盾构施工计算.doc

地面设备配置需求计算和说明

概述：
依据编制的《盾构区间施工计划》，两台盾构机都将在哈东站西向差时始发。为满足两台盾构施工的需要，对主要地面配套设备需求参数进行计算。哈尔滨东站现场具体情况如下：
1、管片L=1.2M；
2、盾构隧道通过土层主要为A3中砂层，A2粉砂层、粉质粘土层等，且中砂层表现透水、富水性好，易扰动等特性。
3、注浆带宽15cm；
4、整环管片重量为：16.45T；
5、区间最大坡度25‰；（南直-哈东区间）
6、设备始发期间推进采用2+1+1的方式推进，当哈东站底板地连墙去除后，将采用5+2+1编组。
一、
每环出渣量计算：
出渣量V渣=L×S×n1.2×3.14×3.142×1.4=52m3
（L为管片宽度，S为最大开挖面积，N为松散系数1.4）
每环渣重Q渣=ρ×V=1.4×52=72.8T
（ρ为渣土密度，因地层主要是砂层和粘土层，选经验数据为1.4）
依据上述参数，拟选用的渣土斗为12M3,自重约5T。选用砂浆车自重约5T，选用管片小车自重约2T,初步选取单列编组方式为5+2+1。即：5个渣土车、2个管片车和1个砂浆车。
Q砂浆=ρ×V=1.7×4=6.8T
（ρ为砂浆密度，依据经验选1.7。根据注浆带宽度和盾构机开挖直径及管片外径等参数，可计算出每环注浆量每环约4M3）

二、
电瓶车选择
1、采用5+21模式运行
电瓶车牵引力计算（以25T电瓶车为基础）
T=Q渣+5G渣+2G管车+G砂浆+Q管片+Q砂浆+Q电瓶车

=78.4+25+4+5+16.5+6.8+25

=160.7T
25T电瓶车在25‰的坡度下最大牵引力为120T，则实际负载为最大牵引力的：
P=160.7/120=133.9%（25T牵引力不够）
45T电瓶车在25‰的坡度下最大牵引力为250T，则实际负载为最大牵引力的：
P=160.7/250=64.3%（可以满足使用要求）

2、采用2+1+1模式
T= Q渣1/2 +2G渣+G管车+G砂浆+Q管片+Q砂浆+Q电瓶车

=39.210+4+5+16.5+6.8+25=106.5T
25T电瓶车在25‰的坡度下最大牵引力为120T，则实际负载为最大牵引力的：
P=106.5/120=88.7% < 90%
考虑到现有电瓶车因老化等原因，各种性能参数下降，预计只能达到原设计参数的90%左右。再考虑轨道和实际推进等其他因素，预计电瓶车将持续在满载甚至超载的情况下运行。（《设备需求计划》中已进行说明，考虑后续新项目的需要，建议购买两台45T电瓶车。）
45T电瓶车在25‰的坡度下最大牵引力为250T，则实际负载为最大牵引力的：

P=106.5/250=42.6%（可以满足使用要求）
三、
每日可能推进进度计算
依据施工经验：在上述地层中掘进，推进平均速度约30-40mm/min，电瓶车隧道内运行速度约8KM/h，40T门吊渣土吊运时间约20min，管片及其他物资下吊10min。每天每车更换电瓶1次，每次更换电瓶时间约20min。每班（12H）设备维护时间计2小时。其他因素耽误掘进时间为1小时。平均每班续接轨道计5分钟。（以南直路—哈东站区间为例）
则一个工作循环周期为：

管片安装
电瓶车进洞

轨道续接及抽砂浆
盾构机推进

电瓶车出洞
下其他物资

下管片、砂浆
渣土吊出
当安装管片前的盾尾渣土清理耗时≤20min，而其他工序都能正常运行，则一个工作循环时间=5+5+35+5+20+10+5

=85min
如盾尾渣土清理时间≥20min，而其他工序运行正常，
则一个工作循环时间=5+5+35+20+H清渣

=60+ H清渣
根据经验可以得：
H非掘进时间=H设备维护+H换电瓶+H其他

=120+20+60=200min
则每班可掘进环数：
N=(12×60-200)/85=6.11≈6（环）=7.2m
四、龙门吊配置
现场将配置两台大门吊进行渣土吊运，一台小门吊进行管片吊运。参照管片设计图纸，3片标准块重约10T。考虑现有门吊的设计负荷，选用跨度为22m的12.5T门吊。（根据现场车站结构，门吊的跨度须改造为24m）
大门吊采用广州【西-草】区间使用的40T和35T门吊，40T门吊可以采用双悬臂，35T门吊只能采用单悬臂。跨度均为11m。通过对两大门吊的系统检查，须对35T门吊进行部分改造和对40T门吊进行系统检修。

