套后部设两副浮放双开道岔组成会车点。当隧道特长时在隧道中部可增设双线会车点,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。当隧道区间长度短时,复合式轨线相当于四轨三线制轨线,利用盾构机掘进时间,另一组空的编组列车可驶入在后配套后部等待。复合式轨线制兼有单线制轨线和四轨三线制轨线的优点。,5.2.1.2,渣土运输车容量选择,在影响垂直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。重物在自由状态下提升的速度一般不超过,30M,min,,大车小车运行速度一般为,20,30M,min,左右。根据门吊的提升速度、大车小车的运行速度的计算,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。,5.2.1.3,编组列车容量和编组列车数量选择,A.,采用四轨三线制轨线时,每列车编组的容量和编组列车数量受运行因素的影响较少,可以采用小容量多列编组列车方式,也可采用大容量少列编组列车方式。,B.,采用单线制轨线时,每列车编组的容量和编组列车数量受运行因素的影响很大,一列编组列车的容量最好满足一个掘进循环的渣量,单口至少配置两列编组列车。当编组列车的容量只能满足半个掘进循环的渣量时,盾构机的一个掘进循环中肯定会停机等待一次。,C.,采用复合式轨线制时,列车容量与数量的考虑介于四轨三线制和单线制轨线之间。,5.2.1.4,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即价格的影响很大。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来说,机车持续速度越快越好。从降低机车价格方面来说,机车持续速度越低越好。根据经验,地铁隧道施工的机车持续速度为,8km/h,、最高速度为,15km/h,时较为合适。,5.2.1.5,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。以机车为例: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,并能降低系统的使用成本。,5.2.1.6,渣土的松方系数和容重的确定,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。根据经验,不管松方系数如何,实际容重多为,1.82.0,吨,/,立方左右,这是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。,5.2.2,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:,6300 mm,,盾构区间长度:,2000m,,施工平均进度指标:,360m/,月,管片宽度:,1.2m,,出渣井提升高度:,20m,,隧道坡度:,30 ,。,5.2.2.1,每循环渣量估算,每循环松方渣量:,G=R,2,B=3.143.15,2,1.21.5=56,立方米。,-,松方系数,取,1.5,。,5.2.2.2,每循环渣重估算,每循环渣重:,56,2.0=112t,为了有足够的牵引力能力储备,容重系数按,2.0,计算。,5.2.2.3,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:,10.2,分钟,12,分钟(实测值)。,5.2.2.4,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,每工作日实际循环车次设为:,16,小时,60,分钟,12,分钟,80,车次,5.2.2.5,按门吊能力计算,不同容量渣车每工作日理论、实际垂直运输能力(环数),:,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:,渣车容量,11.5,14.5,18.5,备注,理论环数,23.5,30,38.5,24,小时作业,实际环数,15.7,20,25.7,16,小时作业,5.2.2.6,水平运输能力计算和设备配置(单口区间隧道),轨线制:设盾构区间平均运输长度:,2000M,。设采用单线制轨线。,渣车容量: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。故根据,5.2.2.5,的计算,选择,11.5,立方米容量的渣车。,列车容量:采用每掘进循环渣量由一列车运出方案,每列车渣车数量为,5,辆。,运输循环和列车数量:根据实测,每循环平均掘进时间约为,30,分钟。每环管片平均安装时间为,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,、得:,掘进循环时间,掘进,30,分钟,管片安装,30,分钟,掘进,30,分钟,管片安装,30,分钟,第一列车循环,装渣,30,分钟,驶出,15,卸渣,60,分钟(含管片、沙浆装车),驶入,15,第二列车循环,卸渣,60,分钟,(含:同上),驶入,15,装渣,30,分钟,驶出,15,接左格,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。