一种用于TBM施工的运输系统及运输方法 |
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| 申请号 | CN202410135473.6 | 申请日 | 2024-01-31 | 公开(公告)号 | CN117962935A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 中铁五局集团成都工程有限责任公司; | 发明人 | 刘一宏; 孙宏; 周博文; 徐伟程; 刘潮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于TBM施工的运输系统及运输方法，涉及隧道施工技术领域，包括轨道线路、运输车辆编组、用于实时传递隧道内的图像数据信息并传递给所述调度室监控组件和用于保证隧道内外工作人员与所述调度室内工作人员之间的实时通讯的通讯组件，所述轨道线路具有处于隧道中的上行线路和下行线路，所述上行线路和下行线路上设置有多个 道岔 ，所述道岔处设置有控制室，轨道线路上设置有调度室，所述调度室与控制室通讯连接；所述运输车辆编组包括三个矿车出渣编组以及两个主材运输编组和人车单独编组，该运输车辆编组用于渣土、材料和工作人员的运输。本发明能提高TBM施工系统的运输效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于TBM施工的运输系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于TBM施工的运输系统及运输方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种用于TBM施工的运输系统及运输方法。 背景技术[0002] 长大、特殊要求的隧道采用TBM施工是我国工程行业发展的一个大趋势，水利、铁路、公路、电力、煤炭、矿山等各行业均有大量的隧道采用TBM施工，因隧道所处地理位置、作用用途都不一致。在高海拔大坡度小断面长距离TBM施工中，有轨运输系统能否高效、安全的运行直接决定了TBM的掘进速度。加之在高海拔特殊地理环境下的长距离大坡度运输，运输量大，运输项目种类繁多，如何让有轨运输系统高效、安全的运行，是工程项目的一大难题，有效解决有轨运输问题，对高海拔大坡度小断面长距离TBM施工有重大意义。 [0003] 因此，目前亟需一种用于TBM施工的运输系统及运输方法，解决现TBM施工系统的运输效率低下的问题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于TBM施工的运输系统及运输方法，从而提高了TBM施工中的运输效率。 [0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案： [0006] 本发明一方面提供了一种用于TBM施工的运输系统，包括： [0007] 轨道线路，所述轨道线路具有处于隧道中的上行线路和下行线路，所述上行线路和下行线路上设置有多个道岔，所述道岔处设置有控制室，轨道线路上设置有调度室，所述调度室与控制室通讯连接； [0008] 运输车辆编组，所述运输车辆编组包括三个矿车出渣编组以及两个主材运输编组和人车单独编组，该运输车辆编组用于渣土、材料和工作人员的运输；所述三个矿车出渣编组编排为1号出渣组、2号出渣组和3号出渣组，所述两个主材运输编组和人车单独编组依次编排为4号主材运输组、5号主材运输组、6号人车组和7号人车组； [0009] 监控组件，用于实时传递隧道内的图像数据信息并传递给所述调度室； [0010] 通讯组件，用于保证隧道内外工作人员与所述调度室内工作人员之间的实时通讯。 [0011] 进一步的，所述监控组件包括画面分割器、监视器和多个摄像机，所述画面分割器和监视器处于所述调度室内，多个摄像机分别安装在隧道中会车站的道岔区、曲线段落和其余段落以及TBM装渣处和洞外卸渣处，所述摄像机与监视器电性连接；其中，监视器中的画面分为2屏显示，其中一画面显示TBM区域且重点画面显示装渣画面，另一画面显示有轨运输系统且重点画面显示错车区域。 [0012] 进一步的，通讯组件包括无线对讲机和多个基站，多个基站分布设置在隧道中，所述无线对讲机与基站通讯连接。 [0014] 进一步的，所述轨道线路上设置有多个错车道，所述轨道线路与错车道高差控制在80cm，所述轨道线路与错车道的高差采用10‰的坡度顺坡连接。 [0015] 本发明另一方面提供了一种运输方法，该运输方法实施于上述的一种用于TBM施工的运输系统，包括如下步骤， [0016] (1)每日施工准备后，6号人车组搭载施工人员先进洞，随后4号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞；其次1号出渣组和2号出渣组分别进洞； [0017] (2)6号人车组施工人员在TBM后配套下车，4号主材运输组、1号出渣组在靠近TBM第一个错车平台等待，2号出渣组在第二个错车平台等待； [0018] (3)6号人车组出洞、4号主材运输组和1号出渣组在依次进入TBM后配套施工区域，2号出渣组进入第一个错车平台等待； [0019] (4)TBM开始掘进施工； [0020] (5)1号出渣组装满后出洞，2号出渣组进入TBM后配套施工区域； [0021] (6)5号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞在第一个错车平台等待，3号出渣组进洞在第二个错车平台等待； [0022] (7)2号出渣组和4号主材运输组出洞； [0023] (8)5号主材运输组和3号出渣组依次进入TBM后配套施工区域； [0024] (9)1号出渣组、4号主材运输组和3号出渣组依次进洞，进入下一循环作业。 [0025] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果： [0026] 在高海拔大坡度小断面长距离TBM施工中，通过在有轨运输系统中对运输车辆编组的选择，然后根据编组方式等在洞外场地布设不同用途的运输专线、小断面隧洞洞内按照编组长度及断面尺寸布置错车平台，让有轨运输系统运输量大、运输种类繁多的情况下仍然能高效运行，同时运用信息化管理对运输过程实时全过程监控调度，使得运输安全有序进行，并在洞门处设置紧急制动砂箱，确保大坡度运输最后一道安全屏障。本发明能提高TBM施工系统的运输效率。附图说明 [0027] 图1为本发明实施时的最大车辆编组示意图； [0028] 图2为本发明实施时的洞内错车道与非错车道断面图； [0029] 图3为本发明的隧洞线路平面示意图。 具体实施方式[0030] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 [0031] 本实施例中一方面提供了一种用于TBM施工的运输系统，包括： [0032] 轨道线路，所述轨道线路具有处于隧道中的上行线路和下行线路，所述上行线路和下行线路上设置有多个道岔，所述道岔处设置有控制室，轨道线路上设置有调度室，所述调度室与控制室通讯连接； [0033] 运输车辆编组，所述运输车辆编组包括三个矿车出渣编组以及两个主材运输编组和人车单独编组，该运输车辆编组用于渣土、材料和工作人员的运输；所述三个矿车出渣编组编排为1号出渣组、2号出渣组和3号出渣组，所述两个主材运输编组和人车单独编组依次编排为4号主材运输组、5号主材运输组、6号人车组和7号人车组； [0034] 监控组件，用于实时传递隧道内的图像数据信息并传递给所述调度室； [0035] 通讯组件，用于保证隧道内外工作人员与所述调度室内工作人员之间的实时通讯。 [0036] 进一步的，所述监控组件包括画面分割器、监视器和多个摄像机，所述画面分割器和监视器处于所述调度室内，多个摄像机分别安装在隧道中会车站的道岔区、曲线段落和其余段落以及TBM装渣处和洞外卸渣处，所述摄像机与监视器电性连接；其中，监视器中的画面分为2屏显示，其中一画面显示TBM区域且重点画面显示装渣画面，另一画面显示有轨运输系统且重点画面显示错车区域。 [0037] 进一步的，通讯组件包括无线对讲机和多个基站，多个基站分布设置在隧道中，所述无线对讲机与基站通讯连接。 [0038] 进一步的，每组矿车出渣编组配备有8节矿车和一个牵引机头，主材运输编组配备有2个混凝土罐车和2个平板车。 [0039] 进一步的，所述轨道线路上设置有多个错车道，所述轨道线路与错车道高差控制在80cm，所述轨道线路与错车道的高差采用10‰的坡度顺坡连接。 [0040] 本实施例另一方面提供了一种运输方法，该运输方法实施于上述的一种用于TBM施工的运输系统，包括如下步骤， [0041] (1)每日施工准备后，6号人车组搭载施工人员先进洞，随后4号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞；其次1号出渣组和2号出渣组分别进洞； [0042] (2)6号人车组施工人员在TBM后配套下车，4号主材运输组、1号出渣组在靠近TBM第一个错车平台等待，2号出渣组在第二个错车平台等待； [0043] (3)6号人车组出洞、4号主材运输组和1号出渣组在依次进入TBM后配套施工区域，2号出渣组进入第一个错车平台等待； [0044] (4)TBM开始掘进施工； [0045] (5)1号出渣组装满后出洞，2号出渣组进入TBM后配套施工区域； [0046] (6)5号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞在第一个错车平台等待，3号出渣组进洞在第二个错车平台等待； [0047] (7)2号出渣组和4号主材运输组出洞； [0048] (8)5号主材运输组和3号出渣组依次进入TBM后配套施工区域； [0049] (9)1号出渣组、4号主材运输组和3号出渣组依次进洞，进入下一循环作业。 [0050] 具体实施如下： [0051] 一、车辆编组方式 [0052] 1、车辆最大编组 [0053] 列车编组与运行必须满足TBM连续掘进和最高掘进的出渣、喷射混凝土等洞内材料的供应要求，如图1所示，最大编组方式为：1节人车+1节机车+8节渣车+1节喷射砼罐车+1节平板车，实际施工过程中按出渣矿车编组、混凝土罐车及运输半成品平板车编组、施工人员进出洞人车编组这3种最为常见，钢轨、轨枕、水管等材料根据需要编组材料车运送，主要以机车+平板车的方式为主，每天根据施工具体情况机动安排，理论最大编组总长度86.08米。 [0054] 2、正常施工编组 [0055] 按最不利情况，运输距离按10km考虑运输能力，由于运输距离长、运输量大，采用大容量渣车组成编组重载列车，从而在保证运量的同时使列车的列数最少，降低运输工序衔接和车辆运行调度管理的难度。编组列车各车辆的配置按运送所有材料考虑(实际编组中，有的车辆根据实际情况不一定进入编组)，后配套台车轨线也按此考虑，以保证在最不利的情况下编组列车能满足TBM掘进需要。900mm轨距的正线运输轨采用12.5米长的43kg/m钢轨，由于钢轨长度较长，不能进入编组列车，否则会影响掘进主工序的实施。拟每天发1‑2趟专运钢轨的列车，运足一天掘进施工需续接的钢轨量。为满足TBM连续掘进的要求，编组列车的运输能力需满足2个循环(3.6m)的出渣材料供应要求。 [0056] (1)矿车出渣编组共编3组，每组配备8节矿车+牵引机头，单个编组的出渣能力满足2个循环出渣需求，每个循环掘进+换步时间为45分钟，即第一个编组开始运渣到第三个编组开始运渣间隔3小时。单个编组运行速度为10km/h，洞外翻渣30min，从TBM上开始运输到再次进入TBM需要2.5h。按照以上计算，3列矿车出渣编组满足渣土运输需求，并预留30min错车时间。单列矿车出渣编组长度约为63米。 [0057] (2)主材运输编组共编2组，单列编组采用2个混凝土罐车+2个平板车。混凝土罐车3 3 采用8m罐，每循环洞内最大需求喷射混凝土量为2.8m，每罐可满足2循环施工，每节平板车运输材料可满足2循环施工。洞外双罐混凝土拌合装车及半成品装车30min，编组洞内往返时间2h，每列编组满足4个循环3个小时施工，同时预留30min错车时间。单列主材运输编组长度约为35米。 [0058] (3)轨线运输及其他材料，由于钢轨长度较长，不能进入编组列车，否则会影响掘进主工序的实施。拟每天在TBM设备维修保养时段发1‑2趟专运钢轨的列车，运足一天掘进施工需续接的钢轨量。 [0059] (4)人车单独编组，主要负责工人上下班及其他使用。 [0060] 二、牵引机车 [0062] 1、车辆载重 [0063] (1)渣车重量 [0064] 渣车的型式和数量与TBM出渣量以及列车编组密切相关，TBM掘进1环的出渣量按下式计算： [0065] [0066] Q－TBM掘进一环的出渣量 [0067] D－TBM开挖直径，取4.61m [0068] L－掘进一个循环的长度，取1.8m [0069] ζ－渣土松散系数，取1.5 [0070] [0071] 将值带入公式计算可得TBM掘进1.8m出渣量为45m3，由于列车采用大编组，一列车3 满足2个循环(3.6m)掘进的出渣要求，因此配置的渣车应能装载2个循环共90m 渣土。