五、现场用电要求

参照《盾构施工用电需求》；

六、出土口位置确定

6.1出土口位置和尺寸设置考虑因数：
1、保证两线渣土斗从出土口位置出土
2、出土口尺寸及大小考虑对车站主体结构的影响；
3、不考虑从出土口下后配套台车；
4、出土口位置及尺寸须满足两线盾构机始发掘进需要；（能下管片、掘进物资、出渣土）；
5、出土口位置须满足两线铺设道岔后出土的需要；
6、出土口位置应考虑盾构始发最近出土位置、盾构运输车辆编组、道岔位置的影响等因数后优选；
6.2出土口尺寸大小选择
现有渣土斗尺寸为：5500mm×1500mm；
单块标准管片尺寸为：3500mm×1200mm；
50铁轨：长6000mm；
电瓶尺寸：1400mm×1400mm；
25T电瓶车车头：7030mm（始发阶段电瓶车车头将从出土口下）;
在盾构始发掘进期间，首先将采用25T电瓶车车头和2+1+1编组,考虑出土是渣土斗的安全吊装距离（50cm—100cm），设定出土口尺寸为7500mm×4000mm；

6.3出土口位置选择

如图所示：
出土口位置布置图
依据车站主体结构的进度，明年盾构进场后最多能完成哈东站西端1-14轴区间，采用曲线始发的盾构机尾端（不含7#台车）在车站10-11轴之间，在台车后面将就近设置道岔，考虑道岔的影响，渣土池将设置在上述位置。
设置在上述位置的出土口，在站台层14轴连续墙未除去前，运输车辆编组只能采用25T电瓶车车头带2+1+1的编组。一个盾构施工循环预计须2次出土，如每环出土量超过4斗（12m3/斗），则每环掘进需出土三次。
该出土口设置基本满足盾构始发和正常掘进（铺设道岔后）的需要。

七、渣土池尺寸确定
渣土池的确定根据现场盾构掘进按双线每天最大掘进环数确定：
（1）单线每班最大掘进速度为7环（12h/班），单线日掘进速度为14环，双线为28环；
（2）土方的松散系数按1.4考虑，掘进1环的渣土量；
3.14×(6.28/2)2×1.2×1.4=52方；
（3）理论所需渣土池大小为：52×28=1456方；
（4）现场布置渣土池大小（渣土池深度按3米考虑）：
320×3+19×10×3=1530方；

1530>1456，满足实际需要。
八、管片存放场大小确定
（1）理论需要场地：
每环管片最大块为3.5×1.2米，考虑摆放间隙，按4×1.5考虑，即一环管片堆放起来面积即为6m2；
现象考虑存放2天的标准环管片，即28×2=56环：
存放左转环5环，右转环5环；
现场存放的管片数量为56+5+5=66环：
所需场地大小为66×6=396m2；
（2）现场存放管片场地大小：
35×12=420m2>396 m2，满足实际需要；
九、电瓶车充电池场地确定
我单位实际有的电瓶车为6辆，其中25T的4辆，45T的2辆；当左右线同时正常掘进时编组为5+2+1，25T电瓶车机头串联使用，45T电瓶车单机头使用；
其中每辆25T电瓶车机头电瓶数量为2个，45T电瓶车机头电瓶数量为3个，总计4×2+3×2=14；每个电瓶充电时所需面积为2×2=4 m2，共需要14×4=56 m2；
每辆电瓶车有2套电瓶，考虑到初始充电，现场充电池所需要的按照14×6=64 m2布置，满足实际需要。
4、油脂存放场面积为20×6=120 m2
5、周转材料存放场
钢轨、轨枕、走道板、水管的材料主要堆放在施工场地一内，盾构井处主要为临时堆放，考虑面积为19×7=133 m2