长沙地铁盾构配套设备的配置技术
2013-05-10 22:21
长沙地铁盾构配套设备的配置技术
[ 摘 要 ]以长沙地铁盾构的施工实践为例，对每台盾构原配置的垂直吊运设备编组、水平牵引列车编组及其作业效率进行详细分析，根据不同工序的严密排列，通过工期和效果的具体比较，科学的配置了满足业主工期要求的盾构配套设备。运用这一配置技术，不仅缩短工期 , 减少盲目性和浪费 ,而且取得了良好的经济效益和社会效益。
[ 关键词 ]盾构；配套设备；碴土运输；配置技术
1 工程概况
长沙地铁 10 标项目部承接中信广场站－大托站－桂花坪站－省政府站三盾构区间的施工任务，区间采用两台直径 6.25m 土压平衡盾构施工，三区间掘进线路单线长 3 151m，水平运输单线线路总长 3 530m。地层基本处于中风化泥质粉砂岩层带，稳定性较好,是盾构掘进的最佳地层, 单线最高掘进进度 16 环 / 天。
目前，中信广场站至大托站盾构区间左右线已经贯通，将在大托站进行二次始发和掘进。大托站至桂花坪站区间右线已掘进拼装 480 环，左线已掘进拼装 45 环。为实现业主 2012 年底地铁隧洞贯通的目标，根据现有的垂直和水平碴土运输能力，无法满足工期要求。为此，合理增强现场盾构配套设备的碴土运输能力，科学匹配盾构的最大掘进能力，提高整体施工进度。
2 设备配置技术
2.1 原垂直吊运设备编组配置及作业效率分析
2.1.1 原垂直吊运设备编组配置
在本标段中信广场站北端的盾构始发井，安装配备一台MG45/16 门式起重机和一台MG16/5门式起重机，进行材料垂直运输。45t 门式起重机负责在出土井吊运碴土箱至碴土坑，16t 门式起重机负责在盾构始发井吊运管片、油脂、泡沫等材料。
受前期盾构始发井负环拼装的影响，45t 门式起重机在始发阶段于出土井吊运材料及吊运倒碴。在后期施工中，从中信广场站至省政府站的三个区间，垂直设备不再转运场地，盾构所有的施工材料垂直运输都由这两台门式起重机完成。
2.1.2 垂直作业效率分析
16t 门式起重机在吊运管片、油脂、管线等材料时，吊运一环平均用时 30min，根据设备维修保养记录中完好率的统计，实际每环吊运材料平均用时 45min。如果不间断作业，每天可吊运 32环掘进材料。
45t 门式起重机主要负责盾构碴土吊运，单台吊运一碴斗用时 12min，平均每环需要 60min 吊碴时间，根据设备维修保养记录统计，设备完好率为 80％。同时，因为盾构掘进牵引电瓶车更换电瓶、双线吊碴干涉，其实际利用率只有 70％，即双线掘进，45t 门式起重机每天实际只可吊运16 环碴土，平均每环实际吊碴时间约 90min。
2.2 原水平牵引列车编组配置及作业效率分析
2.2.1 水平牵引列车编组配置
盾构掘进时的水平运输，主要是掘进碴土从盾构作业面向地面的运出，以及管片、砂浆料和其它辅助材料向盾构作业面的运入。
每台盾构每循环掘进碴土及材料的运输由 2列车完成，每列车由 1 节 45t 交流变频机车、5 节碴土车、1 节砂浆车、2 节管片车组成。
2.2.2 水平作业效率分析
每台盾构配备 2 列配置相同的水平运输列车，每列车配置可负责盾构一环掘进的所有运输工作，第一列驶入洞内进行运输时，第二列在洞外进行管片和砂浆的装载。
按盾构平均掘进速度 40mm/min 计算，掘进一环 1.5m 需要时间约 40min，管片安装约40min，则盾构掘进一循环需求时间为 80min。
按列车到达离盾构工作面最远处（大托站至桂花坪站区间单线长 1 630m 处）计，运输时间平均约为 25min。在盾构工作井井口或车站内设置道岔，两辆进出列车可在该道岔处会车。每列车从起吊到地面卸碴时间约为 90min，装载管片、砂浆等材料时间约为 45min，再进入盾构工作面的行程时间约 25min，单台牵引水平运输车完成一个运输循环需要约 185min。具体见作业时间分析表 1。
2.2.3 原总体进度
每完成 2 环掘进理论时间 160min，单线每天理论可完成 18 环；双线每天理论可完成 36 环。根据表 1 中的工序安排和原有的设备配置情况，实际掘进 2 环时间为 160min+55min=215min，在没有其它客观因素的影响下，即单线每天实际只能完成 13.4 环。
2.3 新增设备配置
2.3.1 新增门式起重机
按业主要求 2012 年底隧洞掘进贯通，目前一台 45t 门式起重机进行作业，每天只能完成 16 环的碴土吊运，受电瓶车运输限制，每天实际只能完成 13.4 环。为保障双线同时掘进，且保障高峰期每天32环的产量，需要增加一台45t门式起重机，以增加实际吊碴作业时间，理论垂直吊运可完成双线碴土吊运 32 环 / 天，但水平运输能力不足。
2.3.2 新增门式起重机及电瓶车
随着水平运输距离的增加，盾构掘进等待时间将会延长，在增加一台 45t 门式起重机后，同时增加 2 台电瓶车，增加道岔处会车次数，通过水平和垂直运输的科学合理匹配，才能满足盾构高效掘进的要求，才能达到双线 32 环 / 天的掘进指标，具体分析见表 2。
3 效益分析
根据以上分析，以左线为例，如果只增加一台 45t 门式起重机时，可节约工期 79 天，如果再增加 2 台电瓶车时，可节约工期 99 天。仅从人工费、机械摊销费、电费等几个方面考虑，工期每缩短一个月节省工费 20 万元，节省材料费用 25万元，节省机械折旧大修费 30 万元，节省间接费27 万元。按 99 天计算，共节约 408 万元。因此，在地铁施工中，根据工程的进度，科学动态地进行设备配置，既节省资金，又能满足业主对工期的要求。
