1、1城市轨道交通工程盾构隧道辅助施工设备配置的初步筹划和计算摘要：本文以广州地铁某标段工程为例，对于盾构隧道施工需采用的机械设备，根据区间隧道设计参数、断面尺寸、进度计划、工筹安排等各方面综合考虑，进行了初步简要的配置筹划和计算，以满足施工需要，也希望能给类似工程项目的施工组织、工程筹划提供一些计算依据和思路。 关键词：轨道交通盾构隧道辅助施工设备配置计算 中图分类号：U213 文献标识码： A 文章编号： 一、工程简况 广州地铁某标段含一站一区间，车站为明挖法施工，区间采用盾构法施工。其中金隆站至广隆站盾构区间线路出金隆站后向南下穿虎门高速公路高架桥，然后左拐下穿农田、广隆村、广隆涌等建(构)
2、筑物后进入环市大道，在广兴路附近接入广隆站。 本区间设计起点里程 YCK56+561.900，设计终点里程YCK57+732.00m。区间累计右线全长 1170. 100m，左线全长 1157.36m，线路最小曲线半径为 400m。出金隆站后以 2、30、9下坡，然后以4、17.504,上坡，进入广隆站。盾构区间隧道覆土厚度为 10. 4m-21.2m，线路设 1 处 V 形坡，最大坡度为 30。盾构管片采用 6 块厚度300mm、环宽 1.5m 的环形预制钢筋混凝土管片，错缝拼装，组成外径26.0m，内径 5.4m 的圆形单洞隧道。 根据施工筹划安排，采用两台德国海瑞克产土压平衡式盾构机，加
3、配注浆系统和土体改良系统。按照以上情况，对盾构所需采用的包括水平运输、垂直提升、制浆、通风等辅助设备， 进行了配置和计算。 二、水平运输 盾构推进时的运输主要是碴土、管片、砂浆料、轨线材料及其它辅助材料向盾构作业面的运输。每台盾构推进一个循环所需要的材料运输拟由 1 个编组列车完成，根据本标段施工进度要求，每台盾构配备一组编组列车即能满足施工要求；但考虑到盾构施工工期，为保证盾构施工的连续性，减少盾构停机时间，本标段每台盾构按两列编组列车配备。每编组由 1 节交流变频机车、1 节砂浆车、2 节管片车（兼材料车） 、5 节碴车组成。 1、碴车容量核算 管片环宽 1.5m（B） ；掘进直径 628
4、0mm（D） ；碴土松散系数 ：取 1.6每循环实碴：V 实=D2/4B=46.4 m3 每循环的虚碴量：V 虚= 46.41.6 =74.24m3 既有矿车容量为：16 m3。 盾构掘进每环出碴碴车数=74.2416=4.64 节。采用 5 节矿车出碴。 2、砂浆车容量核算 每台盾构每掘进一个循环所需砂浆量： Q=（R2-r2）L=（1.32.5）(3.142-32)1.5 3=（5.310.1）m3； 其中：R开挖半径 3.14m， r-管片外半径 3.0m， L每环掘进行程 1.5m， 充填系数 1.32.5。 选每节砂浆车容量为：V 砂浆 = 7m3，一列编组列车配备 1 台 7 m3
5、的砂浆车通常情况下能够满足一台盾构机一个循环要求。 3、管片车参数选型 每台盾构掘进每环管片共有 6 块，采用 2 节管片车，每节车最大装三块运输。三块标准块重量约 15t，管片运输车设计最大承载能力为20t，管片车自制，自重 4t。 4、机车能力的计算及选用 列车最大载重为运输碴土时的载重，列车最大载重量计算： G 碴=VP=74.24m32000Kg/m3149t 其中：V 为每环碴土的体积：74.24m3，P 为岩土平均碴土密度：2000Kg/m3 G 车= 511+5+24=68t（4 辆 16 方碴车 11t/台，1 辆砂浆车 5t/台，2 辆管片车 4t/台） 列车最大载重：G2=