计划 3 配置8节渣车，每节车的容量为12m，渣车理论总重量155t，平均每节载重约19.4t。 [0072] (2)其他车辆 [0073] 喷射混凝土罐车每节运输6m3，载重约14t，平板车每节载重约15t。 [0074] 2、车辆牵引力及选型 [0075] 本隧为单面上坡，坡度15.8‰。进洞时上坡需运输半成品、混凝土等物资及施工人员进洞，出洞为下坡主要运输渣土，按照最大编组方式，进洞重量如下： [0076] [0077] [0078] 表1进洞最大编组重量 [0079] [0080] 表2出洞最大编组重量 [0081] 按照进洞时最大编组总重量129.6t计，坡度15.8‰，编组运行阻力8N/KN，重力加速度取9.8N/Kg，则编组整体运行阻力为： [0082] F阻＝G·g(i+8)/1000＝(129.6×9.8×(15.8+8))/1000≈30.23KN [0083] 但由于项目地处高海拔，机车能效降低，试验表明，海拔每升高1000米，内燃机的功率、扭矩下降8％～13％，油耗上升6％～9％，热强度增加2％～5％，按照项目工程的海拔高度，效率下降在20％左右，依次计算，采用内燃机车25t机车启动牵引力57KN、持续牵引力38KN即可满足。 [0084] 在实际运行中，按照5.2.1正常进洞编组最大总重量为喷射混凝土罐车编组，其总重量为93t，编组运行阻力约22KN，采用内燃机车25t机车满足需求。 [0085] 三、运输轨道布置 [0087] 1、洞外场地布置 [0088] 洞外场地主要负责渣车翻渣、材料装卸、机车维修、车辆编组及停放，是整个运输系统的核心位置，本隧洞出口场地原设计为1#水池及消能池，通过对场地平整，场地整体为扇形，洞口前方直线距离约160米，面积约10200平米。场地内设置4股道，即通往拌合站1股道，通往翻渣台1股道，通往维修专线1股道，错车道1股道。 [0089] 为了更高效率的施工生产，利用场地内特征，将拌合站、钢构厂、翻渣台及维修车间按轨道布置需求，按扇形区布置，轨道可直通拌合站接料口、翻渣台翻渣、维修车间。同时考虑混凝土编组与半成品运输为同一编组，将拌合站与钢构厂建设为毗邻位置，混凝土编组在接料的同时，采用叉车将施工所需半成品及其他材料运输至混凝土编组平板车上，从而不单独占用施工时间。错车道与维修车间紧邻，方便在错车道上处理一些小问题而不占用维修车间，同时对有可能造成的污染物集中清理。 [0090] 2、洞内轨道布置 [0091] 本项目隧洞开挖直径为4.61米，如采用连续皮带机出渣，用皮带运输出渣长10公里，需要5台驱动才能正常运转，TBM尾部需要1台，隧洞4～5公里处需要2台驱动，洞外需要2台驱动。其中TBM尾部1台和隧洞中间2台驱动占用空间较大，对轨线运非常不利；并且TBM2号尾部皮带和连续皮带搭接处占空间较大，轨道车辆在这个部位通行增加难度，材料运输不通畅。同时考虑1.2米的风筒布占用空间后，有轨运输时基本无法有效率进行，支护材料供应效率极低低对掘进影响巨大。因此只能选择有轨运输的方式出渣。 [0092] 采用有轨运输的方式出渣后，有轨运输种类多、运输量大，小断面错车道布置要考虑会车时安全，还要考虑与风筒布、各种管线等干涉问题，经过系统优化，单轨道与错车道高差控制在80cm，能满足上述要求。隧洞共设3处错车道，靠近TBM的错车道范围内必须要可停放2列编组方可满足TBM连续施工需求，因此错车道长度设为150米，距洞口2000m的地方设一处，以后每3000m设置一处。错车道断面和非错车道断面如图2所示，两断面之间的高差用10‰的坡度顺坡连接。 [0093] 3、车辆运行 [0094] 按照正常编组配置，单列渣车编组长度约63米，矿车出渣编组共3组；单列混凝土罐车编组长度约35米，混凝土罐车编组共2组；轨线其他材料编组不占用施工时间，人车编组视情况发车。错车道长度150米，可停放2列编组。 [0095] 后续车辆编组分别简称为：渣车编组分别为1号出渣组装满后出洞，2号出渣组和3号出渣组，主材运输编组分别为4号主材运输组、4号主材运输组，人车编组暂按6号人车组施工人员、7号人车组施工人员，轨线等其他材料临时编组在TBM维护保养期间发车不计入。 [0096] (1)每日施工准备后，6号人车组搭载施工人员先进洞，随后4号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞；其次1号出渣组和2号出渣组分别进洞； [0097] (2)6号人车组施工人员在TBM后配套下车，4号主材运输组、1号出渣组在靠近TBM第一个错车平台等待，2号出渣组在第二个错车平台等待； [0098] (3)6号人车组出洞、4号主材运输组和1号出渣组在依次进入TBM后配套施工区域，2号出渣组进入第一个错车平台等待； [0099] (4)TBM开始掘进施工； [0100] (5)1号出渣组装满后出洞，2号出渣组进入TBM后配套施工区域； [0101] (6)5号主材运输组装载喷射混凝土及施工半成品进洞在第一个错车平台等待，3号出渣组进洞在第二个错车平台等待； [0102] (7)2号出渣组和4号主材运输组出洞； [0103] (8)5号主材运输组和3号出渣组依次进入TBM后配套施工区域； [0104] (9)1号出渣组、4号主材运输组和3号出渣组依次进洞，进入下一循环作业。 [0105] 4、车辆调度及运行原则 [0106] 如图3所示，在隧洞内设3个固定道岔，每个道岔设置一名调度员，车辆进入道岔时候由调度员搬动道岔。调度室采用调度集中，调度员在隧洞外的控制室内可监控每趟列车在线路上所处的位置，并可控制每个道岔列车进站、出站，同时指挥道岔上的调度员道岔调度。采用调度集中控制系统可有效地防止列车碰撞事故的发生，保证生产安全，提高运输效率，同时为了保证行车的安全，每辆车设置一名调车员。 [0107] 本隧洞运输线一般情况下无需考虑待避的工况，仅在某列车出现故障时，可让其在到发线上待避，正常情况下只需考虑会车工况。所以站内的逻辑控制关系相对于正式铁路线上的车站而言比较简单。 [0108] 规定出隧洞的列车为上行，进隧洞的列车为下行，正常情况下列车在道岔会车时上行列车停在左侧股道(掘进方向左侧)，下行列车停在右侧股道(掘进方向右侧)。 [0109] 四、有轨运输信息化管理 [0110] 1、洞外远程电视监控系统 [0111] 为了更及时、准确、全面的监视列车在隧洞内的运行情况，在施工现场安装电视监控系统，实现远程监控的目的。在每个会车站的道岔区、曲线段落、其余段落平均安装了14台摄像机，在TBM装渣处和洞外卸渣处各设一个摄像机，共16个摄像机，系统采用多头单尾式，在调度室设一台8画面分割器和一台监视器，画面分2屏显示，其中一画面显示TBM区域，重点画面显示装渣画面；另一画面显示有轨运输系统，重点画面显示错车区域。由于隧洞距离长，摄像机的视频信号采用光缆传输，为节省投资，可与调度集中控制系统共用一根多芯光缆。 [0112] 2、通讯系统 [0113] 本隧施工后期隧洞独头掘进达10km，为有效解决洞内外有轨运输通讯，使得调度管理过程中不干扰、方便及时，设置了两套通讯系统。其中一套由中国移动建设洞内外工程区的通信系统，主要用移动通信设备联系洞外和TBM施工区域，及时获得施工进展情况和获取声像资料，实现信息化施工和远程监控。监控系统操作室布置在洞口的调度室内，主要设备、部件包括程控交换机、TBM监控系统、计算机、视频光端机、彩色监视器、画面监视器柜、解码控制器、球罩云台、光纤终端盒、彩色红外一体机、彩色变焦一体摄像机、通讯光缆等。另外一套由对讲机系统组成，机车在运行中有噪声，为了不影响机车司机的操作及减少噪声对沟通的干扰，操作司机及洞外调度中心、TBM施工区域联络员之间的通讯系统采用无线对讲机系统，无线对讲机系统由多个对讲机、多个基站组成。 [0114] 五、有轨运输安全管理 [0115] 1、轨道安装与检查 [0116] 轨道安装按照技术要求严格管理，并在运输过程中配备巡道员，定期对轨道进行巡查。 [0117] 2、车辆运行安全 [0118] 所有编组每节都配备制动系统，现有技术能保障制动及时，确保安全。 [0119] 3、紧急安全管理 [0120] 当洞内运输过程中发生编组列车失控的情况，首先由调度中心通知还在洞内的其它编组在错车道让行，道岔调度员搬动道岔，因洞外场地有大量设备及施工人员，在洞口处安装砂箱，翻动砂箱形成紧急制动屏障，确保不产生更大的事故。 |
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