,或者按照以下公式计算:,已知区间平均运输长度为,2000M,,列车平均行驶速度为,8km/h,(其余见上表),由上表得出掘进循环时间为,60,分钟,设为,T1,,列车循环时间为,120,分钟(根据轨线制,如为单线制,当运距很长时,可能会有等车时间,应包含在内),设为,T2,,则满足主机掘进无待机时间时,列车的数量,设为,N,,应为,N,T2/ T1,120/60,2,列。有时候算出来不是一个整数,但有不可能是,1.5,或,2.5,列,说明总体方案不合理,需要调整轨线制或设中间浮放轨会车点。,砂浆运输车和管片运输车:每掘进循环渣量由一列车运出,因此每列车编组中包含一环管片背衬注浆量的,6,立方米的砂浆运输车,1,辆。一环管片运输的管片运输车,2,辆。,5.2.2.7,牵引机车的粘重、牵引力、功率计算,说明:,当列车的行驶速度低于,10km/h,时,空气阻力占总牵引阻力的,1,左右。因此风阻力在计算中往往忽略不计,不太会影响计算的准确性。当列车的行驶速度高于,10km/h,时,往往为轻载工况,机车牵引力大于轻载总牵引阻力,空气阻力的计算意义不大,因此在以下计算中忽略空气阻力。,对于全部采用滚动轴承的列车来说,起动阻力不大于运行阻力的,120,,但起动牵引力应大于持续牵引力,120,。因此在以下的计算中不单独计算起动牵引总阻力。,1,、粘着系数,如上所述,交流机车的设计粘着系数取值为,0.26,。粘着系数是机车轮箍滚动时与钢轨间的综合性运动摩擦系数。介于静止摩擦系数和滑动摩擦系数之间,其大小取决于滚动时由各种原因引起的微小滑动的多寡。由于车轮轮压极大,车轮与钢轨面微观轮廓的金属凸凹结构紧紧地咬合在一起,当车轮与钢轨之间因某种原因产生滑动时,摩檫热会使金属表面薄层熔化形成润滑层而使粘着系数急剧下降。车轮与钢轨之间完全为纯滚动时粘着系数相当于静止摩擦系数,但在实际上是办不到,例如,机车同轴的两个车轮直径误差、两轴之间安装的平行度误差、曲线转弯时的侧向力、行驶时的冲击和振动总是存在的,所以粘着系数永远小于静止摩擦系数(与设计手册上的钢与钢的摩擦系数有别)。,钢轨表面的状态对粘着系数产生较大的影响,干燥的钢轨表面形成的粘着系数可以比湿滑的钢轨表面形成的粘着系数大一倍以上。,粘着系数是实测数值而不是计算数值。根据国外干线机车试验资料介绍,在他们那里能达到的条件下粘着系数可高达,0.45,。因此,基于车轮箍与钢轨间轮压条件下产生的摩擦系数,是不同于手册中表示,但对于直流机车和交流机车来说,导致粘着系数不同的最主要原因不是在于车轮箍与钢轨有什么不同,而是牵引曲线或特性的差别。也就是说,由于牵引力产生时是突然的或是平稳增大的,这会使得产生滑动的趋向增加或减少,从而影响实际粘着系数的大小,从而也影响许用值的取值大小。,两种机车的牵引性能曲线大致如上图所示:,的钢与钢之间数值为,0.15,的平面摩擦系数的。,直流机车和交流机车的车轮轮箍在材质、加工工艺、热处理工艺都可以做到完全一样。在物理性能方面没有差别,钢轨对每种机车都没有什么不同。所不同的即是上述所说的牵引力特性的差别。因此,在设计时,直流机车粘着系数的取值较低。在最佳状态时,直流机车的瞬间粘着系数也有可能相当大,但由于力矩的突变和不平稳,粘着系数的平均值却不大。交流机车在整个牵引过程中基本上都处于最佳状态,平均粘着系数值接近最佳状态时的瞬间粘着系数,因此,在设计时,交流机车粘着系数的取值较高。实际值也较高。,粘着系数值较高意味着在相同的粘重条件下机车能产生的牵引力更大,或者在相同的牵引力条件下机车的重量更轻。轻的重量对于机车转场的运输过程、制造成本、对轨道的重量和铺设要求、节省能源、行驶安全等方面都非常有利。,2,、粘重、牵引力、功率计算,A,、机车粘重计算,由:机车粘着牵引力坡道阻力,+,列车综合运行阻力,+,加速惯性力,得:,G1(G1+G2)(1+2+a/g)-(21),其中:,其中:,G1,机车粘重(,kg,);,G2,牵引重量,(kg),;,-,许用粘着系数,(,交流机车:取,0.20.33),;,1,-,坡道阻力系数(,x=x/1000,);,2,-,列车运行阻力综合系数,包括滚动阻力系数、轴承摩擦阻,力系数、同轴车轮直径差引起的滑动摩擦阻力系数、车轮轮缘在直道或弯道时与钢轨摩擦的阻力系数、车辆振动或摇晃引起的能耗及空气阻力、轴对安装平行度误差引起的差滑阻力系数、曲线离心力引起的侧滑阻力系数等等(取,0.006-0.012,)。,a,列车平均加速度(,m/s,2,)。,g-,重力加速度(,9.8 m/s,2,)。,得:,G,1,G,2,(,1,+,2,+a/g) /-(,1,+,2,+a/g) -(2-2),B,、机车持续牵引力计算,a.,由:机车持续粘着牵引力机车粘重,许用粘着系数,得,f= G1,g/1000,-(23),其中:,f-,机车持续粘着牵引力,(KN),;,G1,机车粘重(,kg,);,G2,牵引重量,(kg),;,1 -,坡道阻力系数(,x=x/1000,);,2 -,列车运行阻力综合系数,g-,重力加速度(,9.8 m/s2,)。