6、G 碴+G 车=149+68=217t 由公式：机车粘着牵引力坡道阻力+列车综合运行阻力+加速惯性力 G1G1(1+2+a/g)+ G1(1+2+a/g) 4其中：G1机车粘重； 许用粘着系数，取 0.24； 1坡道阻力系数 20为 0.02； 2列车运行阻力综合系数。现取 0.008 a列车平均加速度。按从 050HZ 的加速时间 45 秒；50HZ 时速8KM/H 计算， 为：0.05m/S2 g重力加速度。为：9.8m/S2 G2矿车及渣土重量 得： 机车计算粘重 36T。 分析：根据设备配备以及本标段内区间坡度特点，所选电机车大于36t 就能满足本工程的需要，考虑到设备的通用性，故选用
7、 45t 电机车。 列车制动距离已考虑机车和碴车都有制动机构，能够保证制动性能的可靠性。45t 电瓶车主要技术参数见表 1。 表 145T 交直流变频机车技术参数 三、垂直运输 盾构施工中使用的管片、水管及其他物品可以采用 45T 龙门吊吊装；施工中提升运输最大重量的材料为装满渣土的碴车，总重量约为 38t，所5以碴土的翻卸采用 45T 龙门吊进行，该门吊具有自动碴斗翻转功能。根据场地布置情况，45T 门吊还负责牵引电瓶机车电瓶更换和轨排吊装等工作。 45T 悬臂式龙门吊参数验算： 根据本工程施工进度要求，盾构循环掘进工作时间拟定为 120min，每循环掘进需要使用 1 趟列车，共 5 节碴车
8、，出碴 5 次。 垂直提升高度（最大）：H=48m 平均提升和下降速度：V 提升=6.5m/min、V 下降13m/min 提升时间：T148m6.5m/min7.4min 下降时间：T248m13m/min3.6min 门吊移动定位时间：T30.5min21min 碴斗翻碴时间：T40.5min 列车定位及挂钩时间：T51.5min 合计提升循环工作时间：T 总T1+T2+T3+T4+T514min 每循环出碴共需要时间为:h145min70min 因此，拟选 45T 龙门吊的工作能力完全能够满足盾构机施工循环要求。 45T 龙门吊的结构型式见图 1 门吊结构示意图，主要技术参数见表 2所示
9、。 图 1 门吊结构示意图 6表 245t 门吊主要技术参数表 四、拌浆设备 本区间采用一套砂浆搅拌设备，由一台 JW750 搅拌机和一台 PLD-800配料机构成。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 2530m3/h。区间两台盾构同时施工时，每循环最大需要砂浆量为 20.2m3，则生产 20.2m3 砂浆所需时间为T=20.2m330m3/h60min40.4min，能保证盾构掘进一个循环所需的砂浆量。 五、通风设备 1、通风方式选择 施工通风主要考虑满足隧洞断面对风速的要求，通风方式采用
10、压入式通风，风管采用 1m 的拉链式软风管。施工通风设备见图 2。 图 2 隧道通风系统示意图 2、风量计算 对于盾构机、矿山法施工的隧道，洞内风量计算主要是考虑洞内施工作业人员对新鲜风量的要求、洞内降温的要求以及洞内工作面对风速的要求，取上述三种计算的最大者为该隧道的控制风量。 7按最小断面隧道施工对风速的要求 V0.25m/s，计算所得的风量为该隧道的控制风量。因此，该隧道的控制风量为： Q 需VminS0.252360345m3/min。 其中：Vmin 最小断面风速取 0.25 m/s，S 为隧道断面面积约 23m2。 通风机风量考虑通风管的漏风，风机风量为： Q 机（Q 需+Q 漏）= Q 需（1+ L100L/100）=345（1+2.5%1700m/100）1.5737m3/min。 其中：L 为掘进长度，本标段区间最长隧道约为 1700m ，因此取L=1700；L100 为百米漏风率为 2.5%； 为风量储备系数 1.5。 3）通风设备选择 选用 SDF-N10 轴流式两级通风机，其主要参数为：风量1100m3/min，风压 3140Pa，功率 37 kw2。因此，拟选通风机风量满足施工通风要求。 参考文献： 1夏明耀、曾进伦地下工程设计施工手册S北京中国建筑工业出版社，1993。 2地下铁道工程施工及验收规范 GB502991999。