,式,(24),表示机车由动力系统产生的持续驱动牵引力。与式,(23),不同的是,公式右侧不是以粘重与粘着系数的乘积来表示,而是以列车总重(机车粘重与牵引重量的和)与总阻力系数(坡道阻力系数与运行阻力综合系数的和)的乘积来表示。说明由动力系统产生的持续驱动牵引力的所需数值。与式,(21),相比,公式右侧少了加速惯性阻力。这是因为式,(24),表示的是持续驱动牵引力,是保持机车匀速行驶所需的牵引力,而加速惯性阻力由起动驱动牵引力(包括在任意时刻的加速)来克服。起动驱动牵引力根据采用的变频器的不同一般为持续驱动牵引力的,1.3-1.5,倍。,C,、额定牵引重量计算,G2=1000f/,g,(,1+2,),- G1-,(,25,),其中:,f-,机车持续驱动牵引力,(KN),G1,机车粘重(,kg,);,G2,牵引重量,(kg),;,1 -,坡道阻力系数(,x=x/1000,);,2 -,列车运行阻力综合系数(按,0.008,计算),g-,重力加速度(,9.8 m/s2,)。,额定牵引重量根据持续驱动牵引力来计算。式,(25),表示的是在某种上坡度情况下机车能够牵引的匀速行驶时的牵引重量数值。是一组数值。同样地不考虑加速惯性阻力。,D,、牵引功率计算,a. N=fV/3.6-,(,26,),其中:,N-,机车功率(,kw,),V-,机车持续速度(,km/h,),-,机车机械总效率,f,-,机车持续驱动牵引力,(KN),机车功率根据机车持续驱动牵引力计算。式(,26,)计算的是实际所需功率。,b. N=1000fnR/9549i-(2-7),其中:,N-,机车功率(,kw,),-,机车机械总效率,f-,机车持续驱动牵引力,(KN),n-,电机额定转速(,r/min,),i-,机车总传动比,R-,驱动轮半径(,M,),式(,27,)是另一种计算方式,结果与式(,26,)是相同的。,计算出的机车功率应园整为标准系列电机功率,园整后的电机功率应比上述两式的计算值大。标准系列电机功率确定后,可根据式(,27,)复核实际的机车持续驱动牵引力,f,。,四、其它配套设备,1,、砂浆搅拌设备,砂浆搅拌设备采用,JS1000,双卧轴搅拌机及配料机,PLD1500,组成搅拌站。采用,根据砂浆需要量的不同而不同。,配料机有两个料斗能自动称量砂及粉煤灰,然后通过梭槽进入搅拌机搅拌仓内,控制方式为自动计量控制,袋装水泥和膨润土直接加进搅拌仓内,生产能力为,30m,3,/h,。每循环需要砂浆量为,6m,3,,则生产,6m,3,砂浆所需时间为,T=6m,3,30m,3,/h60min,12min,,在碴车卸碴的同时进行砂浆的搅拌制作,保证盾构掘进所需的砂浆生产。当双线同时掘进时,一般采用在正常掘进时,在搅拌站下设有一台砂浆储浆罐,以保证两条线砂浆的拌制供应。,2,、通风设备,通风方式根据地铁隧道盾构施工情况选用机械压入式通风方式,风管采用,1m,的拉链式软风管,通过盾构风管储存箱进行延伸,将新鲜空气压入盾构机各工作区域。施工通风设备见图,5-1-7,。,工作面需要的风量:,Q,需,VminS,0.2530.8360,462.45 m3/min,。,其中:,Vmin,最小断面风速取,0.25,m/s,,,S,为开挖端面面积约,30.83m2,。,通风机风量考虑通风管的漏风,风机风量为:,Q,机(,Q,需,+Q,漏),=,(,462.45+462.452.5%1590/100,),1.5,969.44m3/h,其中:,L,为掘进长度,,L100,为百米漏风率,,1000m,L,2000m,,,L100=2.5%,,,风量储备系数,1.5,。,选用,SDF-N10,对旋轴流式通风机,通风机主要参数:风量,1100m3/h,,风压,3140Pa,,功率,372kw,。,372kw,图,5,1,7,隧道通风系统示意图,2,、供电设备,供电系统由高压供电及低压供电系统组成,配置预装式户外箱式变电站。变电站应具有高压进线、计量、出线综合开关柜和过流、速断等保护功能。,1kV,高压出线进洞供盾构机使用,高压电通过电缆送入洞内, 两台,ZBW1-500kVA10/0.4kV,箱式变压器为洞外各设备供电,备,1,台,250kw,发电机组以备应急使用,详见第,7,章第,3,节“施工用水、用电供应计划”。,3,、渣土二次运输设备,碴土二次运输采用挖掘机及自卸汽车,在盾构出洞井设存碴池,碴土为夜间运输,挖掘机斗容量选用,0.8m3,,规格为,PC200,,自卸汽车为,15t,,汽车数量根据施工进度及运输距离调节,设防护措施防止碴土沿线外漏。,4,、其它设备,盾构施工还需要配置其它设备,如端头加固设备、盾构组装及调头设备、供水及排水设备、冷却设备、二次注浆设备、管片生产设备、维修保养设备等。在这里就不一一赘述。,谢谢大家!,
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